2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 火星地表岩石的放射性元素分布

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——火星地表岩石的放射性元素分布考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分）1.以下哪种放射性元素在地球和火星地壳中的丰度通常存在显著差异？A.铝（Al）B.钾（K）C.铝（Al）D.铬（Cr）2.火星表面伽马能谱仪（GRS）探测到的放射性元素峰值主要对应于哪种元素的衰变产物？A.氢（H）B.氦（He）C.铀（U）和钍（Th）D.氧（O）3.科学家认为火星地表某些区域存在放射性元素富集，可能对早期火星的地热活动起到重要作用，其主要机制是？A.放射性元素衰变产生光热，驱动大气对流B.放射性元素衰变产生热量，熔化岩石形成地幔对流C.放射性元素吸附水分子，产生化学反应加热D.放射性元素与大气相互作用，产生温室效应4.“盖尔撞击坑”地区（Curiosity着陆点）探测到的高钾（K）含量，对火星早期宜居性研究的主要意义在于？A.指示了火星表面曾有大量钾盐沉积B.提示该区域可能存在过强烈的化学风化作用C.表明火星地壳中钾元素的丰度远高于全球平均水平D.可能暗示了与钾相关的热液活动环境5.与中子能谱仪（NS）相比，伽马能谱仪（GRS）在探测火星表面放射性元素方面的主要优势是？A.能探测更深的地下物质B.能更精确地测定元素的原子量C.对氢元素含量更敏感D.探测结果受矿物晶格结构影响较小6.火星地表岩石中放射性元素（U,Th,K）的含量分布，通常被认为能反映？A.火星大气的成分和演化历史B.火星表面水的分布和循环特征C.火星岩石形成的条件和来源D.火星地表温度的垂直变化7.伽马能谱仪探测到的“钾峰”（主要来自钾40衰变）强度，除了与岩石中钾元素本身的丰度有关外，还受到什么因素的显著影响？A.岩石的密度B.岩石的磁性C.岩石中的水含量D.火星表面的光照条件8.火星科学家通过分析放射性元素分布数据，推断过去火星表面可能存在液态水，其主要依据是？A.某些放射性元素仅在沉积岩中富集B.放射性元素的热量释放可能促进了水循环C.放射性元素分布不均性与古代河道遗迹吻合D.放射性元素能与水发生化学反应形成特定矿物9.现代火星探测任务中，用于探测地表元素组成的关键仪器，除了伽马能谱仪和中子能谱仪外，还包括？A.磁力计B.气相色谱仪C.激光诱导击穿光谱仪（LIBS）D.红外光谱仪（TES）10.放射性元素在火星地表岩石中的分布，对于评估火星未来载人探测的辐射环境有何重要意义？A.直接决定了火星表面的宇宙射线强度B.间接反映了地表及浅层土壤的天然放射性水平C.帮助确定着陆点的最佳地质结构D.提供了评估火星大气防护能力的数据二、填空题（每空2分，共20分）1.放射性元素衰变链中的α衰变，是指原子核释放一个______和一个______粒子。2.火星地表伽马能谱仪主要通过探测放射性元素衰变产生的______射线来推断元素丰度。3.科学家发现，火星上某些古老撞击坑的放射性元素丰度相对较高，这被认为是______证据。4.除了铀（U）、钍（Th）和钾（K）之外，______也是火星表面伽马能谱仪可以探测到的重要放射性元素。5.放射性元素衰变产生的热量，在火星早期历史上可能对______的形成和维持起到了重要作用。6.中子能谱仪对于探测火星地表______含量以及某些轻元素（如______）的分布具有独特优势。7.火星岩石中钾元素的丰度和分布，是评估其______的重要指标之一。8.对比分析不同火星着陆点的放射性元素分布数据，有助于理解火星______的差异性。三、简答题（每题5分，共15分）1.简述伽马能谱仪（GRS）的基本工作原理。2.解释放射性元素衰变产生的热能在火星地质演化中可能扮演的角色。3.简述中子能谱仪（NS）为何能够有效探测火星地表的水含量。四、论述题（10分）结合你对火星地表岩石中放射性元素分布研究的理解，论述其对于评估火星宜居性的科学意义。请从至少两个方面进行阐述。试卷答案一、选择题1.B2.C3.B4.D5.D6.C7.A8.A9.C10.B二、填空题1.α粒子，β粒子2.伽马（或γ）3.古热液活动（或热液活动）4.镭（或Ra）5.地热活动（或内生活动）6.氢（或H），氖（或Ne）7.宜居性（或宜居环境）8.地质演化和构造（或地质演化和构造背景）三、简答题1.伽马能谱仪通过探测来自地表及浅层岩石中天然放射性元素（如U,Th,K）衰变时释放的伽马射线，测量不同能量（即不同种类）伽马射线的强度。由于每种元素的衰变产物会发射特征能量的伽马射线，通过分析接收到的伽马射线能谱，可以识别出存在的放射性元素种类，并根据其强度反推它们在岩石中的相对或绝对丰度。2.放射性元素（U,Th,K）的衰变过程会持续释放热量，这种热量被称为放射性热。在火星早期，这种热量可能是驱动地壳和地幔对流、维持地核熔融（产生全球磁场）、加热岩石圈并促进板块运动或局部地幔活动（如热点、地热喷泉）的重要能源。即使在现代火星，放射性热也可能在局部区域（如大型撞击坑底部）产生足够的热量，维持地下液态水或促进某些化学/生物过程，从而影响行星的宜居性。3.中子能谱仪利用中子与物质的相互作用来探测元素。当仪器向地表发射中子束或探测自然放射性衰变产生的中子时，地表物质中的氢原子核（质子）会俘获慢中子变成氘，并发射出独特的反冲质子信号；而较重的元素（如氧、硅、铝以及少量氢）则会散射或吸收中子。通过分析探测到的中子能谱，特别是反冲质子峰的强度，可以反演出地表浅层土壤和岩石中氢（水）的含量。此外，中子也能与含铀、钍的放射性元素发生散射和吸收，影响特定能量中子的计数，因此也能提供关于这些元素存在的信息。四、论述题放射性元素在火星地表岩石中的分布研究对于评估火星宜居性具有重要意义。首先，放射性元素（U,Th,K）的丰度和分布直接关系到火星早期和晚期地热活动的强度与持续时间。早期强烈的地热活动被认为是火星保持全球性液态海洋和温暖气候的关键因素之一，为生命起源提供了潜在的能量和物质环境。通过研究放射性元素分布，可以重建过去的地热模型，评估宜居环境的持续时间。其次，放射性元素往往与特定的地质过程（如热液活动）相关联。热液系统是地表与地下环境发生物质交换的重要场所，能够提供生命所需的水分、化学物质和能量，并可能形成具有生物标记