2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——恒星光度與行星氣候的關(guān)系考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪個(gè)物理量直接決定了從特定距離處觀測(cè)到的恒星亮度？（）A.恒星的實(shí)際光度B.恒星的半徑C.觀測(cè)者與恒星的距離D.恒星的光譜型2.假設(shè)兩顆行星圍繞同一顆恒星運(yùn)行，若行星A距離恒星比行星B近，則理論上行星A接收到的恒星輻射能量（）A.一定小于行星BB.一定大于行星BC.與行星B接收到的能量相同D.取決于行星的大氣成分3.“反照率”描述的是（）A.行星大氣吸收太陽(yáng)輻射的能力B.行星大氣散射太陽(yáng)輻射的能力C.行星表面反射太陽(yáng)輻射的能力D.行星表面吸收太陽(yáng)輻射的能力4.在行星能量收支平衡模型中，行星向外太空發(fā)射的輻射量主要取決于（）A.行星接收到的恒星光能總量B.行星表面的平均溫度C.行星大氣的溫室氣體含量D.行星的自轉(zhuǎn)速度5.溫室效應(yīng)對(duì)于地球宜居性起到了關(guān)鍵作用，其主要機(jī)制是（）A.增加行星接收到的恒星光能B.減少行星向太空的總輻射量C.提高行星表面的大氣密度D.促進(jìn)行星表面水的蒸發(fā)6.恒星的絕對(duì)星等是指（）A.恒星在天空中的角大小B.恒星距離地球的遠(yuǎn)近C.恒星本身固有的亮度D.恒星在特定波段的光譜強(qiáng)度7.對(duì)于位于其恒星宜居帶內(nèi)的類地行星，其表面保持液態(tài)水的最關(guān)鍵條件是（）A.恒星的光譜類型必須是G型B.行星必須擁有濃厚的大氣層C.行星的表面溫度處于水的冰點(diǎn)與沸點(diǎn)之間D.行星必須處于公轉(zhuǎn)軌道的近日點(diǎn)8.比較紅矮星和太陽(yáng)，若它們擁有大小和質(zhì)量相似的行星，則這些行星接收到的恒定能量輸入（）A.紅矮星行星接收到的更高B.太陽(yáng)行星接收到的更高C.兩者接收到的能量相同D.取決于行星與恒星的距離9.以下哪項(xiàng)因素是影響行星宜居帶邊界的主要因素？（）A.行星的自轉(zhuǎn)周期B.行星核心的溫度C.恒星的總質(zhì)量D.行星地表的壓強(qiáng)10.若一顆行星的質(zhì)量增加，但其大氣成分、半徑和接收到的恒定能量輸入保持不變，則其表面溫度（）A.必然升高B.必然降低C.保持不變D.可能升高或降低，取決于具體模型二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在題干橫線上）1.恒星的視星等是其看起來(lái)______的量度，它與恒星的______和距離有關(guān)。2.根據(jù)斯特藩-玻爾茲曼定律，一個(gè)黑體的總輻射功率與其絕對(duì)溫度的______次方成正比。3.行星大氣中的______氣體（如二氧化碳、甲烷）能夠吸收并重新輻射紅外輻射，從而導(dǎo)致溫室效應(yīng)。4.恒星的光譜型是根據(jù)其表面______來(lái)分類的，反映了恒星的______。5.對(duì)于一個(gè)圍繞恒星運(yùn)行的行星，其軌道半徑越大，其公轉(zhuǎn)周期______（填“越長(zhǎng)”或“越短”）。6.行星的“反照率”與其吸收的恒定能量輸入成______相關(guān)，與發(fā)射的輻射量成______相關(guān)。7.理論上，位于恒星“宜居帶”內(nèi)的行星有潛力維持______的表面液態(tài)水。8.除了恒星光度，影響行星氣候的因素還包括行星的______、大氣成分和______等。9.當(dāng)行星向太空發(fā)射的輻射量等于其接收到的恒定能量輸入時(shí)，行星達(dá)到了______狀態(tài)。10.恒星的“年齡”可以通過(guò)其______和演化階段來(lái)估計(jì)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)潔明了地回答下列問(wèn)題）1.簡(jiǎn)述“絕對(duì)星等”與“視星等”的區(qū)別與聯(lián)系。2.解釋什么是行星的“能量收支平衡”，并說(shuō)明其對(duì)行星氣候的重要性。3.簡(jiǎn)述溫室效應(yīng)的基本過(guò)程，并舉例說(shuō)明其對(duì)地球氣候的正面影響。4.什么是系外行星的“宜居帶”？確定其邊界需要考慮哪些關(guān)鍵因素？