2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——火星狀況變化對(duì)氣候影響考試時(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.以下哪項(xiàng)不是驅(qū)動(dòng)火星氣候變化的主要外部因素？A.火星自轉(zhuǎn)軸傾角的長期變化B.火星軌道半長軸和偏心率的周期性變化C.太陽活動(dòng)強(qiáng)度的變化D.火星內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量2.導(dǎo)致火星表面過去存在液態(tài)水證據(jù)的主要因素之一是：A.當(dāng)前火星大氣密度極高B.火星兩極曾存在巨大的冰蓋，而非水冰C.火星全球平均溫度曾高于0攝氏度D.火星缺乏全球性的磁場(chǎng)保護(hù)3.火星上最顯著、最頻繁的氣候現(xiàn)象之一是：A.季節(jié)性降水導(dǎo)致河流泛濫B.全球范圍的持續(xù)性強(qiáng)降水C.大型全球性沙塵暴D.火山噴發(fā)引發(fā)的火山灰覆蓋4.下列哪項(xiàng)觀測(cè)結(jié)果最能支持當(dāng)前火星氣候干燥寒冷的結(jié)論？A.火星地表發(fā)現(xiàn)大量現(xiàn)代河床地貌B.火星大氣中水蒸氣含量持續(xù)穩(wěn)定C.火星兩極冰蓋中檢測(cè)到大量古代土壤殘留D.火星探測(cè)器在赤道地區(qū)測(cè)到地表液態(tài)水噴泉5.火星極冠的主要成分是：A.干燥的沙塵B.巖石碎屑C.水冰和干冰（CO2冰）的混合物D.液態(tài)甲烷6.火星氣候變化對(duì)火星大氣成分的影響最顯著的表現(xiàn)是：A.大氣氧含量緩慢增加B.大氣二氧化碳濃度大幅波動(dòng)C.氮?dú)獬蔀榇髿庾钪饕煞諨.大氣甲烷濃度長期穩(wěn)定7.人類利用什么空間探測(cè)任務(wù)的主要目的是獲取火星表面的高分辨率地形和地質(zhì)信息，這些信息對(duì)于理解火星氣候歷史和地貌演變至關(guān)重要？A.火星軌道器B.火星著陸器C.火星車（Rover）D.火星氣象站8.火星沙塵暴的形成與以下哪個(gè)因素關(guān)系最密切？A.火星強(qiáng)烈的季風(fēng)環(huán)流B.火星全球范圍內(nèi)持續(xù)的小雨C.火星地表疏松的土壤和沙粒D.火星高層大氣強(qiáng)烈的紫外線輻射9.以下哪項(xiàng)技術(shù)不是目前用于研究火星氣候變化的遙感技術(shù)手段？A.紅外光譜探測(cè)B.激光雷達(dá)測(cè)高C.超聲波風(fēng)速測(cè)量D.空間雷達(dá)探測(cè)大氣水汽含量10.火星氣候模型研究中，模擬火山噴發(fā)對(duì)火星氣候的影響，主要考慮其釋放到大氣中的：A.氧氣B.氮?dú)釩.二氧化碳和水蒸氣D.沙塵顆粒二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.火星大氣的主要成分是______和______，其中二氧化碳含量遠(yuǎn)高于地球。2.火星的自轉(zhuǎn)周期稱為一個(gè)______，大約是地球上的24小時(shí)39分鐘。3.火星的兩極冰蓋主要由______和______構(gòu)成。4.火星上的“全球塵暴”通常起源于______地區(qū)，并能持續(xù)數(shù)周甚至數(shù)月。5.火星氣候?qū)θ祟愡M(jìn)行星際探測(cè)和未來潛在殖民構(gòu)成的主要挑戰(zhàn)包括______、______和______。6.