2025年大学《行星科学》专业题库- 行星系统的异星旋转

2025年大学《行星科学》专业题库——行星系统的异星旋转考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.根据开普勒第三定律，下列说法正确的是（）。A.行星轨道半长轴越长，其公转周期越长B.行星轨道偏心率越大，其公转周期越长C.行星轨道倾角越大，其公转周期越长D.行星轨道升交点赤经越大，其公转周期越长2.行星自转轴进动的主要驱动力是（）。A.行星内部热量B.行星与卫星之间的潮汐力C.行星与恒星之间的潮汐力D.行星自身引力3.潮汐锁定现象是指（）。A.行星自转周期等于其公转周期B.行星轨道半长轴随时间缓慢变化C.行星轨道偏心率随时间缓慢变化D.行星自转轴倾角随时间缓慢变化4.潮汐摩擦对行星自转的主要影响是（）。A.增加行星自转速度B.减小行星自转速度C.不改变行星自转速度D.改变行星自转轴指向5.系外行星自转周期的测量方法主要依赖于（）。A.伽马射线暴B.宇宙微波背景辐射C.宿主恒星的光变曲线D.行星自身的射电辐射6.行星系统形成过程中，角动量主要分配给了（）。A.行星核B.行星幔C.行星壳D.行星大气和行星盘7.导致系外行星普遍存在潮汐锁定现象的主要原因是（）。A.系外行星普遍比类地行星大B.系外行星普遍比类地行星小C.系外行星与宿主恒星普遍距离较近D.系外行星普遍与卫星系统相互作用较强8.行星的自转速度通常与其（）有关。A.质量大小B.半径大小C.密度大小D.与中心天体的距离9.行星间的引力相互作用会导致（）。A.行星轨道共振B.行星轨道随机扰动C.行星自转速度变化D.行星内部结构变化10.利用径向速度法探测系外行星时，主要观测到的是（）。A.行星自转引起的光谱线多普勒频移B.行星公转引起的光谱线多普勒频移C.行星大气发射的射电信号D.行星凌日引起的光度下降二、填空题（每空1分，共20分）1.开普勒第一定律指出，所有行星绕太阳运动的轨道都是______，太阳位于椭圆的一个______上。2.开普勒第二定律表明，连接行星和太阳的直线在______内扫过的面积相等。3.行星自转轴的指向在空间中缓慢变化的现象称为______。4.潮汐力是由天体之间______的差异引起的。5.潮汐加热是指______在行星内部转换成热能的过程。6.角动量是描述物体旋转运动的物理量，其大小等于______的乘积。7.行星系统的形成通常始于一个巨大的______，该盘中物质在引力作用下逐渐吸积形成行星。8.系外行星的自转速度通常比类地行星______。9.潮汐锁定状态下，行星总是以______的一面朝向其卫星或恒星。10.行星轨道要素可以完全描述一个______在空间中的位置和运动。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述开普勒三大定律的内容。2.解释什么是潮汐力，并说明其对行星自转的影响。3.简述行星系统形成过程中角动量是如何分配的。4.为什么系外行星的潮汐锁定现象比类地行星更普遍？四、计算题（每题10分，共20分）1.假设一颗系外行星绕其恒星做圆轨道运动，轨道半径为0.05天文单位，公转周期为10地球日。已知万有引力常量G=6.67430×10^-11N·(m/kg)^2，天文单位AU=1.496×10^11m，求该行星公转的角速度和向心加速度。2.假设一颗行星的自转周期为10小时，半径为6400公里，密度为5500kg/m^3。求该行星赤道处的自转线速度。(假设行星为均匀球体)五、论述题（10分）试述潮汐相互作用对行星自转和轨道演化的影响，并举例说明。试卷答案一、选择题1.A2.C3.A4.B5.C6.D7.C8.A9.B10.B二、填空题1.椭圆，焦点2.相同，单位时间3.进动4.引力5.潮汐形变6.角速度，转动惯量7.星云盘8.快9.同一10.椭圆轨道三、简答题1.开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。开普勒第二定律：连接行星和太阳的直线在相等时间内扫过的面积相等。开普勒第三定律：行星公转周期的平方与其轨道半长轴的立方成正比。解析思路：考察对开普勒三大定律基本内容的记忆和理解。2.潮汐力是由天体之间引力在靠近和远离部分的差异引起的。潮汐力会使行星物质产生形变，并产生摩擦力，这种摩擦力会消耗行星的自转能量，使行星自转速度减慢，自转轴趋于稳定（指向拉格朗日点），最终可能导致潮汐锁定。解析思路：考察对潮汐力产生机制及其对行星自转影响的理解。3.行星系统形成过程中，角动量主要分配给了行星盘。在行星盘内，物质通过碰撞和吸积逐渐形成行星。在这个过程中，角动量通过行星间的引力相互作用和潮汐作用等方式进行转移和分配，最终形成行星的轨道运动和自转。解析思路：考察对行星系统形成过程中角动量分配和转移的理解。4.系外行星普遍比类地行星更靠近其宿主恒星，这意味着潮汐力对系外行星的影响更强，更容易使其达到潮汐平衡状态（潮汐锁定）。此外，系外行星的年龄通常较大，有更多的时间发生潮汐演化。解析思路：考察对系外行星潮汐锁定现象原因的理解。四、计算题1.角速度ω=2π/T=2π/(10天×24小时/天×3600秒/小时)≈1.75×10^-5弧度/秒向心加速度a=ω^2r=(1.75×10^-5)^2×0.05AU×1.496×10^11m/AU≈0.023m/s^2解析思路：利用角速度和向心加速度的公式进行计算，注意单位的换算。2.自转线速度v=ωr=(2π/T)×R=(2π/(10小时×3600秒/小时))×6400公里≈0.35km/s解析思路：利用自转线速度的公式进行计算，假设行星为均匀球体，赤道处半径即为行星半径。五、论述题潮汐相互作用对行星自转和轨道演化的影响主要体现在以下几个方面：首先，潮汐力会使行星自转速度减慢，自转轴趋于稳定（指向拉格朗日点），最终可能导致潮汐锁定；其次，潮汐力也会影响行星的轨道，使其轨道要素发生变化，如半长轴、偏心率、倾角等；此外，潮汐加热可以导致行星内部物质运动加剧，甚至引发火山活动或板块运动。例