2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——彗星尾部物質(zhì)流動動力學(xué)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題干后的括號內(nèi)。）1.彗星尾部主要是由以下哪種力量主導(dǎo)其形態(tài)形成？(A)彗核自身的引力(B)太陽光壓(C)太陽風(fēng)磁場(D)地球引力2.與氣體尾和離子尾相比，塵埃尾通常表現(xiàn)出怎樣的運(yùn)動特征？(A)準(zhǔn)直地指向太陽(B)背離太陽的方向，但速度接近太陽風(fēng)速度(C)背離太陽的方向，速度遠(yuǎn)小于太陽風(fēng)速度(D)平行于太陽風(fēng)方向，速度介于氣體尾和離子尾之間3.太陽光壓對彗星塵埃粒子的影響主要表現(xiàn)為：(A)將氣體粒子推向太陽(B)使塵埃粒子減速并最終掉向彗核(C)推動塵埃粒子背離太陽，并使其擴(kuò)散(D)使塵埃粒子電離4.彗星離子尾之所以通常指向太陽風(fēng)方向并呈現(xiàn)準(zhǔn)直形態(tài)，主要?dú)w因于：(A)離子受到太陽輻射壓的作用(B)離子與彗星中性氣體發(fā)生碰撞(C)太陽風(fēng)磁場對離子施加的洛倫茲力(D)離子自身重力的作用5.以下哪種彗星成分的運(yùn)動速度最接近當(dāng)?shù)靥栵L(fēng)的速度？(A)來自彗核的塵埃顆粒(B)彗星釋放的氣體分子(C)太陽風(fēng)與彗星氣體相互作用產(chǎn)生的離子(D)被太陽風(fēng)拾起的彗星塵埃6.當(dāng)彗星距離太陽越近時，其尾部通常會發(fā)生什么變化？(A)塵埃尾和氣體尾變得更長，離子尾變得更短(B)塵埃尾和氣體尾變得更短，離子尾變得更長(C)所有尾部都變得更長，且相對位置不變(D)塵埃尾和氣體尾變得更長，離子尾也相應(yīng)變得更長7.“場離子”（FieldlonizedTail）現(xiàn)象主要發(fā)生在彗星的哪個區(qū)域？(A)彗核表面直接面向太陽風(fēng)的一側(cè)(B)塵埃尾的最外緣(C)氣體尾的最外緣(D)離子尾的內(nèi)側(cè)靠近彗核的區(qū)域8.旅行者號探測器在飛越海王星時觀測到的“彗星”，其尾部背離太陽的主要驅(qū)動力是：(A)海王星的引力(B)太陽光壓(C)太陽風(fēng)(D)恒星風(fēng)9.彗星塵埃粒子的運(yùn)動軌跡通常比氣體分子更復(fù)雜，這主要是因為：(A)塵埃粒子質(zhì)量更大(B)塵埃粒子更容易受到太陽光壓的影響(C)塵埃粒子會與彗星氣體發(fā)生碰撞(D)塵埃粒子更容易被太陽風(fēng)電離10.理解彗星尾部物質(zhì)流動動力學(xué)，需要運(yùn)用到的物理原理至少包括：(A)牛頓運(yùn)動定律和萬有引力定律(B)麥克斯韋方程組和等離子體動力學(xué)(C)熱力學(xué)定律和流體力學(xué)方程(D)以上所有二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上。）1.彗星尾部是彗星在______作用下，其釋放的塵埃、氣體和離子等物質(zhì)被推向背離太陽方向的區(qū)域。2.塵埃尾通常呈現(xiàn)出的“反太陽弧”（Antitail）現(xiàn)象，其形成主要與______有關(guān)。3.彗星氣體尾的密度通常隨距離太陽的______而迅速減小。4.彗星離子尾的準(zhǔn)直性表明太陽風(fēng)______在離子運(yùn)動中起到了主導(dǎo)作用。5.影響彗星塵埃擴(kuò)散的主要因素包括太陽光壓、______和塵埃粒子自身的初始速度。6.離子尾相對于氣體尾和塵埃尾更靠近太陽的原因在于其受到的______更大。7.羅塞塔號探測器對彗星______的詳細(xì)觀測，極大地深化了我們對彗星尾部物質(zhì)流動動力學(xué)的認(rèn)識。8.描述彗星尾部物質(zhì)宏觀運(yùn)動時，常需借鑒______的基本方程。9.太陽風(fēng)對彗星氣體主要是通過______和電荷交換來驅(qū)動氣體運(yùn)動。10.彗星尾部不同成分（塵埃、氣體、離子）的運(yùn)動速度和方向差異，是區(qū)分它們的關(guān)鍵特征，也是理解______過程的關(guān)鍵。