通過分析火星探測(cè)器傳回的______數(shù)據(jù)，科學(xué)家能夠重建火星過去的大氣成分和氣候條件。7.火星軌道參數(shù)的長期變化，特別是______的變化，被認(rèn)為影響了火星古代的氣候環(huán)境。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述火星與地球在氣候系統(tǒng)（大氣成分、溫度、水循環(huán)等方面）的主要異同點(diǎn)。2.解釋什么是火星的“塵夏”（DustHaze）現(xiàn)象，及其對(duì)火星表面溫度和大氣透明度的影響。3.簡述一次典型的火星全球性沙塵暴的發(fā)育和演變過程。4.簡要說明空間探測(cè)技術(shù)（如遙感、現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)）在獲取火星氣候演變信息方面各自的作用和優(yōu)勢(shì)。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述火星過去可能存在的宜居環(huán)境條件，以及當(dāng)前證據(jù)（如地貌、礦物、氣體）對(duì)這些條件的支持或反駁。2.分析人類通過火星探測(cè)任務(wù)研究火星氣候變化的意義和面臨的挑戰(zhàn)。3.結(jié)合所學(xué)知識(shí)，探討火星氣候變化對(duì)人類未來在火星進(jìn)行長期探測(cè)或定居可能產(chǎn)生的影響和需要克服的技術(shù)難題。---試卷答案一、選擇題1.D*解析：火星自轉(zhuǎn)軸傾角、軌道參數(shù)變化和太陽活動(dòng)是外部驅(qū)動(dòng)因素；內(nèi)部放射性元素衰變是內(nèi)部熱源，也屬于氣候變化因素，但選項(xiàng)D表述為“熱量”，不夠精確，相對(duì)于其他選項(xiàng)更偏向內(nèi)部因素。2.C*解析：火星表面存在干涸河床、三角洲等地貌證據(jù)，表明過去曾存在液態(tài)水，這意味著當(dāng)時(shí)的全球或局部溫度可能高于0攝氏度。3.C*解析：大型全球性沙塵暴是火星上最常見、影響范圍最廣、持續(xù)時(shí)間最長的氣候事件。4.C*解析：極冠由水冰和干冰構(gòu)成，其存在和變化直接反映了火星氣候的冷干條件?，F(xiàn)代河床、液態(tài)水噴泉都暗示著過去或局部的濕潤，而穩(wěn)定的水蒸氣含量與干燥環(huán)境矛盾。5.C*解析：根據(jù)火星探測(cè)器的觀測(cè)，火星兩極冰蓋的主要成分是水冰（H2Oice）和干冰（CO2ice）。6.B*解析：火星大氣成分變化顯著，尤其是二氧化碳濃度的劇烈波動(dòng)，與火星的軌道參數(shù)變化、火山活動(dòng)以及冰蓋周期性變化密切相關(guān)。7.C*解析：火星車（如“勇氣號(hào)”、“機(jī)遇號(hào)”、“好奇號(hào)”、“毅力號(hào)”）配備了多種相機(jī)和儀器，對(duì)火星表面進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)，獲取高分辨率地形、地質(zhì)信息，這些信息對(duì)于研究氣候歷史至關(guān)重要。8.C*解析：沙塵暴的形成需要沙塵源（疏松的土壤和沙粒）和起動(dòng)機(jī)（風(fēng)）。火星大氣密度低，風(fēng)力強(qiáng)勁，但關(guān)鍵在于地表有足夠的松散物質(zhì)可供揚(yáng)起。9.C*解析：超聲波風(fēng)速測(cè)量是氣象站用于測(cè)量近地面風(fēng)速的技術(shù)，屬于地面觀測(cè)，而非遙感技術(shù)。其他選項(xiàng)均是利用電磁波或物理原理從遠(yuǎn)處探測(cè)火星的技術(shù)。