2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——不同恒星系中的行星形成差異考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填在題干后的括號內(nèi)）1.以下哪一項不是影響原行星盤物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素？A.恒星金屬豐度B.恒星年齡C.盤內(nèi)氣體密度D.恒星的自轉(zhuǎn)速度2.核心吸積模型主要適用于形成哪種類型的行星？A.緊密圍繞恒星運行的類地行星B.遠(yuǎn)離恒星、主要由氫氦組成的氣態(tài)巨行星C.位于冰線內(nèi)側(cè)、主要由巖石和水冰組成的冰巨行星D.通過磁盤不穩(wěn)定性直接形成的巨行星3.與太陽系相比，開普勒-44b行星系統(tǒng)最顯著的特征之一是？A.行星系統(tǒng)整體圍繞反方向運行B.存在多個與類地行星大小相似的行星緊密排列C.恒星具有較高的活動性D.行星軌道呈高度橢圓狀4.“Nice模型”主要解釋了哪種天體現(xiàn)象？A.太陽系內(nèi)行星相對均勻的豐度B.類地行星與氣態(tài)巨行星之間清晰的軌道半徑界限C.氣態(tài)巨行星向內(nèi)遷移并最終形成行星系統(tǒng)盤外的離散行星D.行星形成過程中核心的快速增長5.高分辨率成像技術(shù)（如ALMA）在研究行星形成中主要探測什么？A.行星本身的光譜特征B.原行星盤中的氣體和塵埃分布C.行星軌道的精確參數(shù)D.恒星表面的磁活動6.行星系統(tǒng)的共振現(xiàn)象通常暗示了什么？A.行星之間沒有引力相互作用B.行星軌道高度不穩(wěn)定，易于發(fā)生碰撞C.行星軌道之間存在特定的周期性關(guān)系D.行星主要由冰構(gòu)成7.以下哪種觀測證據(jù)最能支持“磁盤不穩(wěn)定性”是形成緊密近距行星系統(tǒng)的機制？A.發(fā)現(xiàn)多個緊密排列的類地行星B.觀測到原行星盤中心存在大質(zhì)量空洞C.恒星存在快速自轉(zhuǎn)現(xiàn)象D.行星軌道具有高度偏心率8.金屬豐度較高的恒星周圍的原行星盤通常表現(xiàn)出什么特征？A.塵埃粒度普遍較大B.更容易形成大量的氣態(tài)巨行星C.塵埃和氣體的比例相對較低D.不透明度較高，中心區(qū)域更容易被遮擋9.行星形成過程中的“磨蝕效應(yīng)”主要對哪種類型的行星形成起到了限制作用？A.類地行星B.氣態(tài)巨行星C.冰巨行星D.碎石行星10.離散行星（PlanetaryEmbryos）通常位于行星系統(tǒng)的哪個區(qū)域？A.內(nèi)部，靠近形成它們的原行星盤B.外部，遠(yuǎn)離形成它們的原行星盤C.恒星與行星系統(tǒng)盤的邊界處D.行星系統(tǒng)盤的對稱軸上二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.行星形成通常發(fā)生在恒星的______階段，其基本原料來自于______的殘留物質(zhì)。2.根據(jù)核心吸積模型，行星的核心首先通過______增長，當(dāng)達(dá)到一定質(zhì)量后才開始快速吸積周圍的氣體。3.與太陽系相比，許多太陽系外行星系統(tǒng)中的氣態(tài)巨行星呈現(xiàn)出______的特征。4.行星系統(tǒng)中的______是指內(nèi)層行星受到外部巨行星引力擾動而向內(nèi)遷移的過程。5.原行星盤中塵埃和氣體的比例隨______距離的增加而發(fā)生變化，在______附近形成一個明顯的分界線。6.觀測到一些行星系統(tǒng)存在______，即多個行星的公轉(zhuǎn)周期之間存在簡單的整數(shù)比關(guān)系。7.行星形成理論的基石是______，它認(rèn)為太陽系起源于一個巨大的、旋轉(zhuǎn)的______。8.恒星的______對其周圍原行星盤的______和______有重要影響。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述核心吸積模型的主要步驟及其面臨的挑戰(zhàn)。2.解釋什么是行星系統(tǒng)的“冰線”，它對行星形成有何重要意義？3.列舉至少三種不同的觀測證據(jù)，表明行星形成正在活躍地進(jìn)行中。4.簡述行星軌道共振可能導(dǎo)致的后果。四、論述題（每題10分，共30分）1.比較太陽系內(nèi)類地行星（如地球、火星）與典型的系外類地行星（如開普勒-452b）在形成和演化方面可能存在的顯著差異。2.以具體的天文觀測現(xiàn)象（如特定行星系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)或原行星盤的圖像）為例，論述恒星活動性（如耀斑、星風(fēng)）如何可能影響行星的形成過程。3.討論行星形成理論中“磨蝕效應(yīng)”和“氣體剝離模型”各自適用的場景，并說明它們?nèi)绾喂餐忉屃藶楹挝覀冸y以在太陽系外發(fā)現(xiàn)質(zhì)量介于類地行星和氣態(tài)巨行星之間的“超級地球”或“迷你木星”。