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述太陽光壓是如何影響彗星塵埃粒子的運(yùn)動？2.解釋為什么彗星離子尾通常平行于太陽風(fēng)方向，而塵埃尾和氣體尾則主要背離太陽。3.彗星的哪些活動會導(dǎo)致物質(zhì)釋放，進(jìn)而形成尾部？4.彗星尾部形態(tài)（如長度、寬度、形狀）與其距離太陽的距離之間存在怎樣的關(guān)系？簡述原因。四、計算題（共15分。請列出必要的公式、方程和計算步驟。）已知一顆彗星距離太陽1.5天文單位（AU）時，其釋放的塵埃粒子（假設(shè)質(zhì)量為1微克，半徑為微米量級）受到的太陽光壓（不考慮太陽風(fēng)壓力和重力）約為其受到太陽引力的10倍。試估算該塵埃粒子在此距離處大致的速度大?。僭O(shè)塵埃初始速度為零，僅受光壓作用）。提示：1AU≈1.496x10^11m；太陽光壓強(qiáng)度在日地處以約9x10^-7N/m2計，并假設(shè)強(qiáng)度隨距離平方反比減弱。試卷答案一、選擇題1.(B)2.(C)3.(C)4.(C)5.(C)6.(D)7.(D)8.(B)9.(B)10.(D)二、填空題1.太陽光壓（或太陽輻射壓）2.太陽光壓（或光壓反作用）3.距離4.磁場5.重力6.太陽風(fēng)壓力（或洛倫茲力/太陽風(fēng)動壓）7.丘留莫夫-格拉西緬科彗星（或67P）8.流體力學(xué)9.離子拾起（或電荷交換）10.太陽風(fēng)與彗星物質(zhì)的相互作用三、簡答題1.解析思路：闡述太陽光壓對非相對論性、非磁性粒子的作用力。該力與粒子表面積成正比，與質(zhì)量成反比。光壓作用使得粒子獲得背離太陽的加速度，同時其運(yùn)動也受到太陽引力、太陽風(fēng)動壓和重力的共同影響。對于小質(zhì)量、大表面積的塵埃粒子，光壓的影響通常占主導(dǎo)。2.解析思路：區(qū)分塵埃、氣體和離子的受力情況。塵埃主要受光壓和重力，運(yùn)動軌跡彎曲，速度較慢，主要背離太陽。氣體受光壓和太陽風(fēng)動壓，速度接近太陽風(fēng)速度，方向也主要背離太陽但更直。離子主要受太陽風(fēng)磁場驅(qū)動的洛倫茲力，使其幾乎平行于磁力線（即平行于太陽風(fēng)方向）運(yùn)動。3.解析思路：列舉彗核表面的主要活動。包括冰（水冰、干冰等）的升華和揮發(fā)，彗核物質(zhì)因太陽輻射和太陽風(fēng)轟擊導(dǎo)致的濺射（sputtering）和噴射，以及可能的彗核裂解或碎裂。4.解析思路：描述尾部隨距離太陽遠(yuǎn)近的變化規(guī)律。距離太陽越近，太陽光壓越強(qiáng)，塵埃和氣體被推得越遠(yuǎn)，尾部越長。同時，彗核釋放率可能隨距離變化，也影響尾部長度。離子尾由于受太陽風(fēng)磁場主導(dǎo)，其長度可能與塵埃、氣體尾不同，且通常更短或更直?？傮w上，靠近太陽時尾部顯著，遠(yuǎn)離時逐漸減弱直至消失。四、計算題解析思路：1.確定作用在塵埃粒子上的主要力為光壓。光壓是輻射壓，F(xiàn)=P*A，其中P是光壓強(qiáng)度，A是粒子表面積。對于球形粒子，A=πr2。2.光壓強(qiáng)度隨距離平方反比減弱，即P(r)=P?*(1AU/r)2。3.光壓使粒子加速，根據(jù)牛頓第二定律F=ma，a=F/m=P*A/m=P*πr2/m。4.初始速度為0，做勻加速運(yùn)動，最終速度v=√(2ad)，其中d是粒子移動的距離。在此問題中，我們估算的是粒子獲得的速度大小，可以認(rèn)為在受力過程中獲得的瞬時加速度即為a=P?*πr2/m。由于題目未明確移動距離，此估算給出的是塵埃粒子在光壓作用下可能達(dá)到的速度量級。5.代入數(shù)值進(jìn)行估算。P?≈9x10??N/m2，r約為微米（1μm=10??m），m約為1μg=1x10??kg。a≈(9x10??)*π*(10??)2/(1x10??)≈(9x10??)*π*10??/10??≈9πx10??m/s2≈3x10??m/s2(取π≈3)。6.v≈√(2*a*d)。若假設(shè)塵埃在光壓作用下移動了某個有限距離（例如1AU），則v≈√(2*3x10??*1.496x1011)≈√(4.488x10?)m/s≈2.12x103m/s。但