2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 火星状况变化对气候影响

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——火星状况变化对气候影响考试时间：______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在题干后的括号内）1.以下哪项不是驱动火星气候变化的主要外部因素？A.火星自转轴倾角的长期变化B.火星轨道半长轴和偏心率的周期性变化C.太阳活动强度的变化D.火星内部放射性元素衰变产生的热量2.导致火星表面过去存在液态水证据的主要因素之一是：A.当前火星大气密度极高B.火星两极曾存在巨大的冰盖，而非水冰C.火星全球平均温度曾高于0摄氏度D.火星缺乏全球性的磁场保护3.火星上最显著、最频繁的气候现象之一是：A.季节性降水导致河流泛滥B.全球范围的持续性强降水C.大型全球性沙尘暴D.火山喷发引发的火山灰覆盖4.下列哪项观测结果最能支持当前火星气候干燥寒冷的结论？A.火星地表发现大量现代河床地貌B.火星大气中水蒸气含量持续稳定C.火星两极冰盖中检测到大量古代土壤残留D.火星探测器在赤道地区测到地表液态水喷泉5.火星极冠的主要成分是：A.干燥的沙尘B.岩石碎屑C.水冰和干冰（CO2冰）的混合物D.液态甲烷6.火星气候变化对火星大气成分的影响最显著的表现是：A.大气氧含量缓慢增加B.大气二氧化碳浓度大幅波动C.氮气成为大气最主要成分D.大气甲烷浓度长期稳定7.人类利用什么空间探测任务的主要目的是获取火星表面的高分辨率地形和地质信息，这些信息对于理解火星气候历史和地貌演变至关重要？A.火星轨道器B.火星着陆器C.火星车（Rover）D.火星气象站8.火星沙尘暴的形成与以下哪个因素关系最密切？A.火星强烈的季风环流B.火星全球范围内持续的小雨C.火星地表疏松的土壤和沙粒D.火星高层大气强烈的紫外线辐射9.以下哪项技术不是目前用于研究火星气候变化的遥感技术手段？A.红外光谱探测B.激光雷达测高C.超声波风速测量D.空间雷达探测大气水汽含量10.火星气候模型研究中，模拟火山喷发对火星气候的影响，主要考虑其释放到大气中的：A.氧气B.氮气C.二氧化碳和水蒸气D.沙尘颗粒二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在横线上）1.火星大气的主要成分是______和______，其中二氧化碳含量远高于地球。2.火星的自转周期称为一个______，大约是地球上的24小时39分钟。3.火星的两极冰盖主要由______和______构成。4.火星上的“全球尘暴”通常起源于______地区，并能持续数周甚至数月。5.火星气候对人类进行星际探测和未来潜在殖民构成的主要挑战包括______、______和______。6.通过分析火星探测器传回的______数据，科学家能够重建火星过去的大气成分和气候条件。7.火星轨道参数的长期变化，特别是______的变化，被认为影响了火星古代的气候环境。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述火星与地球在气候系统（大气成分、温度、水循环等方面）的主要异同点。2.解释什么是火星的“尘夏”（DustHaze）现象，及其对火星表面温度和大气透明度的影响。3.简述一次典型的火星全球性沙尘暴的发育和演变过程。4.简要说明空间探测技术（如遥感、现场探测）在获取火星气候演变信息方面各自的作用和优势。四、论述题（每题10分，共30分）1.论述火星过去可能存在的宜居环境条件，以及当前证据（如地貌、矿物、气体）对这些条件的支持或反驳。2.分析人类通过火星探测任务研究火星气候变化的意义和面临的挑战。3.结合所学知识，探讨火星气候变化对人类未来在火星进行长期探测或定居可能产生的影响和需要克服的技术难题。---试卷答案一、选择题1.D*解析：火星自转轴倾角、轨道参数变化和太阳活动是外部驱动因素；内部放射性元素衰变是内部热源，也属于气候变化因素，但选项D表述为“热量”，不够精确，相对于其他选项更偏向内部因素。