10.C*解析：火山噴發(fā)對(duì)氣候的影響主要來自于噴發(fā)物進(jìn)入大氣層，其中二氧化碳和水蒸氣是主要的溫室氣體，能夠吸收紅外輻射，導(dǎo)致地表溫度升高。二、填空題1.氮?dú)猓趸?解析：火星大氣按體積計(jì)，約95%是二氧化碳，約3.9%是氮?dú)?，剩余為少量氬氣、氧氣等?.晨昏圈*解析：火星自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間稱為一個(gè)“晨昏圈”（Sol），是火星特有的時(shí)間單位。3.水冰，干冰*解析：火星兩極冰蓋的主要成分是水冰和干冰（固態(tài)二氧化碳）。4.赤道*解析：火星全球性沙塵暴通常起源于赤道附近的低緯度地區(qū)，然后向兩極擴(kuò)散。5.干燥寒冷，低大氣壓，輻射環(huán)境惡劣*解析：火星表面溫度極低，大氣稀薄導(dǎo)致壓力低、保溫差，且缺乏全球磁場(chǎng)保護(hù)，表面受到強(qiáng)烈的宇宙射線和太陽粒子輻射。6.遙感*解析：通過火星軌道器搭載的相機(jī)、光譜儀等遙感設(shè)備獲取的圖像和光譜數(shù)據(jù)，是研究火星過去氣候環(huán)境的重要信息來源。7.偏心率*解析：火星軌道參數(shù)的長期變化中，軌道偏心率（決定軌道橢圓程度）的變化周期最長，對(duì)火星氣候產(chǎn)生了顯著的長期周期性影響。三、簡答題1.火星與地球氣候系統(tǒng)的主要異同點(diǎn)：*相同點(diǎn)：都具有大氣層，存在固態(tài)、液態(tài)（局部短暫）、氣態(tài)水，都受到太陽輻射驅(qū)動(dòng)，都具有季節(jié)變化（由于自轉(zhuǎn)軸傾角）。*不同點(diǎn)：火星大氣極其稀?。ú坏降厍虻?%），主要成分是二氧化碳（95%），缺乏足夠的溫室氣體維持地表溫度（平均約-63°C），水主要以冰的形式存在于極地和高緯度地區(qū)，表面缺乏液態(tài)水，全球性磁場(chǎng)缺失導(dǎo)致易受太陽風(fēng)侵襲，氣候更為極端和干燥。2.火星“塵夏”現(xiàn)象及其影響：*解釋：火星“塵夏”是指在全球性沙塵暴期間，大量沙塵被卷入高層大氣，形成覆蓋全球的厚厚塵埃云層，此時(shí)雖然地面可能陽光明媚（沙塵反射陽光），但整個(gè)行星被厚塵籠罩，如同一個(gè)“塵土覆蓋的夏天”。*影響：對(duì)火星表面溫度影響顯著，高層塵埃云層強(qiáng)烈反射太陽短波輻射，導(dǎo)致白天地表接收到的太陽輻射減少，溫度下降；同時(shí)，塵埃顆粒吸收紅外輻射，可能輕微提升大氣高層溫度，并導(dǎo)致大氣逆溫層增強(qiáng)。厚重的塵埃使大氣透明度極低，嚴(yán)重阻礙了可見光遙感觀測(cè)，并可能影響行星尺度的能量平衡。3.典型火星全球性沙塵暴的發(fā)育和演變過程：*發(fā)育：通常起源于赤道附近（約15-30度緯度帶）的低壓區(qū)或地表溫度差異區(qū)域，強(qiáng)烈的低層風(fēng)將地表疏松的細(xì)沙塵卷起，形成局地塵柱。*擴(kuò)展：一旦塵柱形成，可能被行星尺度環(huán)流系統(tǒng)（如行星波或極地渦旋崩潰）捕獲和增強(qiáng)，迅速向東擴(kuò)展，并逐漸向兩極蔓延，可覆蓋整個(gè)火星。*演變：大型沙塵暴可能持續(xù)數(shù)周、數(shù)月甚至數(shù)年。其強(qiáng)度和范圍可能發(fā)生變化，有時(shí)會(huì)分裂成多個(gè)小旋渦，或者多個(gè)風(fēng)暴系統(tǒng)合并。隨著風(fēng)暴的移動(dòng)和消散，塵埃濃度會(huì)逐漸降低。沙塵的分布和沉降過程也受到火星大氣環(huán)流和水冰/干冰相變過程的共同影響。