2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——火星生物多樣性調(diào)查技術(shù)研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪一項(xiàng)不是火星表面目前確認(rèn)的主要限制生命存在的因素？A.極端溫度波動(dòng)B.高能宇宙射線(xiàn)和太陽(yáng)輻射C.稀薄且以二氧化碳為主的大氣D.充足的液態(tài)水和氧氣2.在火星生物多樣性調(diào)查中，尋找特定有機(jī)分子（如生物標(biāo)志物）時(shí)，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于？A.能夠直接在火星原位進(jìn)行高靈敏度探測(cè)B.可以提供有機(jī)物的元素組成和同位素信息C.對(duì)復(fù)雜混合物具有良好的分離能力D.抗輻射能力強(qiáng)，適合火星表面長(zhǎng)期部署3.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）技術(shù)用于火星生命探測(cè)時(shí)，其主要探測(cè)對(duì)象是？A.微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)B.特定的有機(jī)官能團(tuán)C.火星大氣中的溫室氣體D.巖石中的金屬礦物成分4.“好奇號(hào)”火星車(chē)攜帶的Samp儀器主要目的是？A.直接尋找火星微生物B.分析火星巖石和土壤的化學(xué)成分C.探測(cè)火星大氣中的有機(jī)分子D.精確測(cè)量火星表面的輻射水平5.火星生物多樣性調(diào)查的原位探測(cè)技術(shù)相比樣本返回策略，其主要優(yōu)勢(shì)之一是？A.可以獲得更純凈的生物樣本B.探測(cè)結(jié)果不受地球環(huán)境影響C.通常成本更低，風(fēng)險(xiǎn)更小D.能夠進(jìn)行更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室分析6.拉曼光譜技術(shù)相比于紅外光譜技術(shù)在探測(cè)生物標(biāo)志物時(shí)的一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)是？A.對(duì)水分干擾更小B.探測(cè)深度更大C.更容易區(qū)分同分異構(gòu)體D.儀器通常更輕便7.火星地下或冰下環(huán)境可能成為生命存在的“避風(fēng)港”，其主要原因可能是？A.環(huán)境相對(duì)封閉，變化較小B.更容易獲得液態(tài)水C.受表面輻射影響較小D.以上所有原因8.在設(shè)計(jì)火星生物探測(cè)器時(shí)，考慮其耐輻射能力主要是為了應(yīng)對(duì)？A.火星大氣中的臭氧層空洞B.火星表面的強(qiáng)紫外線(xiàn)C.來(lái)自太陽(yáng)和星際空間的高能粒子輻射D.地球磁場(chǎng)對(duì)探測(cè)器的影響9.以下哪項(xiàng)不是目前火星生物多樣性調(diào)查面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)？A.如何在極端環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行探測(cè)儀器B.如何有效采集和封裝可能含有生物信息的樣本C.如何確保探測(cè)到的信號(hào)確實(shí)是生物起源而非地質(zhì)成因D.如何在火星表面建立大型實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行復(fù)雜分析10.甲烷在火星大氣中的異常釋放現(xiàn)象，對(duì)于火星生物多樣性研究具有什么意義？A.直接證明了火星表面存在活躍的微生物群落B.提供了可能存在過(guò)去或現(xiàn)在生命的線(xiàn)索C.明確了火星大氣演化的具體時(shí)間節(jié)點(diǎn)D.表明火星氣候正在快速變暖二、填空題1.火星表面的輻射環(huán)境主要包括來(lái)自太陽(yáng)的________輻射和宇宙射線(xiàn)，這對(duì)生物分子是極大的破壞。2.目前認(rèn)為，火星上曾經(jīng)存在液態(tài)水的證據(jù)主要來(lái)自________和________等地質(zhì)構(gòu)造。3.用于探測(cè)微弱有機(jī)信號(hào)的光譜技術(shù)，如拉曼光譜和紅外光譜，其探測(cè)極限很大程度上受限于________效應(yīng)。