2025年大学《行星科学》专业题库- 行星系统晚期综合演化研究

2025年大学《行星科学》专业题库——行星系统晚期综合演化研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填入括号内）1.导致许多内行星（如地球、火星）早期大气层被太阳风剥离的主要原因是？A.行星内部放射性元素衰变产生的强烈喷发B.行星与早期小行星或彗星的剧烈碰撞C.行星自身引力不足以束缚轻元素气体D.巨行星（如木星）的引力扰动2.月球形成最被广泛接受的理论是？A.同源成岩说B.分裂说C.大碰撞假说D.共同起源说3.行星地幔的对流主要是由什么驱动的？A.行星自转产生的离心力B.核心与地幔之间的密度差异C.放射性元素衰变产生的热量D.行星接收到的太阳辐射能4.地球大气中氧气含量的显著增加，主要归因于？A.岩石风化作用B.生物光合作用C.火山喷发释放D.小行星撞击带来的有机物5.木星卫星伽利略号发现的氨冰羽流，主要提供了关于该卫星哪方面演化的证据？A.内部仍然存在液态水B.正在经历快速的冰火山活动C.曾经遭受强烈的太阳风剥离D.具有活跃的板块构造6.“Nice模型”主要解释了太阳系外行星中？A.类地行星的形成机制B.巨行星内部结构演化C.巨行星相对于内侧行星的迁移过程D.行星卫星系统的形成历史7.在行星演化的早期阶段，放射性元素（如铀、钍、钾）的衰变主要对行星的什么过程产生了显著影响？A.大气层形成B.内部加热和地质活动C.表面温度分布D.行星轨道稳定8.潮汐摩擦力主要是指？A.行星自转与内部物质运动之间的阻力B.行星之间相互的引力作用C.行星公转轨道变化产生的力D.太阳对行星的引力9.火星表面广泛分布的干河谷和三角洲地貌，最有力地支持了哪种关于火星气候演化的观点？A.火星过去一直拥有温暖湿润的大气层B.火星过去存在大规模的海洋C.火星过去曾经历过大规模的洪水泛滥，但已失去液态水D.火星内部地质活动极其活跃10.通过分析不同行星或陨石的年龄，科学家可以推断？A.行星形成的历史顺序B.行星大气成分的变化C.行星表面撞击坑的形成速率D.行星内部放射性元素的种类二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填入横线处）1.行星系统晚期的演化过程涉及多种物理和化学机制，包括______、______、潮汐作用和大气逃逸等。2.地球月球形成的大碰撞假说认为，月球是由______与一个火星大小的原行星体碰撞后形成的。3.行星内部的热演化是驱动______和______的主要动力。4.木星强大的引力捕获了大量的______和小行星，形成了其庞大的卫星系统和光环。5.行星大气的温室效应是指大气吸收并重新辐射红外辐射，从而导致行星______的现象。6.“潮汐锁定”是指天体由于潮汐力的作用，其自转周期与公转周期达到同步的状态，例如______。7.通过对陨石中的______同位素进行测定，可以确定天体的形成年龄。三、简答题（每题5分，共20分。请简洁明了地回答下列问题）1.简述行星内部放射性元素衰变对行星热演化的影响。2.解释什么是行星的“潮汐共振”现象及其可能产生的后果。3.列举并简要说明影响行星大气层演化的主要因素。4.为什么说火星的晚期演化研究对理解地球的演化具有重要意义？四、论述题（每题10分，共30分。请结合所学知识，全面、深入地回答下列问题）1.以太阳系内某一行星（可选地球、火星或木星之一）为例，详细论述其晚期演化的主要特征、关键过程及其驱动机制。2.比较分析地球与火星在晚期演化过程中，大气层失稳的主要差异及其可能的原因。3.讨论当前行星系统晚期演化研究面临的主要挑战，并展望未来可能的研究方向和技术手段。---试卷答案一、选择题1.C2.C3.C4.B5.A6.C7.B8.A9.C10.A二、填空题1.吸积，分异2.地球3.地幔对流，板块构造4.木星族小行星5.加热6.水星7.铀（或钍、钾）三、简答题1.答案：放射性元素（如铀、钍、钾）在衰变过程中释放出α、β、γ射线及衰变产物，这些能量转化为热能，使得行星内部（尤其是核心和地幔）温度升高。这种内部加热是早期行星和大型天体维持地质活动（如熔融、分异、板块运动、火山喷发）的主要能源，随着放射性元素含量的减少和衰变热量的减弱，行星逐渐冷却，地质活动趋于停止。解析思路：问题要求解释放射性元素衰变对行星热演化的影响。首先要明确放射性元素衰变的过程及其能量释放形式（热能）。其次，要阐述这些热能的去向和作用（加热内部，维持高温状态）。最后，要说明其对行星地质活动（熔融、分异、火山、板块运动）的驱动作用，并指出这种加热效应是暂时的，最终会导致行星冷却。2.