2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——彗星對行星大氣的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述彗星的主要成分及其在不同距離太陽時大氣（彗發(fā)、彗尾）的主要特征和形成原因。二、解釋彗星與行星大氣發(fā)生引力相互作用的基本機(jī)制，并說明這種相互作用可能對彗星本身和行星大氣分別產(chǎn)生哪些影響。三、彗星撞擊行星大氣是一種劇烈的相互作用方式。請闡述其主要過程，并分析可能對行星大氣的成分、密度、溫度以及化學(xué)平衡狀態(tài)產(chǎn)生哪些顯著改變。四、論述彗星接近或飛越行星時，通過釋放氣體和塵埃對行星大氣可能產(chǎn)生的非撞擊性影響。請結(jié)合具體物理或化學(xué)過程進(jìn)行說明。五、以木星或土星為例，結(jié)合其大氣的特殊性質(zhì)，討論彗星撞擊或接近對其大氣成分（如氦、甲烷含量變化）或動力學(xué)特征（如極光活動）可能產(chǎn)生的影響。六、假設(shè)一顆富含水冰的彗星以一定速度掠過火星軌道附近，請分析其可能對火星大氣中的水汽含量、大氣電離層以及表面環(huán)境（如溫度）產(chǎn)生的短期和長期影響，并說明其潛在的科學(xué)意義。七、彗星被認(rèn)為是太陽系早期物質(zhì)的重要組成部分。從行星宜居性的角度出發(fā)，評價彗星長期對行星大氣演化可能帶來的正面和負(fù)面影響。八、描述科學(xué)家通常采用哪些方法或探測任務(wù)來研究彗星與行星大氣的相互作用？請舉例說明如何利用這些觀測數(shù)據(jù)推斷相互作用的過程和參數(shù)。試卷答案一、彗星主要成分包括水冰、干冰（二氧化碳冰）、氨、甲烷、氮氣等揮發(fā)性物質(zhì)，以及少量塵埃和巖石碎屑。彗星大氣（彗發(fā)、彗尾）的形成與太陽輻射和太陽風(fēng)有關(guān)。當(dāng)彗星接近太陽時，太陽輻射加熱彗核表面，使揮發(fā)性物質(zhì)升華、汽化，形成彗發(fā)。彗發(fā)中的氣體分子受太陽輻射作用電離，形成等離子體。太陽風(fēng)粒子（帶電離子和電子）進(jìn)一步吹散彗發(fā)物質(zhì)，形成反太陽方向的彗尾。彗尾的形態(tài)和結(jié)構(gòu)主要受太陽風(fēng)和太陽輻射壓力的驅(qū)動。二、彗星與行星發(fā)生引力相互作用的基本機(jī)制是萬有引力。當(dāng)彗星靠近行星時，行星的引力場會攝動彗星的軌道，使其速度和方向發(fā)生改變。這種引力作用可能導(dǎo)致彗星碎裂、釋放氣體或塵埃，或者使彗星直接撞擊行星。對于行星大氣，引力相互作用本身（若無碰撞）影響較小，但可能改變彗星接近行星的角度和速度，從而影響后續(xù)的碰撞或氣體釋放過程。如果發(fā)生碰撞，引力是導(dǎo)致碰撞發(fā)生的根本原因。三、彗星撞擊行星大氣的主要過程包括：彗星解體、高速沖擊大氣層、形成沖擊波、產(chǎn)生高溫高壓等離子體羽流，以及物質(zhì)交換。撞擊可能對行星大氣產(chǎn)生的顯著改變有：1）短期急劇增加大氣密度和溫度，尤其在撞擊點附近；2）將彗星中的揮發(fā)性物質(zhì)（如水、氨、甲烷等）注入高層大氣甚至逃逸層，改變大氣成分；3）撞擊加熱可能破壞或形成大氣中的某些化學(xué)物質(zhì)，如破壞臭氧層或產(chǎn)生新的自由基；4）劇烈的沖擊波和能量輸入可能激發(fā)大氣電離層，產(chǎn)生極光或其他電離層擾動。