2025年大学《行星科学》专业题库- 行星大气与天体物理

2025年大学《行星科学》专业题库——行星大气与天体物理考试时间：______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.下列哪种气体在地球大气中含量最高？(A)氧气(B)氮气(C)氢气(D)二氧化碳2.行星大气平流层的温度随高度增加而升高的主要原因是：(A)大气密度迅速减小(B)阳光直接加热(C)臭氧吸收紫外线并辐射热量(D)大气分子碰撞加剧3.与地球相比，火星大气主要缺乏哪种成分？(A)氮气(B)氧气(C)氩气(D)二氧化碳4.开普勒第三定律描述了以下哪个关系？(A)行星轨道形状与偏心率的关系(B)行星公转周期与其轨道半长轴的关系(C)行星自转速度与其半径的关系(D)行星表面重力与其质量的关系5.恒星光谱分类的主要依据是：(A)恒星的颜色(B)恒星的大小(C)恒星的光度(D)恒星表面温度和光谱线的特征6.反照率是指：(A)天体表面反射太阳辐射的能力(B)天体自身发光的强度(C)天体吸收太阳辐射的能力(D)天体表面温度7.导致地球出现温室效应的主要气体是：(A)氮气、氧气(B)氩气、氖气(C)水蒸气、二氧化碳、甲烷(D)氦气、氖气8.行星大气的日循环和季节变化主要受以下哪个因素驱动？(A)行星内部热源(B)行星与恒星的距离(C)行星自转和公转(D)行星大气的成分9.光谱线红移通常意味着：(A)源天体正在远离观察者(B)源天体正在靠近观察者(C)光谱线本身发生了变化(D)观察者使用的仪器发生了变化10.探测系外行星时，常用的“凌日法”主要依赖于观测到：(A)行星自身发出的光变(B)恒星光度的周期性下降(C)行星表面的光谱特征(D)行星与恒星的视位置角变化二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填入横线处）1.行星大气的垂直结构通常根据温度随高度的变化分为对流层、______和高层大气。2.地球大气的总质量约为5.1×10^18千克，其表面平均压强约为______帕斯卡。3.根据斯皮策定律，一个黑体辐射的总功率与其绝对温度的四次方成正比，其数学表达式为P=σT^______，其中σ是斯特藩-玻尔兹曼常数。4.行星表面的重力加速度（g）与其质量（M）和半径（R）的关系式为g=______。5.赫罗图是表示恒星______与______之间关系的图表，是研究恒星物理性质的重要工具。6.大气中的臭氧层主要吸收太阳光谱中的______辐射，保护地球生命免受其危害。7.木星大气的最主要成分是______，其大气层呈现出复杂的云带结构。8.天文单位（AU）是测量天体间距离的常用单位，它定义为地球绕太阳公转的______半径的平均值，约等于1.496×10^8千米。9.光的波长λ、频率ν和光速c之间的关系式为______。10.行星大气的次级电离过程是指宇宙射线或太阳风粒子轰击大气中性粒子，使其失去电子变成______的过程。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述行星大气形成的主要理论及其关键假设。2.比较地球和火星大气的相似之处与主要差异。3.解释什么是反照率，并说明其对行星能量平衡的影响。4.简述恒星光谱分类的主要依据及其意义。四、计算题（每题7分，共14分）1.假设一颗系外行星的半径是地球半径的1.5倍，质量是地球质量的2倍。已知地球表面重力加速度g_地球=9.8m/s^2，计算该系外行星表面的重力加速度g_行星。2.地球大气层顶部的太阳辐射强度（不包括大气散射）约为1361W/m^2（即太阳常数）。假设地球的半径为6371千米，计算太阳到地球的平均距离（以天文单位AU表示）。提示：球体表面积公式A=4πR^2。五、论述题（10分）结合行星大气的组成、结构和能量平衡原理，论述为什么地球被认为是太阳系中目前最适宜生命存在的行星。在论述中，请至少提及大气层、水圈和磁场三个方面的作用。试卷答案一、选择题1.B2.C3.B4.B5.D6.A7.C8.C9.A10.B二、填空题1.平流层2.1013253.二4.GM/R^25.光度；表面温度6.紫外线7.氢气8.椭圆9.c=λν10.离子三、简答题1.答案：主要理论有星云吸积理论和碰撞吸积理论。星云吸积理论认为行星大气是围绕原始星云盘吸积形成的；碰撞吸积理论认为大气是在行星形成早期由碰撞产生的碎片和气体聚集而成的。关键假设包括：原始星云成分、气体粘附效率、碰撞参数和效率等。解析思路：回答需要包含两种主要形成理论名称，并简述其核心思想。同时要指出每种理论的关键假设，体现对理论基础的掌握。2.答案：相似之处：都具有大气层，主要由氮气和氧气组成（尽管比例不同）。主要差异：地球大气富含氧气（约21%），二氧化碳含量低；火星大气以二氧化碳为主（约95%），氮气含量少，大气压低，缺乏全球性磁场保护。解析思路：问题要求比较两者，需先找出共同点（都有大气），再重点列出不同点（成分比例、主要成分、大气密度、磁场保护等）。3.答案：反照率是天体表面反射太阳辐射能力的量度。高反照率意味着更多太阳能量被反射回太空，有助于降低行星表面温度；低反照率则意味着更多能量被吸收，导致行星表面温度升高。解析思路：首先要定义反照率。然后解释其物理意义，即对太阳辐射的吸收和反射比例，并进一步说明这种比例如何影响行星的能量平衡和最终温度。4.答案：恒星光谱分类的主要依据是恒星的光谱线特征，特别是吸收线。根据光谱线的宽度和强度，以及是否存在某些特定元素的特征线，可以将恒星划分为O、B、A、F、G、K、M七个主要spectralclasses，顺序对应恒星表面温度从高到低。解析思路：答案应明确指出分类依据是“光谱线特征”（吸收线）。接着要说明依据的具体内容（线宽、线强、特征线），并给出完整的分类序列及其与温度的关系。四、计算题1.答案：g_行星=G*(2*M_地球)/(1.5*R_地球)^2=2*(G*M_地球/R_地球^2)*(1/1.5^2)=2*g_地球/2.25=8.89m/s^2解析思路：应用重力加速度公式g=GM/R^2。关键在于理解当质量增加一倍、半径增加一倍半时，g如何变化。通过代入比例关系或直接计算得到结果。2.答案：设日地距离为d，地球表面积为A_地球=4π(6371×10^3)^2m^2。太阳总辐射功率P=I*A_地球。天文单位AU是使地球获得太阳常数时与太阳的距离，即d=1AU=1.496×10^8km。因此，1AU=1.496×10^11m。不需要计算，答案为1。解析思路：理解题意：太阳常数是地球表面单位面积接收到的太阳辐射功率，该功率来自以日地距离为半径的球面。因此，日地距离就是1个天文单位。直接给出定义结果即可。五、论述题答案：地球适宜生命存在的原因在于其拥有一个稳定、适度的行星环境系统。首先，地球大气层提供了必要的保护。大气层能有效阻挡大部分有害的太阳紫外线辐射，并通过温室效应维持地表温度在液态水存在的范围内。其次，大气层成分（特别是氧气）为生命活动提供了必需的气体。此外，地球拥有液态水，水是生命存在的基础。更重要的是，地球存在一个全球性磁场，它能偏转太阳风粒