2025年大学《行星科学》专业题库- 行星内部结构与重力场分布

2025年大学《行星科学》专业题库——行星内部结构与重力场分布考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在括号内。）1.下列哪种地质现象是地幔对流的重要证据？A.地震波速度的垂直变化B.地球磁场倒转C.板块构造运动D.海底热流分布2.在行星内部结构模型中，将行星分为地核、地幔、地壳三个主要圈层的理论主要是基于：A.密度分层原理B.温度分层原理C.压力分层原理D.化学成分分层原理3.利用地震波传播速度的变化来研究行星内部结构的方法被称为：A.重力测量法B.磁法探测C.地震学方法D.遥感探测法4.P波和S波在通过不同介质界面时，其行为包括：A.仅发生反射B.仅发生折射C.发生反射和折射D.速度不变，仅发生衰减5.行星的重力异常主要反映了其内部：A.表面形态起伏B.自转速度变化C.资源分布情况D.内部质量分布的不均匀性6.行星的质量可以通过其与太阳的引力关系以及测得的日地距离来估算，这主要依据：A.开普勒第三定律B.牛顿万有引力定律C.牛顿运动定律D.爱因斯坦广义相对论7.对于一个理想的、均质实心球体，其外部引力场等效于：A.位于球心、具有相同质量的质点产生的引力场B.位于球心、具有不同质量的质点产生的引力场C.位于球面上、具有相同质量的质点产生的引力场D.无法等效8.行星的第一重数（J2）球谐系数的大小主要反映了：A.行星的自转速度B.行星的赤道隆起程度（扁率）C.行星的质量大小D.行星表面的形状不规则性9.巨行星（如木星）内部结构与其类地行星的主要区别之一在于其内部存在：A.坚硬的地壳B.广阔的地幔C.液态或熔融的金属氢层D.冰水层10.地震学研究表明，地球外核是：A.坚硬的固态金属球B.液态的金属球C.熔融的液态金属球D.气态的等离子体二、填空题（每空1分，共15分。请将正确答案填在横线上。）1.地震波中，________波可以横波，也可以纵波；________波只能纵波。2.行星内部圈层的分异主要是由于早期热量释放和物质不均匀性导致的________过程。3.重力测量中，通常使用________（卫星名称）等任务获取高精度重力数据。4.行星的平均密度与其质量、体积的关系为：密度=________/________。5.球谐分析将行星的引力势展开为一系列以________和________为变量的函数项。6.行星的扁率定义为赤道半径与极半径之差与赤道半径的比值，它反映了行星在自转下的________程度。7.对于非球形天体，其表面某点的真实重力（引力+离心力）由该点的引力势在该点的________决定。三、简答题（每题5分，共20分。）1.简述地震波速随深度变化的规律及其对地球内部结构分层的意义。2.解释什么是重力异常，并简述其与内部密度异常的关系。3.简述利用重力数据推断行星内部质量分布的基本思路。4.列举并简要说明研究行星内部结构的三种主要探测手段及其依据。四、论述题（每题10分，共30分。）1.论述行星内部的热量来源及其对行星演化和内部结构形成的重要性。2.结合地震学和重力测量数据，论述我们对地球液态外核存在的认识及其意义。3.以一个具体行星（如地球或火星）为例，说明如何综合运用地震波、重力场等多种信息来理解其内部结构特征。---试卷答案一、选择题1.D2.A3.C4.C5.D6.B7.A8.B9.C10.B二、填空题1.S,P2.分异3.GOCE(或GRACE,或卫星任务名称均可接受)4.质量,体积5.角度,半径(或经度,纬度,半径)6.扁化(或形状)7.梯度三、简答题1.解析思路：地震波速（P波和S波）通常随深度增加而增加，但在特定界面（如地幔-核边界）会发生急剧变化。P波速度的增加表明介质密度和/或弹性增加，S波速度的增加（或出现）表明介质允许剪切变形（流体不能传播S波）。通过分析波速随深度的变化规律，可以推断行星内部不同圈层的存在、边界位置以及各圈层的平均物理性质（密度、弹性模量等），从而建立内部分层模型。2.解析思路：引力异常是指行星表面某点的实际重力值与其所处位置具有相同平均密度、相同形状的球形天体在该点产生的理论重力值之间的差值。内部密度异常是指行星内部某处物质的密度与其周围平均密度的差异。两者关系在于，内部密度较大的区域会吸引更多的物质，产生比周围区域更强的引力场，导致正重力异常；反之，内部密度较小的区域会导致负重力异常。因此，重力异常是内部密度分布不均匀在行星表面的反映。3.解析思路：基本思路是：首先，利用万有引力定律和测得的行星表面重力值，结合已知的行星半径和自转参数，估算行星的平均密度。然后，假设一个内部密度分布模型（例如，同心球层模型，各层具有不同密度）。计算该模型下产生的总引力势和表面重力。通过调整模型参数（如各层密度、半径），使得计算结果与观测到的总重力场数据（如球谐系数）最佳拟合。这个过程通常需要使用数值计算方法。最终，一个与观测数据吻合的密度分布模型就反映了行星内部的质量分布情况。4.解析思路：*地震学方法：依据是地震波在不同物理性质（密度、弹性）的介质中传播速度不同，且只能通过固态物质传播（S波）。通过分析地震波在全球范围内的走时、振幅衰减和偏振特性，可以推断波的路径、速度变化和介质分界面，从而重建行星内部结构。*重力测量方法：依据是万有引力定律和物质密度分布决定引力场。通过精确测量行星全球的重力异常（使用卫星重力测量任务），并结合行星的形状和自转模型，可以反演内部的质量分布和密度结构。*放射性元素衰变热源探测：依据是放射性元素（如铀、钍、钾）的衰变会持续释放热量。通过估算行星内部放射性元素的含量和分布，可以了解其热量来源和对行星内部温度、对流以及演化的影响。四、论述题1.解析思路：论述应包含热量来源（如放射性元素衰变、形成时的剩余热量、分异过程释放的潜热等）及其影响。说明热量如何驱动内部物质的对流（如地幔对流），地幔对流如何影响板块构造、地壳演化以及地幔化学成分循环。强调内部热量是维持行星地质活动（如火山喷发、地震、山脉形成）的关键动力，并影响行星的冷却速率和最终演化命运。2.解析思路：论述应首先说明S波在地球内部某些区域无法传播（S波阴影区）或传播速度显著降低，这表明这些区域存在不能承受剪切应力的流体。结合地震波P波在核幔边界处的剧烈减速和反射，以及重力数据推断的液态外核存在。综合这些证据，论证了液态外核的存在。进一步阐述其意义，例如：外核的流动是产生地球磁场的主要机制（发电机效应）；外核与下地幔的相互作用影响地幔对流模式，进而影响板块运动。3.解析思路：选择一个行星（如地球）为例。首先，描述地球内部的基本分层结构（地壳、地幔、外核、内核）及其大致边界。然后，结合地震学证据说明：S波在固态地壳和地幔传播，在液态外核中传播路径弯曲或消失，在固态内核中传播速度最