4.空間探測(cè)技術(shù)在獲取火星氣候演變信息方面的作用和優(yōu)勢(shì)：*遙感技術(shù)（軌道器）：優(yōu)勢(shì)在于可從宏觀尺度獲取全球覆蓋的地形、地質(zhì)、大氣、水冰分布等信息，通過多時(shí)相對(duì)比，能夠追蹤地表特征（如極冠退縮、沙丘移動(dòng)、河床地貌變化）的長期演變，探測(cè)大氣成分變化（通過光譜分析），是研究火星氣候歷史的主要手段。*現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)技術(shù)（著陸器、火星車）：優(yōu)勢(shì)在于能夠提供高分辨率的近距離觀測(cè)數(shù)據(jù)，獲取地表物質(zhì)成分（通過化學(xué)分析儀）、土壤特性、直接氣象參數(shù)（溫度、氣壓、風(fēng)速、濕度），分析過去水活動(dòng)的痕跡，并可以直接鉆探獲取淺層地下信息，為遙感探測(cè)和氣候模型提供關(guān)鍵的地面驗(yàn)證數(shù)據(jù)。兩者結(jié)合，能夠提供從全局到局部的、多尺度的火星氣候信息。四、論述題1.火星過去可能存在的宜居環(huán)境條件及證據(jù)：*宜居環(huán)境條件：包括較溫暖濕潤的氣候（表面溫度高于0°C）、存在穩(wěn)定液態(tài)水、具有適宜的大氣成分和壓力、以及可能存在的宜居生物所需的化學(xué)元素和能量來源。*證據(jù)支持：*過去液態(tài)水證據(jù)：火星地表廣泛分布的河床、三角洲、古代湖泊/海洋沉積物地貌，表明過去存在大規(guī)模液態(tài)水。古代三角洲沉積物中的層理結(jié)構(gòu)也記錄了當(dāng)時(shí)的水文環(huán)境。*氣候溫暖證據(jù)：火星極冠中存在古代土壤和礫石層，暗示過去氣候相對(duì)溫暖干燥，允許水冰升華并留下沉積物。一些氣候模型模擬表明，在古代，火星可能存在更強(qiáng)的溫室效應(yīng)（如更高的二氧化碳濃度或水蒸氣含量），使得表面溫度足以維持液態(tài)水。*水冰證據(jù)：火星地下普遍存在水冰，特別是在高緯度和中緯度地區(qū)的淺層土壤中，是過去氣候濕潤的遺留物。*有機(jī)物和生物標(biāo)記物探索：“好奇號(hào)”火星車在蓋爾撞擊坑的古代湖泊沉積物中發(fā)現(xiàn)了復(fù)雜的有機(jī)分子，以及可能由微生物活動(dòng)形成的微結(jié)構(gòu)（生物標(biāo)記物），雖然這些發(fā)現(xiàn)仍有爭議，但為火星過去宜居性提供了線索。*大氣成分：古代火星巖石中的同位素記錄暗示過去大氣中可能含有水蒸氣和二氧化碳，且氧氣含量可能高于當(dāng)前。*證據(jù)反駁/疑問：*當(dāng)前氣候：當(dāng)前火星寒冷干燥，缺乏全球性磁場(chǎng)和厚密大氣，液態(tài)水難以穩(wěn)定存在。*輻射環(huán)境：缺乏全球磁場(chǎng)導(dǎo)致表面暴露于強(qiáng)烈的宇宙射線和太陽風(fēng)粒子輻射，對(duì)生命構(gòu)成威脅。*宜居窗口：火星宜居的時(shí)間窗口可能相對(duì)較短，或者宜居條件（如液態(tài)水、適當(dāng)溫度）的持續(xù)時(shí)間不足以支持復(fù)雜生命的演化。*大氣穩(wěn)定性：古代火星大氣是否足夠穩(wěn)定，能否長期維持宜居環(huán)境仍有待研究。2.人類通過火星探測(cè)任務(wù)研究火星氣候變化的意義和面臨的挑戰(zhàn)：*意義：*理解行星氣候演變：火星為我們提供了研究行星氣候系統(tǒng)如何對(duì)內(nèi)外強(qiáng)迫（如軌道參數(shù)變化、火山活動(dòng)、大氣成分變化）做出響應(yīng)的天然實(shí)驗(yàn)室，有助于深化對(duì)地球氣候演變的認(rèn)識(shí)。