4.如果在火星土壤中發(fā)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的________鏈，可能被認(rèn)為是過(guò)去或現(xiàn)在生命存在的證據(jù)之一。5.為了減少假陽(yáng)性結(jié)果，火星生物標(biāo)志物探測(cè)策略通常需要采用________或________的方法進(jìn)行交叉驗(yàn)證。6.火星“鳳凰號(hào)”著陸器在著陸點(diǎn)附近發(fā)現(xiàn)了水冰，這一發(fā)現(xiàn)極大地提升了________環(huán)境中存在生命的可能性。7.將火星樣本帶回地球進(jìn)行詳細(xì)分析，被稱(chēng)為_(kāi)_______策略，它能夠提供更全面的地球?qū)嶒?yàn)室條件下的信息。8.原位生物探測(cè)儀器的核心挑戰(zhàn)之一是如何在________和________之間取得平衡。9.火星上的極端干燥和缺氧環(huán)境，使得地表生命的生存需要依賴(lài)特殊的________機(jī)制。10.未來(lái)的火星生命探測(cè)任務(wù)可能會(huì)更加關(guān)注________和________等潛在生命棲息地。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述化學(xué)成因有機(jī)物與生物成因有機(jī)物在光譜特征上可能存在的區(qū)別，以及為什么需要區(qū)分它們？2.解釋什么是同位素生物標(biāo)志物，并舉例說(shuō)明其如何在火星生命探測(cè)中發(fā)揮作用。3.為什么說(shuō)火星地下或冰下環(huán)境是尋找火星生命的重要潛在目標(biāo)？面臨哪些探測(cè)挑戰(zhàn)？4.比較一下氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）和拉曼光譜技術(shù)在對(duì)火星土壤樣品進(jìn)行有機(jī)物分析時(shí)的主要不同點(diǎn)和各自的優(yōu)勢(shì)。四、論述題1.詳細(xì)論述在火星上進(jìn)行原位生命探測(cè)時(shí)，如何應(yīng)對(duì)高能輻射（如宇宙射線(xiàn)、太陽(yáng)粒子事件）對(duì)生物探測(cè)儀器和樣本（如果存在）的損傷與干擾。2.結(jié)合當(dāng)前火星探測(cè)任務(wù)（如“毅力號(hào)”及其“機(jī)智號(hào)”無(wú)人機(jī)）的發(fā)現(xiàn)，論述利用無(wú)人機(jī)或小型機(jī)器人進(jìn)行火星表面原位生物多樣性調(diào)查的可行性與優(yōu)勢(shì)，并分析其面臨的主要挑戰(zhàn)。3.探討未來(lái)火星生物多樣性調(diào)查技術(shù)可能的發(fā)展方向，例如在儀器小型化、靈敏度提升、智能化數(shù)據(jù)分析以及探索更極端環(huán)境等方面，并設(shè)想一種你設(shè)想的未來(lái)火星生物探測(cè)器及其工作原理。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.C5.C6.C7.D8.C9.D10.B二、填空題1.射線(xiàn)2.河流/湖泊，三角洲3.吸收4.復(fù)雜有機(jī)5.多種，多種6.地下/冰下7.樣本返回8.靈敏度，抗干擾能力9.化能自養(yǎng)10.火星地下/冰下，熔巖管三、簡(jiǎn)答題1.解析思路:首先要說(shuō)明化學(xué)成因有機(jī)物通常結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單（如簡(jiǎn)單的烴類(lèi)、含氧有機(jī)物），光譜特征有規(guī)律可循，與特定地質(zhì)作用相關(guān)。生物成因有機(jī)物則可能更復(fù)雜（如蛋白質(zhì)、核酸片段），含有手性、特定官能團(tuán)組合等，光譜信號(hào)可能更寬、更復(fù)雜或具有特殊峰形。區(qū)分的原因在于，只有找到非地質(zhì)成因、具有生物特征的復(fù)雜有機(jī)物，才能更有力地支持火星存在（或曾經(jīng)存在）生命的結(jié)論。需要強(qiáng)調(diào)區(qū)分的目的是排除地質(zhì)干擾，確認(rèn)生物信號(hào)的真實(shí)性。2.解析思路:首先定義同位素生物標(biāo)志物：指生物體在生長(zhǎng)過(guò)程中由于代謝活動(dòng)，其同位素（如碳、氫、氮、硫等）的相對(duì)豐度會(huì)偏離地質(zhì)背景的平衡比值。