四、計(jì)算題（共15分）假設(shè)一顆類地行星圍繞一顆與太陽(yáng)類似（但距離更近）的恒星運(yùn)行。該恒星的光度是太陽(yáng)的1.5倍，行星與該恒星的平均距離是地球與太陽(yáng)平均距離的0.7倍。忽略行星本身的大氣影響（即假設(shè)該行星為黑體），并且忽略行星與恒星的相互引力影響。1.（5分）根據(jù)斯皮策定律（或反平方定律），計(jì)算該行星接收到的恒定能量輸入是地球接收到的太陽(yáng)恒定能量輸入的多少倍？2.（5分）假設(shè)地球表面的平均溫度約為288K（15°C）。根據(jù)斯特藩-玻爾茲曼定律（輻射功率與溫度的四次方成正比），估算該行星表面的平均估計(jì)溫度。3.（5分）根據(jù)你的計(jì)算結(jié)果，簡(jiǎn)要分析這顆行星相對(duì)于地球的潛在宜居性，并說(shuō)明你的判斷依據(jù)。五、論述題（10分）討論恒星的哪些固有物理參數(shù)（如光度、溫度、年齡、光譜型、活動(dòng)性等）會(huì)影響其行星系統(tǒng)的宜居性？請(qǐng)結(jié)合相關(guān)物理機(jī)制，闡述這些參數(shù)如何共同作用，塑造行星可能存在的宜居環(huán)境條件。試卷答案一、選擇題1.A2.B3.C4.B5.B6.C7.C8.B9.C10.A二、填空題1.亮度；光度2.四3.溫室4.光譜；有效溫度5.越長(zhǎng)6.反比；正比7.液態(tài)水8.質(zhì)量；軌道參數(shù)9.能量收支平衡10.光度三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：區(qū)分視星等（觀測(cè)亮度，受距離影響）和絕對(duì)星等（固有亮度，假設(shè)放在距離10parsec處）。兩者通過(guò)距離modulus（距離平方反比）聯(lián)系起來(lái)。2.解析思路：能量收支平衡指行星接收的恒定能量等于向太空發(fā)射的能量。這是維持表面溫度穩(wěn)定的關(guān)鍵，直接影響行星的氣候狀態(tài)。3.解析思路：描述溫室氣體吸收紅外輻射，并在大氣中重新輻射回地表的過(guò)程。強(qiáng)調(diào)其阻止熱量散失，使地表溫度升高的作用（正面影響是維持適宜溫度）。4.解析思路：宜居帶定義為核心區(qū)域，行星在此可能維持液態(tài)水。關(guān)鍵因素包括恒星光度（決定能量輸入）、行星接收能量是否足以維持液態(tài)水、以及行星自身是否具備適宜的大氣和磁場(chǎng)等條件。四、計(jì)算題1.解析思路：利用反平方定律，能量輸入與距離平方成反比。行星能量輸入/地球能量輸入=(太陽(yáng)距離/行星距離)2=(1/0.7)2≈1.52=2.25倍。2.解析思路：根據(jù)斯特藩-玻爾茲曼定律，輻射功率與溫度T的四次方成正比。設(shè)地球輻射功率為P_地，溫度為T_地；行星輻射功率為P行，溫度為T行。P行/P_地=(T行/T_地)?。由于行星接收能量是地球的2.25倍，且假設(shè)為黑體，其輻射功率也是地球的2.25倍。因此，2.25=(T行/288)?。解得T行≈288*(2.25)^(1/4)≈288*1.336≈386K。3.解析思路：比較行星估算溫度（約386K）與地球平均溫度（約288K）。386K高于水的冰點(diǎn)（約273K），但遠(yuǎn)低于沸點(diǎn)。因此，該行星表面有潛力維持液態(tài)水。判斷：該行星可能位于其恒星的宜居帶內(nèi)或邊界附近，具備潛在宜居條件。依據(jù)是計(jì)算出的表面溫度適合液態(tài)水存在。五、論述題解析思路：從恒星物理特性出發(fā)，逐項(xiàng)分析其對(duì)行星宜居性的影響。*光度：直接決定行星接收到的能量總量，是確定宜居帶范圍和行星表面溫度的根本因素。光度越高，宜居帶越寬，可能允許更大范圍的行星存在液態(tài)水。*溫度（光譜型相關(guān)）：恒星的有效溫度決定了其輻射能量譜分布。不同光譜型的恒星提供不同峰值能量的輻射，影響行星大氣加熱和成分。*年齡：年輕恒星的早期階段可能輻射強(qiáng)烈且不穩(wěn)定（如耀斑活動(dòng)），對(duì)行星大氣和潛在生命造成破壞。成熟恒星的輻射輸出相對(duì)穩(wěn)定。恒星的演化階段（如紅巨星階段）會(huì)顯著改變其光度和行星接收到的輻射，可能破壞宜居環(huán)境。*活動(dòng)性：恒星的磁場(chǎng)活動(dòng)（如太陽(yáng)耀斑、日冕物質(zhì)拋射）會(huì)影響