2025年大学《行星科学》专业题库- 行星固体表面特征的分析

2025年大学《行星科学》专业题库——行星固体表面特征的分析考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、行星表面的主要地质构造类型有哪些？请简述其中两种构造地貌的形成机制及其在行星地质演化中的意义。二、简要解释什么是“撞击坑”？描述简单环形山和复合环形山的形态特征，并说明影响两者形态的主要因素。三、以火星为例，列举至少三种不同的水系地貌特征，并简述它们形成所需的环境条件（如水的存在形式、侵蚀强度等）。四、比较热红外成像和可见光成像在探测行星表面特征方面的主要区别和适用场景。五、数字高程模型（DEM）在行星表面分析中有哪些主要应用？请列举至少三个具体应用实例，并简述其分析目的。六、假设获得一组某类行星（如卫星）表面的高程数据，显示存在广泛分布的平顶圆丘地貌。请分析这种地貌可能的形成机制，并说明除了高程数据外，还需要哪些类型的数据或信息来支持你的推断。七、行星表面的风蚀和风积地貌有哪些典型特征？简述风蚀作用如何改变岩石表面形态。八、综合考虑地质构造、火山活动、侵蚀和撞击等多种地质过程，描述一个假想行星（非太阳系内已知行星）可能呈现的多样化表面特征，并说明这些特征可能揭示的行星演化历史。试卷答案一、行星表面的主要地质构造类型包括：构造地貌（如裂谷、褶皱山脉、地垒）、火山地貌（如盾状火山、熔岩高原）、撞击地貌（如撞击坑、多环盆地）以及风蚀/冰蚀地貌等。简述两种：1.裂谷：形成机制主要是地壳张裂作用，导致岩石圈断裂并沿断裂带发生位移和下陷。意义在于记录了行星内部伸展构造活动，是了解行星壳幔相互作用、地壳厚度变化和构造演化的关键线索。2.盾状火山：形成机制主要是低粘度玄武质熔岩大规模溢流堆积而成。意义在于反映了行星上活跃的板内火山活动，是了解行星地幔活动、物质循环和表面演化的重要标志。二、撞击坑：是行星体表面受到外来天体（陨石、彗星）高速撞击后形成的凹坑地貌。简单环形山通常直径小于30-50公里，形态接近圆形，具有简单的中央峰或峰丘，壁相对陡峭，平底，通常没有或只有简单的次生撞击坑。复合环形山（或称盆地）直径大于30-50公里，形态不规则，常呈多环结构，具有宽阔的平底、低矮的斜坡和密集的次生撞击坑，形成机制可能涉及多次撞击或撞击后地壳/地幔的剧烈隆起和垮塌。影响两者形态的主要因素包括：撞击体的大小、速度和角度；目标天体的性质（如岩石类型、结构、厚度）；行星的重力加速度；行星的大气密度（如火星）；撞击后的喷发和沉积作用等。三、火星水系地貌：1.干涸河床：表现为线性或树枝状的沟壑网络，底部常有沉积物堆积形成的浅滩或三角洲残留。形成所需环境：存在液态水（可能为洪水或持久性流）、一定的坡度驱动力。2.三角洲：位于干涸河道终端，沉积物呈扇形展布。形成所需环境：河流入湖/海，流速减缓，携带的沉积物沉降。表明过去存在稳定的水体和持续或间歇性的水流。3.沟壑（Gullies）：沿斜坡出现的V形或U形陡峭沟槽，通常有沉积物舌。形成所需环境：存在液态水（或水-冰混合物）的快速侵蚀作用，可能与间歇性融水或喷流有关，常见于斜坡和年轻地表。这些地貌共同指示火星表面过去或间歇性地存在液态水。四、热红外成像与可见光成像比较：1.原理：热红外成像探测目标物体的热辐射（红外线），主要反映物体的温度和热惯性；可见光成像探测目标物体反射或透射的可见光，主要反映物体的表面颜色、材质和几何形态。2.