2.C*解析：火星表面存在干涸河床、三角洲等地貌证据，表明过去曾存在液态水，这意味着当时的全球或局部温度可能高于0摄氏度。3.C*解析：大型全球性沙尘暴是火星上最常见、影响范围最广、持续时间最长的气候事件。4.C*解析：极冠由水冰和干冰构成，其存在和变化直接反映了火星气候的冷干条件。现代河床、液态水喷泉都暗示着过去或局部的湿润，而稳定的水蒸气含量与干燥环境矛盾。5.C*解析：根据火星探测器的观测，火星两极冰盖的主要成分是水冰（H2Oice）和干冰（CO2ice）。6.B*解析：火星大气成分变化显著，尤其是二氧化碳浓度的剧烈波动，与火星的轨道参数变化、火山活动以及冰盖周期性变化密切相关。7.C*解析：火星车（如“勇气号”、“机遇号”、“好奇号”、“毅力号”）配备了多种相机和仪器，对火星表面进行详细探测，获取高分辨率地形、地质信息，这些信息对于研究气候历史至关重要。8.C*解析：沙尘暴的形成需要沙尘源（疏松的土壤和沙粒）和起动机（风）。火星大气密度低，风力强劲，但关键在于地表有足够的松散物质可供扬起。9.C*解析：超声波风速测量是气象站用于测量近地面风速的技术，属于地面观测，而非遥感技术。其他选项均是利用电磁波或物理原理从远处探测火星的技术。10.C*解析：火山喷发对气候的影响主要来自于喷发物进入大气层，其中二氧化碳和水蒸气是主要的温室气体，能够吸收红外辐射，导致地表温度升高。二、填空题1.氮气，二氧化碳*解析：火星大气按体积计，约95%是二氧化碳，约3.9%是氮气，剩余为少量氩气、氧气等。2.晨昏圈*解析：火星自转一周的时间称为一个“晨昏圈”（Sol），是火星特有的时间单位。3.水冰，干冰*解析：火星两极冰盖的主要成分是水冰和干冰（固态二氧化碳）。4.赤道*解析：火星全球性沙尘暴通常起源于赤道附近的低纬度地区，然后向两极扩散。5.干燥寒冷，低大气压，辐射环境恶劣*解析：火星表面温度极低，大气稀薄导致压力低、保温差，且缺乏全球磁场保护，表面受到强烈的宇宙射线和太阳粒子辐射。6.遥感*解析：通过火星轨道器搭载的相机、光谱仪等遥感设备获取的图像和光谱数据，是研究火星过去气候环境的重要信息来源。7.偏心率*解析：火星轨道参数的长期变化中，轨道偏心率（决定轨道椭圆程度）的变化周期最长，对火星气候产生了显著的长期周期性影响。三、简答题1.火星与地球气候系统的主要异同点：*相同点：都具有大气层，存在固态、液态（局部短暂）、气态水，都受到太阳辐射驱动，都具有季节变化（由于自转轴倾角）。*不同点：火星大气极其稀薄（不到地球的1%），主要成分是二氧化碳（95%），缺乏足够的温室气体维持地表温度（平均约-63°C），水主要以冰的形式存在于极地和高纬度地区，表面缺乏液态水，全球性磁场缺失导致易受太阳风侵袭，气候更为极端和干燥。2.火星“尘夏”现象及其影响：*解释：火星“尘夏”是指在全球性沙尘暴期间，大量沙尘被卷入高层大气，形成覆盖全球的厚厚尘埃云层，此时虽然地面可能阳光明媚（沙尘反射阳光），但整个行星被厚尘笼罩，如同一个“尘土覆盖的夏天”。*影响：对火星表面温度影响显著，高层尘埃云层强烈反射太阳短波辐射，导致白天地表接收到的太阳辐射减少，温度下降；同时，尘埃颗粒吸收红外辐射，可能轻微提升大气高层温度，并导致大气逆温层增强。厚重的尘埃使大气透明度极低，严重阻碍了可见光遥感观测，并可能影响行星尺度的能量平衡。3.典型火星全球性沙尘暴的发育和演变过程：*发育：通常起源于赤道附近（约15-30度纬度带）的低压区或地表温度差异区域，强烈的低层风将地表疏松的细沙尘卷起，形成局地尘柱。*扩展：一旦尘柱形成，可能被行星尺度环流系统（如行星波或极地涡旋崩溃）捕获和增强，迅速向东扩展，并逐渐向两极蔓延，可覆盖整个火星。*演变：大型沙尘暴可能持续数周、数月甚至数年。其强度和范围可能发生变化，有时会分裂成多个小旋涡，或者多个风暴系统合并。随着风暴的移动和消散，尘埃浓度会逐渐降低。沙尘的分布和沉降过程也受到火星大气环流和水冰/干冰相变过程的共同影响。4.空间探测技术在获取火星气候演变信息方面的作用和优势：*遥感技术（轨道器）：优势在于可从宏观尺度获取全球覆盖的地形、地质、大气、水冰分布等信息，通过多时相对比，能够追踪地表特征（如极冠退缩、沙丘移动、河床地貌变化）的长期演变，探测大气成分变化（通过光谱分析），是研究火星气候历史的主要手段。