2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——火星大氣成分的監(jiān)測(cè)與分析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.與地球大氣相比，火星大氣最顯著的特征之一是（）。A.氮?dú)夂孔罡連.氧氣含量相對(duì)較高C.密度低，主要成分是二氧化碳D.擁有穩(wěn)定的水蒸氣層2.下列哪種光譜分析方法常用于遙感探測(cè)火星大氣成分，并能夠獲得高分辨率的光譜信息？（）A.微波輻射計(jì)B.拉曼光譜技術(shù)C.紅外掃描成像D.普通光柵分光光度計(jì)3.火星探測(cè)器上用于直接分析采集到的火星大氣樣品的儀器通常是（）。A.高光譜成像儀B.傅里葉變換紅外光譜儀C.質(zhì)譜儀D.氣相色譜儀4.在火星大氣成分反演的光譜分析中，選擇“大氣窗口”進(jìn)行觀測(cè)的主要目的是（）。A.提高探測(cè)器的發(fā)射功率B.減少探測(cè)器自身的熱輻射干擾C.穿透火星大氣，獲取下方地表信息D.只觀測(cè)水蒸氣等特定氣體吸收信號(hào)5.甲烷（CH?）在火星大氣中雖然含量很低，但其探測(cè)具有重要意義，主要因?yàn)椋ǎ?。A.它是構(gòu)成火星大氣的主要成分B.它是生命活動(dòng)的重要標(biāo)志物之一C.它能強(qiáng)烈吸收紅外輻射，導(dǎo)致火星變暖D.它是驅(qū)動(dòng)火星大氣環(huán)流的主要能源6.火星上的“沙塵暴”現(xiàn)象對(duì)大氣成分監(jiān)測(cè)的主要影響包括（）。A.顯著提高大氣中水蒸氣含量B.改變大氣中某些氣體（如CO?）的垂直分布C.使大氣成分均勻化，減少區(qū)域差異D.完全阻擋所有波長(zhǎng)的電磁波，無(wú)法進(jìn)行遙感探測(cè)7.火星大氣中二氧化碳的主要來(lái)源是（）。A.火星表面的生物呼吸作用B.火星內(nèi)部的火山噴發(fā)活動(dòng)C.大氣中甲烷的氧化D.火星夜晚的地面輻射冷卻8.下列哪項(xiàng)技術(shù)或方法不屬于用于分析火星大氣成分的手段？（）A.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）B.激光雷達(dá)高度測(cè)量C.質(zhì)譜飛行時(shí)間（TOF-MS）D.氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）9.火星大氣成分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)于研究火星氣候演化的重要意義體現(xiàn)在（）。A.可以直接推算出火星表面的平均溫度B.能夠幫助重建過(guò)去大氣成分的變化歷史C.可以精確測(cè)量火星到太陽(yáng)的距離D.能夠直接確定火星上是否存在液態(tài)水10.火星探測(cè)器上的大氣分析儀（如SAM）在進(jìn)行樣品分析前，通常需要進(jìn)行背景氣體的測(cè)量，其主要目的是（）。A.校準(zhǔn)儀器零點(diǎn)B.排除儀器本身可能泄漏的氣體干擾C.測(cè)量火星大氣總壓強(qiáng)D.判斷火星大氣是否穩(wěn)定二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題中橫線上）1.火星大氣的主要直接成分按體積分?jǐn)?shù)計(jì)，占比最高的是______。2.利用光譜儀測(cè)量氣體吸收特征來(lái)反演其濃度的基本原理是______。3.“好奇號(hào)”火星車(chē)攜帶的______儀器可以用來(lái)分析巖石和土壤的礦物成分，間接推斷過(guò)去大氣的組成。4.火星大氣密度極低，大約只有地球海平面大氣密度的______。5.探測(cè)器上搭載的質(zhì)譜儀通過(guò)測(cè)量離子______來(lái)確定物質(zhì)的化學(xué)元素組成和同位素比例。6.火星大氣中的水主要以______、水冰和水蒸氣的形式存在。7.______是目前火星探測(cè)中最重要的氣體成分，其濃度在火星表面的不同高度存在顯著差異。8.為了克服火星大氣對(duì)可見(jiàn)光的強(qiáng)烈散射，遙感探測(cè)火星表面通常采用______成像技術(shù)。9.分析火星大氣成分?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，需要考慮并去除______等多種因素的影響，以獲得真實(shí)的氣體濃度信息。10.火星大氣成分監(jiān)測(cè)對(duì)于評(píng)估火星是否存在宜居環(huán)境具有重要的______意義。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述紅外光譜技術(shù)在遙感探測(cè)火星大氣成分方面的基本原理。2.比較直接采樣分析法和遙感探測(cè)法監(jiān)測(cè)火星大氣成分的主要區(qū)別。3.解釋為什么監(jiān)測(cè)火星大氣中的甲烷含量對(duì)科學(xué)界如此重要。四、計(jì)算題（共10分）假設(shè)使用傅里葉變換紅外光譜儀探測(cè)火星大氣，在某個(gè)特定波數(shù)位置（ν=2400cm?1）檢測(cè)到CO?分子強(qiáng)烈的吸收峰。已知CO?