主要区别：*信息维度：热红外提供温度信息，可见光提供光学特性信息。*穿透能力：热红外可穿透某些地表覆盖物（如薄冰、干燥灰尘）；可见光通常被地表覆盖物完全阻挡。*工作条件：热红外全天候工作；可见光受光照条件（日/夜、光照角度）影响大。*探测目标：热红外可用于识别热源（如火山、近期撞击）、评估表面水分冻结状态、区分不同热惯性的材质；可见光用于识别矿物颜色（如氧化物、硫化物）、观测地貌形态、识别植被（如对火星假想）。3.适用场景：热红外成像适用于探测热异常、研究季节性/周期性变化（如冻融）、区分相似颜色但热特性不同的表面；可见光成像适用于测绘地形、识别地貌单元、进行光学成分遥感（如矿物填图）、寻找生命迹象（如植被）。两者常结合使用，提供更全面的表面信息。五、DEM应用：1.地形分析：计算坡度、坡向、地形起伏度、曲率等参数，用于识别地貌单元（如分水岭、谷底、山脊）、评估地形粗糙度、研究侵蚀地貌形态。2.体积计算：测量撞击坑、火山区、冰川体等的体积。3.地形拼接与变形监测：对比不同时期的DEM数据，测量地表沉降、隆起或构造运动速率（如地壳形变、火山活动导致的地面变化）。4.路径规划：为行星车等探测器的行进路径规划提供高程约束，避免障碍物。5.水文模拟：模拟地表水流向和汇水区域，研究流域特征。六、平顶圆丘形成机制分析：可能的形成机制包括：1.古火山颈/穹窿顶：火山活动后期，熔岩通道或中心穹窿冷却收缩，周围岩石侵蚀剥蚀后暴露出来。2.侵蚀残余体：较硬的岩石层被围岩选择性侵蚀后残留，形成平顶。3.沉积帽：在特定环境（如古三角洲、湖岸）形成的较厚的、相对平坦的沉积层，后期可能轻微抬升。需要补充的数据/信息：1.地质填图：了解圆丘的分布范围、形态、大小关系，判断其是否呈群分布，结合周围地质背景推断成因。2.光谱数据：分析圆丘和围岩的矿物组成，看是否具有火山岩特征或特定的沉积矿物特征。3.高程数据（更详细）：分析圆丘顶部的平坦度、壁的陡峭度、底部的形态，以及与周围地形的相对高差，为不同机制提供定量证据。4.遥感影像（多波段/高分辨率）：更清晰地显示圆丘的细节特征，如顶部的结构、壁的形态、是否存在次生侵蚀/风化痕迹等。七、风蚀地貌与风积地貌：1.风蚀地貌：*典型特征：风蚀洼地（Barchan，新月形沙丘的背风坡洼地）、风蚀蘑菇（由节理发育的岩石被风蚀成顶部平坦的形态）、雅丹地貌（风蚀形成的孤立土墩和沟槽）、岩刻（风蚀在岩石表面形成的蚀刻图案）。*风蚀作用：风吹动沙粒或粉尘，对岩石表面进行磨蚀（Abrasion），逐渐磨损岩石，使表面变得光滑、圆润；风力还能吹走疏松的表土，暴露下伏岩石，或形成风蚀洼地；在陡坡上，风蚀作用更强，可形成悬崖和陡壁。2.风积地貌：主要包括沙丘（各种形态如沙垄、横沙丘、纵向沙丘等）、沙席、黄土堆积等。形成机制是风吹送沙粒，在风力减弱或遇到障碍物时沉积下来，逐渐堆积形成。八、假想行星表面特征与演化描述：假设该行星早期经历了剧烈的撞击轰击期，形成了广泛分布的、具有不同规模的撞击坑，记录了该行星的“婴儿期”。随后，行星内部热量逐渐冷却，地壳开始固结，并出现板块构造活动，形成了巨大的褶皱山脉和深邃的裂谷带，指示了强烈的造山运动和地壳演化。同时，该行星处于构造活动活跃期，形成了多期次的盾状火山和熔岩高原，覆盖了部分古老撞击地形，表明存在持续的内部热源和物质上涌。此外，在低纬度和沿海区域，观察到广泛分布的干涸河床、三角洲和沟壑网络，表明在这些时期或区域存在过稳定的液态水环境。而在中高纬度，则存在巨大的冰盖或冰帽，并