2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——火星地表巖石的放射性元素分布考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分）1.以下哪種放射性元素在地球和火星地殼中的豐度通常存在顯著差異？A.鋁（Al）B.鉀（K）C.鋁（Al）D.鉻（Cr）2.火星表面伽馬能譜儀（GRS）探測(cè)到的放射性元素峰值主要對(duì)應(yīng)于哪種元素的衰變產(chǎn)物？A.氫（H）B.氦（He）C.鈾（U）和釷（Th）D.氧（O）3.科學(xué)家認(rèn)為火星地表某些區(qū)域存在放射性元素富集，可能對(duì)早期火星的地?zé)峄顒?dòng)起到重要作用，其主要機(jī)制是？A.放射性元素衰變產(chǎn)生光熱，驅(qū)動(dòng)大氣對(duì)流B.放射性元素衰變產(chǎn)生熱量，熔化巖石形成地幔對(duì)流C.放射性元素吸附水分子，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)加熱D.放射性元素與大氣相互作用，產(chǎn)生溫室效應(yīng)4.“蓋爾撞擊坑”地區(qū)（Curiosity著陸點(diǎn)）探測(cè)到的高鉀（K）含量，對(duì)火星早期宜居性研究的主要意義在于？A.指示了火星表面曾有大量鉀鹽沉積B.提示該區(qū)域可能存在過(guò)強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化作用C.表明火星地殼中鉀元素的豐度遠(yuǎn)高于全球平均水平D.可能暗示了與鉀相關(guān)的熱液活動(dòng)環(huán)境5.與中子能譜儀（NS）相比，伽馬能譜儀（GRS）在探測(cè)火星表面放射性元素方面的主要優(yōu)勢(shì)是？A.能探測(cè)更深的地下物質(zhì)B.能更精確地測(cè)定元素的原子量C.對(duì)氫元素含量更敏感D.探測(cè)結(jié)果受礦物晶格結(jié)構(gòu)影響較小6.火星地表巖石中放射性元素（U,Th,K）的含量分布，通常被認(rèn)為能反映？A.火星大氣的成分和演化歷史B.火星表面水的分布和循環(huán)特征C.火星巖石形成的條件和來(lái)源D.火星地表溫度的垂直變化7.伽馬能譜儀探測(cè)到的“鉀峰”（主要來(lái)自鉀40衰變）強(qiáng)度，除了與巖石中鉀元素本身的豐度有關(guān)外，還受到什么因素的顯著影響？A.巖石的密度B.巖石的磁性C.巖石中的水含量D.火星表面的光照條件8.火星科學(xué)家通過(guò)分析放射性元素分布數(shù)據(jù)，推斷過(guò)去火星表面可能存在液態(tài)水，其主要依據(jù)是？A.某些放射性元素僅在沉積巖中富集B.放射性元素的熱量釋放可能促進(jìn)了水循環(huán)C.放射性元素分布不均性與古代河道遺跡吻合D.放射性元素能與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成特定礦物9.現(xiàn)代火星探測(cè)任務(wù)中，用于探測(cè)地表元素組成的關(guān)鍵儀器，除了伽馬能譜儀和中子能譜儀外，還包括？A.磁力計(jì)B.氣相色譜儀C.激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀（LIBS）D.紅外光譜儀（TES）10.放射性元素在火星地表巖石中的分布，對(duì)于評(píng)估火星未來(lái)載人探測(cè)的輻射環(huán)境有何重要意義？A.直接決定了火星表面的宇宙射線強(qiáng)度B.間接反映了地表及淺層土壤的天然放射性水平C.幫助確定著陸點(diǎn)的最佳地質(zhì)結(jié)構(gòu)D.提供了評(píng)估火星大氣防護(hù)能力的數(shù)據(jù)二、填空題（每空2分，共20分）1.放射性元素衰變鏈中的α衰變，是指原子核釋放一個(gè)______和一個(gè)______粒子。2.火星地表伽馬能譜儀主要通過(guò)探測(cè)放射性元素衰變產(chǎn)生的______射線來(lái)推斷元素豐度。3.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，火星上某些古老撞擊坑的放射性元素豐度相對(duì)較高，這被認(rèn)為是______證據(jù)。4.除了鈾（U）、釷（Th）和鉀（K）之外，______也是火星表面伽馬能譜儀可以探測(cè)到的重要放射性元素。5.放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量，在火星早期歷史上可能對(duì)______的形成和維持起到了重要作用。