在該波數(shù)處的吸收截面為σ=2.0x10?2cm2/mol。探測(cè)器接收到的信號(hào)強(qiáng)度與該波數(shù)處的大氣透過(guò)率成反比。如果測(cè)量得到該波數(shù)位置的透過(guò)率T=0.85，火星大氣在該波數(shù)位置的路徑長(zhǎng)度L=10km。請(qǐng)計(jì)算該路徑上火星大氣中CO?的柱濃度（單位：mol/cm2）。（提示：透過(guò)率T=e^(-σcl)，其中c為濃度，l為路徑長(zhǎng)度）五、論述題（15分）論述火星大氣成分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在理解火星氣候系統(tǒng)（包括當(dāng)前狀態(tài)和演化歷史）方面所起的作用，并舉例說(shuō)明。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.D5.B6.B7.B8.B9.B10.B二、填空題1.二氧化碳2.吸收定律（或朗伯-比爾定律）3.火星化學(xué)與礦物學(xué)分析儀（SAM）4.1%5.豐度（或質(zhì)量/電荷比）6.液態(tài)水（或冰、水蒸氣）7.二氧化碳8.多光譜（或偽彩色）9.大氣散射（或大氣吸收、儀器噪聲、背景氣體）10.評(píng)估（或判斷、探索）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：紅外光譜技術(shù)基于不同分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷需要吸收特定頻率（波數(shù)）的紅外光。每種氣體分子都有其獨(dú)特的紅外吸收光譜“指紋”。通過(guò)探測(cè)火星大氣反射或透射的紅外輻射，分析其中特定波數(shù)位置的吸收強(qiáng)度和特征，可以識(shí)別大氣中存在的氣體種類(lèi)及其濃度信息。2.解析思路：直接采樣分析法通過(guò)探測(cè)器上的儀器直接分析采集到的火星大氣樣品，能夠獲得高精度的成分?jǐn)?shù)據(jù)，但無(wú)法反映大氣在空間上的分布變化，且采樣點(diǎn)有限。遙感探測(cè)法通過(guò)從軌道或地面觀測(cè)火星大氣對(duì)電磁波（如紅外、微波）的吸收、散射等特性來(lái)反演大氣成分，可以在大范圍時(shí)空尺度上獲取連續(xù)數(shù)據(jù)，了解成分的分布和變化，但數(shù)據(jù)精度受大氣狀況、儀器性能等多種因素影響。3.解析思路：甲烷是一種相對(duì)較輕的氣體，其在大氣中的存在可能暗示近期存在產(chǎn)生源（如生物活動(dòng)或地質(zhì)活動(dòng)）或消耗過(guò)程。生物甲烷假說(shuō)認(rèn)為，如果探測(cè)到現(xiàn)存的、具有特定時(shí)空分布特征的甲烷異常濃度，可能表明火星表面或近地表存在（過(guò)去或現(xiàn)在）的生命跡象。因此，監(jiān)測(cè)甲烷是評(píng)估火星宜居性和生命存在可能性的關(guān)鍵指標(biāo)之一。四、計(jì)算題解題步驟：1.根據(jù)公式T=e^(-σcl)取自然對(duì)數(shù)，得到ln(T)=-σcl。2.代入已知數(shù)值：ln(0.85)=-(2.0x10?2cm2/mol)*c*(10km*103cm/km)。3.計(jì)算路徑長(zhǎng)度l：l=10km*103cm/km=10?cm。4.代入并計(jì)算：ln(0.85)≈-0.1625，-0.1625=-(2.0x10?2)*c*(10?)。5.解出濃度c：c=-0.1625/[-(2.0x10?2)*(10?)]=0.1625/(2.0x102)=0.1625/200。6.最終結(jié)果：c=0.0008125mol/cm2。答案：該路徑上火星大氣中CO?的柱濃度為0.0008125mol/cm2。五、論述題解析思路：1.闡述核心作用：火星大氣成分是火星氣候系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其組成、濃度和變化直接影響火星的能量平衡、溫度結(jié)構(gòu)、水循環(huán)、天氣現(xiàn)象以及潛在的生命支持環(huán)境。因此，監(jiān)測(cè)大氣成分是理解火星整體氣候狀態(tài)和演化的基礎(chǔ)。2.具體方面舉例：*當(dāng)前狀態(tài)：通過(guò)探測(cè)CO?濃度、水蒸氣含量、塵埃分布、甲烷豐度等，可以實(shí)時(shí)了解火星當(dāng)前的氣候狀況，如溫度、氣壓、濕度和天氣事件（如沙塵暴）。*溫度與壓力：大氣主要成分（CO?）的濃度和分布直接影響火星的溫室效應(yīng)和全球平均溫度。大氣壓強(qiáng)的測(cè)量（通過(guò)氣壓計(jì)或光譜法反演）是評(píng)估大氣密度和宜居性的基本參數(shù)。*水循環(huán)：水蒸氣含量的監(jiān)測(cè)對(duì)于理解火星的水循環(huán)過(guò)程（水的相變、輸送和沉積）至關(guān)重要，有助于評(píng)估水的存在形式和潛在流動(dòng)性。*氣候變化歷史：對(duì)古代火星巖石或沉積物中記錄的大氣成分信息（如同位素比值）進(jìn)行分析，或者通過(guò)遙感探測(cè)古代湖泊、三角洲等地貌遺跡反映的過(guò)去大氣環(huán)境，可以重建火星氣候的演化歷史，如大氣的丟失、冰期的更替等。*