*尋找地外生命：火星氣候歷史的研究與尋找過去或現(xiàn)在生命跡象的任務(wù)密切相關(guān)，理解氣候條件的變化有助于確定生命可能存在的窗口期和地點(diǎn)。*評(píng)估未來人類探索可行性：研究火星氣候有助于評(píng)估人類未來在火星著陸、生存和探索所面臨的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)（如沙塵暴、輻射、溫度變化），為任務(wù)規(guī)劃和基地設(shè)計(jì)提供依據(jù)。*行星保護(hù)：了解火星氣候和環(huán)境有助于制定防止地球微生物污染火星，以及未來火星與地球之間可能存在的生物交換風(fēng)險(xiǎn)的管理策略。*推動(dòng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展：火星探測(cè)任務(wù)需要發(fā)展先進(jìn)的遙感、探測(cè)、通信、機(jī)器人等技術(shù)，這些技術(shù)的進(jìn)步反過來也促進(jìn)了氣候變化研究等領(lǐng)域的發(fā)展。*挑戰(zhàn)：*數(shù)據(jù)獲取難度大：火星距離地球遙遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸延遲嚴(yán)重，任務(wù)成本高昂，每次任務(wù)能獲取的數(shù)據(jù)量有限。*環(huán)境惡劣：火星寒冷、干燥、高輻射環(huán)境對(duì)探測(cè)器硬件和生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)都是嚴(yán)峻考驗(yàn)。*探測(cè)深度有限：大部分探測(cè)任務(wù)停留在表面或近表面，難以獲取深層地質(zhì)和氣候信息，對(duì)氣候變化的長期歷史（如數(shù)十億年）認(rèn)識(shí)不足。*解釋復(fù)雜性：火星氣候系統(tǒng)復(fù)雜，且缺乏長期連續(xù)的觀測(cè)記錄，使得對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的解釋和氣候模型的驗(yàn)證充滿挑戰(zhàn)。*集成多學(xué)科數(shù)據(jù)：需要有效整合來自不同類型探測(cè)器（軌道器、著陸器、火星車）和不同學(xué)科（地質(zhì)學(xué)、大氣科學(xué)、空間物理）的數(shù)據(jù)，對(duì)研究人員的跨學(xué)科合作能力要求高。3.火星氣候變化對(duì)人類未來在火星進(jìn)行長期探測(cè)或定居可能產(chǎn)生的影響和需要克服的技術(shù)難題：*影響：*生存環(huán)境挑戰(zhàn)：持續(xù)的寒冷、干燥、低氣壓、沙塵暴、強(qiáng)輻射是主要挑戰(zhàn)，需要建立和維護(hù)能夠抵御這些因素的封閉式棲息地。*資源利用需求：水資源（需要從冰中提取、凈化、循環(huán)利用）、能源（需要高效、可靠的太陽能或其他能源系統(tǒng)）、建筑材料（可能需要利用當(dāng)?shù)刭Y源，如火星土壤3D打印）的可持續(xù)供應(yīng)至關(guān)重要。*健康風(fēng)險(xiǎn)：低氣壓可能導(dǎo)致肺部問題（減壓病），強(qiáng)輻射增加癌癥風(fēng)險(xiǎn)和損傷遺傳物質(zhì)，長期失重或低重力環(huán)境導(dǎo)致肌肉萎縮、骨質(zhì)流失等問題，都需要有效的防護(hù)措施和醫(yī)