2025年大学《行星科学》专业题库- 行星系统中的地磁演化

2025年大学《行星科学》专业题库——行星系统中的地磁演化考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.地球主要的地磁场来源区域是？A.地幔B.地核外核C.地壳D.大气层2.以下哪个行星被认为是太阳系中目前具有全球性磁场的最主要发电机？A.金星B.火星C.木星D.水星3.“发电机理论”描述的是？A.地壳岩石记录地磁场方向的过程B.液态导电物质在运动中产生磁场的现象C.地磁场周期性倒转的规律D.潮汐力导致行星自转速度变化的过程4.与地球相比，木星地磁场强度显著更强的主因是？A.木星拥有更强的地幔对流B.木星拥有更快的自转速率C.木星外核具有更高的电导率D.木星接收的太阳风能量更大5.金星几乎没有全球性磁场的最主要原因被认为是？A.金星缺乏液态外核B.金星地幔导电机阻过高C.金星自转过慢D.金星受到强烈的太阳风剥离6.古地磁学证据表明，地球曾经经历过地磁场倒转时期，这意味着？A.地球磁极的位置发生了简单的南北互换B.地球磁场的强度曾经历过周期性的增强和减弱C.地球内部曾经发生过大规模的结构翻转D.地球曾经失去过全球性磁场，后又重新产生7.行星核心的冷却和固态化过程，对其地磁场的长期演化主要产生什么影响？A.促进地磁场增强B.阻碍发电机活动，导致地磁场衰减或消失C.改变地磁场的偶极倾角D.增强地幔对流的强度8.行星与母星系盘的潮汐相互作用，可能对行星地磁演化产生的影响包括？A.加速行星自转B.减缓行星自转C.可能驱动或维持液态外核的存在D.以上所有9.磁异常是指？A.行星表面磁场强度显著高于或低于平均背景磁场的现象B.行星磁极发生周期性反转的现象C.行星内部存在固态铁磁性物质聚集的现象D.行星外核存在剧烈对流活动的现象10.对于评估行星的宜居性而言，行星拥有全球性磁场的主要意义在于？A.产生美丽的极光现象B.为行星提供辐射防护，抵御有害的星际射线和太阳风C.吸引并保持浓厚的大气层D.影响行星表面的气候分布二、填空题（每空1分，共10分）1.地球地磁场的主要来源机制被称为__________理论，其依赖于液态外核中的导电物质运动。2.行星地磁场的强度和形态与其内部结构，特别是__________的状态和规模密切相关。3.通过分析岩石中捕获的__________信息，科学家可以重建古代地磁场的方向和强度。4.与木星和土星相比，火星目前的地磁场强度非常微弱，这通常被解释为其__________已经基本固化或消失。5.金星虽然自转较慢，但其内部可能存在强烈的__________，这对其地磁场的缺失有重要影响。6.木星大红斑是一个持续了数百年的巨大反气旋风暴，其附近也观测到异常强大的__________区域。7.地球的磁极倾角（磁轴与旋转轴的夹角）并非固定不变，其长期变化被称为__________。8.潮汐加热是维持某些气态巨行星（如木星和土星）液态外核不致过早凝固的重要机制之一。9.除了偶极场之外，一些行星（如地球）还存在非偶极场成分，这通常与__________的活动有关。10.研究行星地磁演化的一个重要目标是理解地磁场与行星__________（如大气圈、生命）之间的相互作用。三、名词解释（每题3分，共15分）1.发电机理论2.古地磁学3.磁极倾角4.外核对流5.潮汐加热四、简答题（每题5分，共20分）1.简述地核对流在发电机过程中扮演的角色。2.比较地球和火星地磁场演化的主要差异及其可能原因。3.解释什么是磁异常，并简述其可能的形成机制。4.为什么地球的全球性磁场被认为是保护地球生命的重要屏障？五、论述题（10分）结合你对发电机理论的理解，论述为什么木星和土星拥有如此强盛且复杂的磁场，而金星和火星则几乎观测不到全球性磁场？分析各自可能的关键影响因素。试卷答案一、选择题1.B2.C3.B4.B5.A6.A7.B8.D9.A10.B二、填空题1.磁场发电机2.外核3.磁滞剩磁4.外核5.内部对流6.磁场7.磁极漂移8.自转9.内部对流10.存在三、名词解释1.发电机理论:指在行星内部（通常是液态金属核心），由于液态导电物质的运动（如对流、剪切）和自转，按照电磁感应定律产生和维持全球性磁场的理论。2.古地磁学:利用沉积岩或火山岩中保存的磁化方向信息，来研究地球（或其他行星）古代地磁场方向和强度变化的一门学科。