答案：潮汐共振是指两个天体（如行星和其卫星）在轨道运动中，由于潮汐力的作用，导致其轨道周期或自转周期之间存在简单的整数比关系（如1:2，1:3）。这种共振会导致能量在系统中的转移，可能引起卫星轨道参数（如高度、形状）的长期变化，甚至导致卫星被撕裂（如拉格朗日点的不稳定性），或者使行星和卫星最终达到自转与公转同步（潮汐锁定）。解析思路：问题要求解释潮汐共振现象及其后果。首先要定义潮汐共振，即轨道周期或自转周期间的简单整数比关系。其次要说明共振产生的原因（潮汐力作用）。最后要阐述共振的后果，可以是卫星轨道的变化，极端情况下的卫星破坏，或者导致天体达到潮汐锁定状态。3.答案：影响行星大气层演化的主要因素包括：①初始大气来源（如火山喷发、行星形成时的残留气体）；②行星质量与引力（决定大气能否被束缚）；③行星表面温度（影响气体分子的运动速度和逃逸倾向）；④太阳辐射（尤其是太阳风强度，会剥离行星大气）；⑤行星磁场（可偏转太阳风粒子，保护大气）；⑥大气自身化学演化（如气体分子间的反应、光合作用等）。解析思路：问题要求列举并说明影响大气演化的因素。可以从大气的形成、维持和损失三个角度考虑。形成因素包括初始来源和行星引力。维持因素包括表面温度、太阳辐射（特别是太阳风）、行星磁场。损失因素也包括太阳辐射和磁场，以及大气自身的化学特性。需要简洁地说明每个因素的作用。4.答案：火星和地球同属太阳系内行星，具有相似的早期起源背景，但在晚期演化中表现出显著差异，特别是大气和水资源的流失。研究火星的晚期演化（如气候变冷、大气丢失、水去除了），有助于我们理解地球大气和水圈演化的可能路径和影响因素（如太阳活动变化、行星轨道参数变化、地质活动减弱）。如果地球未来也经历类似的演化阶段，了解火星的历史可以提供重要的警示和参考，帮助我们评估地球宜居环境的长期稳定性。解析思路：问题要求说明火星晚期演化研究对地球的意义。首先要指出火星和地球的相似性与差异性（晚期演化的对比）。其次要强调研究火星可以帮助理解地球演化的背景和机制。最后要拔高到对地球未来宜居性和长期稳定性的启示层面，说明这种研究的实际价值。四、论述题1.答案：（以木星为例）木星晚期演化的主要特征是其强大的引力场、活跃的内部活动（持续的放射性加热和潮汐相互作用维持）和复杂多样的卫星系统。关键过程包括：①持续的内部分异和放射性加热，使其内部仍保持高温状态，驱动强磁场和大气动态；②与木星族小行星等天体的长期引力相互作用，不断补充物质，影响其大气成分和轨道；③强大的潮汐力不仅锁定了伽利略卫星的自转，也持续对木星自身产生摩擦，加剧内部加热；④剧烈的大气活动，如大红斑和强烈的喷流带，反映了其深厚且动态的大气层。这些过程共同塑造了木星当前的晚期状态，使其成为太阳系中最为活跃和具代表性的巨行星之一。解析思路：选择一个行星（如木星），从整体特征入手，描述其晚期状态（如内部活动、卫星、大气）。然后列出关键的演化过程（如放射性加热、潮汐作用、物质补充、大气演化），并解释每个过程的具体表现和作用机制。最后总结这些过程如何共同塑造了该行星的晚期面貌。答案需要有层次，涵盖多个关键方面。2.答案：地球与火星在大气层晚期演化上的主要差异在于：地球大气层得以保留并演化出丰富的氮氧混合气，而火星大气层则急剧萎缩，变得稀薄。差异的原因主要有：①引力：地球质量远大于火星，引力场更强，更能有效束缚大气分子；②磁场：地球拥有全球性磁层，能偏转太阳风的高能粒子，保护大气顶层免受剥离。而火星早期可能存在磁场，但已减弱消失，无法提供有效保护；③温度：地球表面温度相对较高且稳定，有利于大气分子的热运动，而火星表面温度低，且可能存在极端温度波动，影响大气逃逸；④缺乏大型卫星：木星的引力潮汐作用可能在地球形成后有助于维持或增强其大气，而火星缺乏类似的大型天体引力扰动。解析思路：比较地球和火星大气演化的差异（保留vs丢失，厚vs薄）。然后从根本原因入手，分析造成差异的关键因素，主要包括行星自身属性（质量、引力）、行星环境（磁场、温度、太阳活动），以及可能的外部因素（大型卫星的引力作用）。需要条理清晰地列出差异点，并逐一解释原因。3.答案：当前行星系统晚期演化研究面临的主要挑战包括：①观测限制：对于太阳系外的行星，我们主要只能观测到其大气光谱或亮度变化，难以直接重建其详细的内部结构和演化历史；②时间尺度：行星演化的时间尺度极其漫长（亿万年甚至数十亿年），难以通过直接观测进行追踪，主要依赖间接证据和计算机模拟；③复杂耦合：行星的演化涉及内部地质、外部辐射、轨道动力学、大气化学等多重复杂因素的相互作用，建立精确的耦合模型非常困难；④数据解读：如何从有限的观测数据中准确反演出行星的演化过程和状态，存在很大的不确定性。未来可能的研究方向包括：发展更先进的望远镜技术（如空间望远镜、地基自适应光学）和探测手段（如光谱解析、凌日观测）；利用高性能计