四、彗星接近或飛越行星時，通過釋放氣體和塵埃對行星大氣的非撞擊性影響主要體現(xiàn)在：1）氣體釋放：彗星表面的揮發(fā)物升華進(jìn)入行星軌道，如果量足夠大且持續(xù)時間長，可能暫時性地增加行星大氣中某些特定成分（如水汽、CO2、N2、CH4）的含量，尤其是在行星磁層或大氣邊界層；2）塵埃沉降：彗星釋放的塵埃顆?？赡鼙恍行且Σ东@，長期來看可能緩慢增加行星大氣塵埃背景或形成特定的塵埃層；3）電荷交換：彗星攜帶的離子可能與行星大氣中的中性粒子發(fā)生電荷交換，影響行星電離層的密度和結(jié)構(gòu)；4）輻射影響：彗星釋放的紫外輻射或X射線（如果彗星有活動）可能對行星大氣高層化學(xué)過程產(chǎn)生影響。五、以木星為例，其大氣主要成分是氫和氦，富含甲烷、氨等。彗星撞擊木星大氣：1）可能將水、氨、甲烷等揮發(fā)性物質(zhì)注入高層大氣，通過光譜觀測可以探測到這些成分的暫時性增加；2）撞擊產(chǎn)生的能量可能影響木星的電離層和磁層，并通過磁層與大氣耦合影響高層大氣化學(xué)；3）可能對木星的極光活動產(chǎn)生短暫刺激。以土星為例，其大氣成分與木星類似，且擁有復(fù)雜的冰環(huán)系統(tǒng)。彗星撞擊可能不僅影響大氣成分，還可能與冰環(huán)物質(zhì)相互作用，改變環(huán)的成分和結(jié)構(gòu)。土星的衛(wèi)星（如土衛(wèi)二Enceladus）也可能通過引力作用捕獲彗星物質(zhì)，這些物質(zhì)隨后可能被噴射到土星環(huán)和大氣中。六、彗星掠過火星可能產(chǎn)生的影響：1）短期影響：如果彗星釋放氣體量巨大，可能暫時增加火星大氣中水汽、CO2等成分的柱密度；氣體和塵埃的等離子體可能與火星電離層相互作用，引起電離層密度和等離子體參數(shù)的短期波動；能量輸入可能影響高層大氣溫度和化學(xué)組成。2）長期影響：如果彗星周期性接近火星，長期可能對火星大氣水汽的總量和季節(jié)性分布產(chǎn)生累積效應(yīng)；引入的化學(xué)物質(zhì)可能參與大氣循環(huán)，緩慢改變大氣化學(xué)平衡?？茖W(xué)意義在于：檢驗火星大氣對揮發(fā)性物質(zhì)的響應(yīng)能力；理解太陽系內(nèi)物質(zhì)交換的機(jī)制；為火星宜居性研究提供線索，判斷過去或現(xiàn)在是否存在來自彗星的物質(zhì)補(bǔ)充。七、彗星對行星大氣演化的影響具有兩面性。正面影響可能包括：1）早期太陽系中，彗星撞擊是向行星（特別是類地行星）輸送水和揮發(fā)性物質(zhì)的主要途徑之一，這對形成早期宜居環(huán)境至關(guān)重要；2）持續(xù)不斷的彗星物質(zhì)輸入可能為行星大氣補(bǔ)充某些成分，維持大氣層的動態(tài)平衡。負(fù)面影響可能包括：1）劇烈的彗星撞擊可能導(dǎo)致大氣層被剝離，特別是對于引力較小的行星；2）撞擊釋放的巨大能量和沖擊波可能破壞大氣化學(xué)成分，如摧毀臭氧層，增加有害輻射；3）引入的某些物質(zhì)可能參與破壞性反應(yīng)，或攜帶對生命不利的成分。影響程度取決于彗星的頻率、大小、成分以及行星自身的引力、磁場和大氣防御能力。八、研究彗星與行星大氣相互作用的方法和任務(wù)主要包括：1）直接探測：派遣探測器飛越彗星（如“旅行者”號、“伽利略”號、“羅塞塔”號、“帕克太陽探測器”），直接測量彗星大氣成分、密度、溫度以及彗星與行星（或行星大氣）的近距離相互作用參數(shù)；2）遙感觀測：利用地面望遠(yuǎn)鏡或空間望遠(yuǎn)鏡（如“哈勃”、“韋伯”）觀測彗星和行星的光譜，分析大氣成分變化和物理狀態(tài)；3）數(shù)據(jù)分析：分析探測器和望遠(yuǎn)鏡