3.磁极倾角:指行星磁偶极矩矢量与行星自转轴之间的夹角。4.外核对流:指行星液态外核内部由于温度、密度差异引起的物质上下或环状流动。5.潮汐加热:指天体（如行星）因受到其卫星或恒星的引力作用，导致内部发生形变和摩擦生热的现象。四、简答题1.地核对流在发电机过程中扮演的角色:外核对流是磁场发电机理论的必要条件。液态外核中的导电物质（主要是铁、镍）在流动过程中，其运动切割了由自转产生的初始磁场或内部磁场，根据法拉第电磁感应定律，这将在导电物质中感应出电动势，进而驱动电流。这些大规模的电流又会产生自己的磁场，这个磁场会与原始磁场叠加，如果条件合适（如对流持续、电导率足够高、存在某种反馈机制），就能放大并维持一个强大的全球性磁场。2.比较地球和火星地磁场演化的主要差异及其可能原因:*地球:拥有强而动态的全球性偶极磁场，外核处于液态，内部对流活跃，发电机效应持续。*火星:目前几乎没有全球性磁场，只有局部、微弱的磁异常，其外核很可能已经凝固或接近凝固，内部对流减弱或停止，发电机效应基本关闭。*可能原因:地球和火星形成初期可能具有相似的内部结构和活动。但火星体积和质量小于地球，其内部可能冷却得更快。火星核心的冷却和固态化过程更早完成，导致驱动发电机的外核液态层消失或显著减弱，从而切断了地磁场的来源。地球则因为质量更大、冷却较慢，其核心外层至今仍保持液态，支撑着活跃的发电机。3.解释什么是磁异常，并简述其可能的形成机制:磁异常是指行星表面局部区域磁场强度显著高于或低于该区域平均背景磁场强度的现象。其可能的形成机制包括：*岩石剩磁:当含有铁磁性矿物的岩石形成时，如果处于行星磁场中，会沿磁场方向磁化。如果这些岩石后来被埋藏到较深、磁场较弱或不同的地幔层次，其原始剩磁可能被“锁定”，当这些岩石抬升至地表时，其局部磁场会叠加到背景场上，形成磁异常。*内核-地幔边界扰动:内核的生长、凝固或活动可能扰动地幔中的导电物质，形成局部的、异常的磁场源。*地幔对流:强烈的地幔对流或存在熔融区也可能产生非偶极或局部的磁场成分，形成异常。4.为什么地球的全球性磁场被认为是保护地球生命的重要屏障？地球的全球性磁场能够有效地偏转来自太阳的高能带电粒子（太阳风）和星际宇宙射线。这些高能粒子如果没有磁场阻挡，会直接冲击地球大气层，可能剥离大气成分，甚至直接威胁地表生命的DNA。地球磁场将大部分高能粒子偏转至行星极区，产生极光现象，而让大部分粒子绕过地球，从而为地球提供了一个重要的辐射防护层，使得液态水能够稳定存在于地表，为生命的存在和发展创造了关键条件。五、论述题结合你对发电机理论的理解，论述为什么木星和土星拥有如此强盛且复杂的磁场，而金星和火星则几乎观测不到全球性磁场？分析各自可能的关键影响因素。*木星和土星强磁场的原因:*巨大的质量与核心:木星和土星是太阳系最大的行星，拥有巨大的质量，这使其内部压力和温度极高，足以维持液态铁-硅合金核心（或类似物质）的长期存在。巨大的质量也意味着其核心可能更致密、温度更高，有利于维持液态状态。*快速的自转:木星和土星的自转速度非常快（一天不到10小时），强大的自转产生的离心力有助于维持核心的液态状态（平衡压力），并可能强烈驱动外核的对流，为发电机提供必要的运动能量和湍流混合。*活跃的内部对流:巨大的质量和内部热量驱动着极其活跃的外核对流。根据发电机理论，这种大规模、湍流性的导电物质运动是产生强大磁场的核心机制。观测证据（如木星大红斑附近异常磁场）也支持其内部动力过程极为剧烈。*丰富的导电物质:其内部可能含有大量高电导率的物质（如液态金属），为电流的产生和磁场的放大提供了基础。*金星和火星无（或弱）磁场的原因:*金星:*缓慢的自转:金星自转非常缓慢（一个金星日长达243个地球日），缓慢的自转可能不足以在核心中驱动足够强烈的对流来启动发电机。*可能的核心状态:金星内部可能已经经历了显著的冷却和固态化过程，其核心可能已经完全凝固，或者外核层变得非常薄、缺乏流动性，失去了维持发电机活动的基本条件。即使存在液态核心，缓慢的自转也可能使其对流不活跃。*火星:*快速冷却与核心凝固:与地球相比，火星质量较小，冷却速度更快。研究表明，火星核心很可能在早期活动之后就已经大部分或完全凝固。固态的核心无法进行对流，因此无法支持磁场发电机的运行。目前火星局部的磁异常可能反映了过去存