6.中子能譜儀對(duì)于探測(cè)火星地表______含量以及某些輕元素（如______）的分布具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。7.火星巖石中鉀元素的豐度和分布，是評(píng)估其______的重要指標(biāo)之一。8.對(duì)比分析不同火星著陸點(diǎn)的放射性元素分布數(shù)據(jù)，有助于理解火星______的差異性。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述伽馬能譜儀（GRS）的基本工作原理。2.解釋放射性元素衰變產(chǎn)生的熱能在火星地質(zhì)演化中可能扮演的角色。3.簡(jiǎn)述中子能譜儀（NS）為何能夠有效探測(cè)火星地表的水含量。四、論述題（10分）結(jié)合你對(duì)火星地表巖石中放射性元素分布研究的理解，論述其對(duì)于評(píng)估火星宜居性的科學(xué)意義。請(qǐng)從至少兩個(gè)方面進(jìn)行闡述。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.D5.D6.C7.A8.A9.C10.B二、填空題1.α粒子，β粒子2.伽馬（或γ）3.古熱液活動(dòng)（或熱液活動(dòng)）4.鐳（或Ra）5.地?zé)峄顒?dòng)（或內(nèi)生活動(dòng)）6.氫（或H），氖（或Ne）7.宜居性（或宜居環(huán)境）8.地質(zhì)演化和構(gòu)造（或地質(zhì)演化和構(gòu)造背景）三、簡(jiǎn)答題1.伽馬能譜儀通過(guò)探測(cè)來(lái)自地表及淺層巖石中天然放射性元素（如U,Th,K）衰變時(shí)釋放的伽馬射線，測(cè)量不同能量（即不同種類(lèi)）伽馬射線的強(qiáng)度。由于每種元素的衰變產(chǎn)物會(huì)發(fā)射特征能量的伽馬射線，通過(guò)分析接收到的伽馬射線能譜，可以識(shí)別出存在的放射性元素種類(lèi)，并根據(jù)其強(qiáng)度反推它們?cè)趲r石中的相對(duì)或絕對(duì)豐度。2.放射性元素（U,Th,K）的衰變過(guò)程會(huì)持續(xù)釋放熱量，這種熱量被稱(chēng)為放射性熱。在火星早期，這種熱量可能是驅(qū)動(dòng)地殼和地幔對(duì)流、維持地核熔融（產(chǎn)生全球磁場(chǎng)）、加熱巖石圈并促進(jìn)板塊運(yùn)動(dòng)或局部地?；顒?dòng)（如熱點(diǎn)、地?zé)釃娙┑闹匾茉?。即使在現(xiàn)代火星，放射性熱也可能在局部區(qū)域（如大型撞擊坑底部）產(chǎn)生足夠的熱量，維持地下液態(tài)水或促進(jìn)某些化學(xué)/生物過(guò)程，從而影響行星的宜居性。3.中子能譜儀利用中子與物質(zhì)的相互作用來(lái)探測(cè)元素。當(dāng)儀器向地表發(fā)射中子束或探測(cè)自然放射性衰變產(chǎn)生的中子時(shí)，地表物質(zhì)中的氫原子核（質(zhì)子）會(huì)俘獲慢中子變成氘，并發(fā)射出獨(dú)特的反沖質(zhì)子信號(hào)；而較重的元素（如氧、硅、鋁以及少量氫）則會(huì)散射或吸收中子。通過(guò)分析探測(cè)到的中子能譜，特別是反沖質(zhì)子峰的強(qiáng)度，可以反演出地表淺層土壤和巖石中氫（水）的含量。此外，中子也能與含鈾、釷的放射性元素發(fā)生散射和吸收，影響特定能量中子的計(jì)數(shù)，因此也能提供關(guān)于這些元素存在的信息。四、論述題放射性元素在火星地表巖石中的分布研究對(duì)于評(píng)估火星宜居性具有重要意義。首先，放射性元素（U,Th,K）的豐度和分布直接關(guān)系到火星早期和晚期地?zé)峄顒?dòng)的強(qiáng)度與持續(xù)時(shí)間。早期強(qiáng)烈的地?zé)峄顒?dòng)被認(rèn)為是火星保持全球性液態(tài)海洋和溫暖氣候的關(guān)鍵因素之一，為生命起源提供了潛在的能量和物質(zhì)環(huán)境。通過(guò)研究放射性元素分布，可以重建過(guò)去的地?zé)崮Ｐ?，評(píng)估宜居環(huán)境的持續(xù)時(shí)間。其次，放射性元素往往與特定的地質(zhì)過(guò)程（如熱液活動(dòng)）相關(guān)聯(lián)。熱液系統(tǒng)是地表與地下環(huán)境發(fā)生物質(zhì)交換的重要場(chǎng)所，能夠提供生命所需的水分、化學(xué)物質(zhì)和能量，并可能形成具有生物標(biāo)記