*现场探测技术（着陆器、火星车）：优势在于能够提供高分辨率的近距离观测数据，获取地表物质成分（通过化学分析仪）、土壤特性、直接气象参数（温度、气压、风速、湿度），分析过去水活动的痕迹，并可以直接钻探获取浅层地下信息，为遥感探测和气候模型提供关键的地面验证数据。两者结合，能够提供从全局到局部的、多尺度的火星气候信息。四、论述题1.火星过去可能存在的宜居环境条件及证据：*宜居环境条件：包括较温暖湿润的气候（表面温度高于0°C）、存在稳定液态水、具有适宜的大气成分和压力、以及可能存在的宜居生物所需的化学元素和能量来源。*证据支持：*过去液态水证据：火星地表广泛分布的河床、三角洲、古代湖泊/海洋沉积物地貌，表明过去存在大规模液态水。古代三角洲沉积物中的层理结构也记录了当时的水文环境。*气候温暖证据：火星极冠中存在古代土壤和砾石层，暗示过去气候相对温暖干燥，允许水冰升华并留下沉积物。一些气候模型模拟表明，在古代，火星可能存在更强的温室效应（如更高的二氧化碳浓度或水蒸气含量），使得表面温度足以维持液态水。*水冰证据：火星地下普遍存在水冰，特别是在高纬度和中纬度地区的浅层土壤中，是过去气候湿润的遗留物。*有机物和生物标记物探索：“好奇号”火星车在盖尔撞击坑的古代湖泊沉积物中发现了复杂的有机分子，以及可能由微生物活动形成的微结构（生物标记物），虽然这些发现仍有争议，但为火星过去宜居性提供了线索。*大气成分：古代火星岩石中的同位素记录暗示过去大气中可能含有水蒸气和二氧化碳，且氧气含量可能高于当前。*证据反驳/疑问：*当前气候：当前火星寒冷干燥，缺乏全球性磁场和厚密大气，液态水难以稳定存在。*辐射环境：缺乏全球磁场导致表面暴露于强烈的宇宙射线和太阳风粒子辐射，对生命构成威胁。*宜居窗口：火星宜居的时间窗口可能相对较短，或者宜居条件（如液态水、适当温度）的持续时间不足以支持复杂生命的演化。*大气稳定性：古代火星大气是否足够稳定，能否长期维持宜居环境仍有待研究。2.人类通过火星探测任务研究火星气候变化的意义和面临的挑战：*意义：*理解行星气候演变：火星为我们提供了研究行星气候系统如何对内外强迫（如轨道参数变化、火山活动、大气成分变化）做出响应的天然实验室，有助于深化对地球气候演变的认识。*寻找地外生命：火星气候历史的研究与寻找过去或现在生命迹象的任务密切相关，理解气候条件的变化有助于确定生命可能存在的窗口期和地点。*评估未来人类探索可行性：研究火星气候有助于评估人类未来在火星着陆、生存和探索所面临的环境风险（如沙尘暴、辐射、温度变化），为任务规划和基地设计提供依据。*行星保护：了解火星气候和环境有助于制定防止地球微生物污染火星，以及未来火星与地球之间可能存在的生物交换风险的管理策略。*推动科学技术发展：火星探测任务需要发展先进的遥感、探测、通信、机器人等技术，这些技术的进步反过来也促进了气候变化研究等领域的发展。*挑战：*数据获取难度大：火星距离地球遥远，数据传输延迟严重，任务成本高昂，每次任务能获取的数据量有限。*环境恶劣：火星寒冷、干燥、高辐射环境对探测器硬件和生命科学实验都是严峻考验。*探测深度有限：大部分探测任务停留在表面或近表面，难以获取深层地质和气候信息，对气候变化的长期历史（如数十亿年）认识不足。*解释复杂性：火星气候系统复杂，且缺乏长期连续的观测记录，使得对观测数据的解释和气候模型的验证充满挑战。*集成多学科数据：需要有效整合来自不同类型探测器（轨道器、着陆器、火星车）和不同学科（地质学、大气科学、空间物理）的数据，对研究人员的跨学科合作能力要求高。3.火星气候变化对人类未来在火星进行长期探测或定居可能产生的影响和需要克服的技术难题：*影响：*生存环境挑战：持续的寒冷、干燥、低气压、沙尘暴、强辐射是主要挑战，需要建立和维护能够抵御这些因素的封闭式栖息地。*资源利用需求：水资源（需要从冰中提取、净化、循环利用）、能源（需要高效、可靠的太阳能或其他能源系统）、建筑材料（可能需要利用当地资源，如火星土壤3D打印）的可持续供应至关重要。*健康风险：低气压可能导致肺部问题（减压病），强辐射增加癌症风险和损伤遗传物质，长期失重或低重力环境导致肌肉萎缩、骨质流失等问题，都需要有效的防护措施和医