舉例：如CH4中碳同位素（δ13C-CH4）的值，如果比火星大氣背景值更輕（負(fù)值），可能指示生物甲烷生成。解釋其作用：通過(guò)測(cè)量特定同位素比率的變化，即使找不到完整的生物體或有機(jī)分子，也能推斷過(guò)去或現(xiàn)在存在生命活動(dòng)，因?yàn)樯镞^(guò)程通常具有特定的同位素分餾特征。3.解析思路:說(shuō)明原因：地下和冰下環(huán)境相對(duì)地表更穩(wěn)定，能屏蔽部分表面輻射，提供潛在的水源（液態(tài)或水冰），可能存在更穩(wěn)定的溫度條件，這些都是生命生存的基本要素。指出挑戰(zhàn)：如何從幾十米到幾公里的深度獲取樣本是工程難題；如何設(shè)計(jì)能在高壓、低溫、高輻射地下環(huán)境中工作的原位探測(cè)儀器也是技術(shù)瓶頸；冰下湖或海洋如果存在，如何確認(rèn)其液態(tài)水狀態(tài)以及其中是否含有生命，面臨巨大挑戰(zhàn)。4.解析思路:比較點(diǎn)：GC-MS基于色譜分離和質(zhì)譜鑒定，可以分離復(fù)雜的有機(jī)混合物，獲得物質(zhì)的組分和結(jié)構(gòu)信息，但需要樣品前處理（如衍生化），且質(zhì)譜對(duì)簡(jiǎn)單分子鑒定能力相對(duì)弱。拉曼光譜直接探測(cè)分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)簡(jiǎn)單分子和官能團(tuán)有強(qiáng)指紋特征，無(wú)需樣品制備，探測(cè)深度有限但可原位無(wú)損分析。優(yōu)勢(shì)：GC-MS在復(fù)雜有機(jī)物鑒定和定構(gòu)上優(yōu)勢(shì)明顯；拉曼光譜在快速識(shí)別簡(jiǎn)單生物標(biāo)志物（如磷酸鹽、碳酸鹽）和原位分析上更便捷。需要說(shuō)明兩者互補(bǔ)性。四、論述題1.解析思路:首先強(qiáng)調(diào)輻射是火星生命探測(cè)的主要限制因素。然后分點(diǎn)論述應(yīng)對(duì)策略：①儀器層面：采用抗輻射材料、設(shè)計(jì)冗余系統(tǒng)、使用輻射屏蔽層（物理屏蔽或材料吸收）、開(kāi)發(fā)耐輻射探測(cè)器元件；②樣本層面：快速密封樣本，減少暴露時(shí)間，利用低溫凍結(jié)或化學(xué)固定可能使生物分子更穩(wěn)定；③數(shù)據(jù)層面：建立輻射損傷模型，對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，識(shí)別并剔除輻射引起的干擾信號(hào)；④工作模式：利用火星自轉(zhuǎn)或地形進(jìn)行掩蔽，避免長(zhǎng)時(shí)間暴露在太陽(yáng)活動(dòng)高峰期。最后總結(jié)，需要綜合運(yùn)用多種技術(shù)手段來(lái)應(yīng)對(duì)輻射挑戰(zhàn)。2.解析思路:首先論述可行性：無(wú)人機(jī)可靈活覆蓋大范圍，克服地形障礙；小型機(jī)器人可進(jìn)入狹窄區(qū)域（如熔巖管），原位進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)；結(jié)合多光譜、熱成像、拉曼等技術(shù)，可提高探測(cè)效率和生物標(biāo)志物識(shí)別能力。論述優(yōu)勢(shì)：提高對(duì)火星表面生命棲息地潛力的普查效率；實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊地貌（如干涸河床、熔巖管）內(nèi)部的原位生命探測(cè)，這些地點(diǎn)傳統(tǒng)輪式探測(cè)器難以到達(dá)；通過(guò)搭載無(wú)人機(jī)，可進(jìn)行立體探測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)，提供更全面的信息。分析挑戰(zhàn)：火星惡劣環(huán)境（沙塵、溫差、輻射）對(duì)無(wú)人機(jī)和機(jī)器人的耐久性要求極高；長(zhǎng)距離通信和遙控延遲是技術(shù)難點(diǎn)；樣本采集和封裝的機(jī)械臂需小型化、輕量化；數(shù)據(jù)傳輸和智能分析算法需高效處理大量信息。3.解析思路:探討方向：小型化與集成化（更輕便、功耗更低、多傳感器集成）；靈敏度提升（更高分辨率光譜、更靈敏的質(zhì)譜、更先進(jìn)的生物傳感器）；智能化（利用AI進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、模式識(shí)別、信號(hào)降噪，輔助判斷）；探索極端環(huán)境（設(shè)計(jì)能耐受更高輻射、更廣溫濕度范圍的儀器