---試卷答案一、選擇題1.D2.A3.B4.C5.B6.C7.A8.B9.D10.B二、填空題1.早期；原恒星盤2.塵埃；氣體3.偏近內(nèi)角距離分布4.行星遷移5.距離恒星的；冰線6.共振7.星云假說；星云8.活動性；規(guī)模；演化三、簡答題1.核心吸積模型的主要步驟：(1)微米級塵埃顆粒通過碰撞和粘附聚集成厘米級巖石塊（planetesimals）；(2)巖石塊繼續(xù)吸積周圍物質(zhì)，形成公里級的核心；(3)當(dāng)核心質(zhì)量達(dá)到臨界值（足以開啟引力不穩(wěn)定性）后，開始快速吸積周圍的氣體，形成氣態(tài)巨行星的“氣殼”。面臨的挑戰(zhàn)：(1)塵埃顆粒到巖石塊的粘附機制尚不明確；(2)核心達(dá)到臨界質(zhì)量所需時間可能過長，與觀測到的行星系統(tǒng)年齡矛盾；(3)氣殼的增長效率和如何停止增長的理論尚有爭議。2.冰線定義：原行星盤中水冰能夠穩(wěn)定存在的距離恒星的邊界。重要意義：(1)決定了行星能夠獲取和保留揮發(fā)性物質(zhì)（如水、氨、甲烷）的最大距離；(2)冰的存在顯著增加了行星的質(zhì)量增長速率，促進(jìn)了冰巨行星和具有厚冰殼的系外行星的形成。3.觀測證據(jù)：(1)在年輕的恒星周圍（如TTauri星）觀測到明亮的塵埃盤；(2)發(fā)現(xiàn)原行星盤中的氣體發(fā)射線，表明盤內(nèi)有活躍的氣體動力學(xué)過程；(3)觀測到原行星盤中的結(jié)構(gòu)，如螺旋結(jié)構(gòu)、環(huán)狀結(jié)構(gòu)或空洞，暗示存在行星的引力擾動。4.軌道共振后果：(1)改變行星的軌道能量和角動量，可能導(dǎo)致其軌道離心率減小或增大；(2)引起軌道半長軸的調(diào)整，使行星進(jìn)入更靠近或更遠(yuǎn)離恒星的軌道；(3)在極端情況下，共振可能導(dǎo)致行星被彈出系統(tǒng)，或軌道變得高度不穩(wěn)定。四、論述題1.太陽系內(nèi)類地行星vs.典型系外類地行星差異：*形成環(huán)境：太陽系形成于相對平靜的環(huán)境，缺乏巨型星子；許多系外行星可能形成于更活躍、碰撞頻繁的環(huán)境。*軌道特征：太陽系類地行星軌道相對圓形、間距較穩(wěn)定；系外類地行星常發(fā)現(xiàn)軌道高度橢圓、存在劇烈的軌道傾角，可能與行星遷移或形成環(huán)境的非圓形引力勢有關(guān)。部分系外行星位于其恒星的“宜居帶”內(nèi)，但宜居帶定義和生命存在條件仍存疑。*大氣成分與演化：地球擁有活躍的大氣層和板塊構(gòu)造，火星大氣層顯著減弱，液態(tài)水消失。系外行星大氣成分和演化歷史主要通過光譜探測推斷，結(jié)果多樣，從干燥到具有水蒸氣甚至厚厚云層。*伴星影響：太陽是單星系統(tǒng)；許多系外類地行星是多星系統(tǒng)中的成員，其軌道可能受到伴星的復(fù)雜引力干擾。2.恒星活動性對行星形成的影響：*物理機制：恒星的耀斑和強烈的星風(fēng)會產(chǎn)生高能粒子和電磁輻射，這些能量可以加熱原行星盤，特別是外盤。高能粒子可以轟擊盤中的氣體，增加其電離程度，改變氣體的密度和溫度結(jié)構(gòu)。星風(fēng)可以直接吹走部分氣體，影響行星（尤其是氣態(tài)巨行星）的氣體吸積過程。*觀測現(xiàn)象：觀測發(fā)現(xiàn)，活動性強的恒星（如M型矮星）周圍的原行星盤可能更薄、更熱、氣體含量相對較低。盤中的塵埃顆?？赡鼙患訜岬礁邷囟龋绊懫渚奂袨?。強星風(fēng)甚至可能導(dǎo)致原行星盤的快速消散，限制巨型行星的形成。*實例：對比太陽系（相對平靜）和開普勒-438系統(tǒng)（其母星活動性比太陽弱），雖然兩者都有行星，但行星的性質(zhì)（如開普勒-438b的類地特征）可能受到母星不同活動水平的間接影響。3.磨蝕效應(yīng)與氣體剝離模型及其對“超級地球”的解釋：*磨蝕效應(yīng)（AbrasionEffect）：主要發(fā)生在行星形成早期，指行星（特別是氣態(tài)巨行星）在快速吸積氣體時，其強大的引力場會像砂紙一樣不斷從周圍的氣體盤中掃除較小的固體顆粒（如巖石塊、冰塊）。這種效應(yīng)對質(zhì)量較小的行星影響更大，隨著行星質(zhì)量增加，磨蝕效應(yīng)增強，阻止了更小固體顆粒的碰撞和增長。*氣體剝離模型（GasStrippingModel）：主要發(fā)生在行星形成晚期，當(dāng)氣態(tài)巨行星（或質(zhì)量足夠大的行星）形成后，其強大的引力場能束縛住經(jīng)過其軌道的快速流動氣體（如星風(fēng)或順行氣流帶來的氣體）。這導(dǎo)致行星內(nèi)外側(cè)氣體密度產(chǎn)生巨大梯度，形成“激波”。激波內(nèi)側(cè)氣體流向行星，被吸積；激波外側(cè)氣體被高速剝離。這種剝離作用不僅影響行星的氣體層增長，也能對靠近的固體行星產(chǎn)生引力擾動，甚至將其物質(zhì)剝離。*對“超級地球”的解釋：“磨蝕效應(yīng)”解釋了為何難以形成質(zhì)量介于類地行星