第一部分：理解大氣圈和水圈之間的相互作用：一項體育比賽

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“Vendee?Globe”是一項單人無動力帆船比賽。比賽從法國的 Vendee?出發(fā)，目標是盡可能快地環(huán)游世界。比賽的起點和終點都是在 Sables?d'Olonnes（圖 1A 中可見；圖 1B?中 A?點）。這

項比賽在 2016?年 11?月 6?日開始，Armel?Le?Cleac'h?在不間斷航行 74?天后最終奪得了冠軍，這個成績創(chuàng)造了新記錄。

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圖 1： （A）“Vendee?Globe”環(huán)球航行的路線圖；

（B）北大西洋大氣壓圖。

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Question 1：帆船的航行應最大限度地利用風。根據(jù)你對不同氣團周圍風向的認知，選出帆船賽選手出發(fā)后到達佛得角（Cape?Verde?Islands，圖 1B 中的 E?點）的最快路徑。圖 1B?中所示海平面氣壓可維持一周。（單選題）

1-?路徑 AKGE

2-?路徑 AKBE

3-?路徑 AKDE

4-?路徑 AMPCHE

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Question?2：在同一時間（利用圖 1?的氣壓圖），一名選手決定從 R?點（Rabat）去 Y?點（New York），下列哪條路徑最快？（單選題）

1?RGDHY

2?RBDCY

3?RGDPY

4?RKDHY

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下圖顯示了比賽進行 10?天后選手們的大致位置。其中一組選手的帆船（圖 2A?中圓圈處）似乎已經(jīng)落后，他們正在以 2.5?節(jié)（knots，1 knot?約等于不到 2km/h）的速度緩慢前進。

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圖 2：（A）大氣壓等值線圖（相鄰等值線代表 3?hPa?的氣壓差）；

（B）?海洋表面溫度分布圖，單位為攝氏度；

（C）?海洋鹽度分布圖，單位為 g/L。

Question?3：下面哪個選項最好地解釋了選手們此時被迫緩慢前進？（單選題）

1?海溫高阻礙了風的形成

2?選手正穿越一個逆風帶

3?海水鹽度高，因此較高的粘度減慢了船速

4?選手正穿越一個極弱風帶

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Question?4：參考圖 2C，熱帶內有一個與周圍平均鹽度不同的區(qū)域（綠色區(qū)域），形成這一區(qū)域的最可能原因是：（單選題）

1?來自周邊陸地大河的淡水輸入降低了海水鹽度

2?在熱帶存在反氣旋帶，氣溫較低，因此蒸發(fā)作用較弱

3?ITCZ?中降水更為強烈，強降水降低了海水鹽度

4?ITCZ?附近的強風產(chǎn)生海水上翻，把深層鹽度較低的海水帶到海洋表面

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避開靜風區(qū)是所有選手的當務之急。IESO2017?號帆船的船長 Kito?de?Pavant?同志，就已在如圖所示位置被困好幾天了。

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圖 3：（A）Kito?de?Pavant（藍色箭頭）以及其他選手在 2016?年 12?月 2?日的航線圖。圖中的方框展示了過去 24?小時內速度的變化，距離用海里來計算（nm），1?nm =1.85 km。

（B）2016?年 12?月 12?日比賽海域的大氣壓等值圖（等值線間距為 3?hPa。

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Question?5：下面關于 Kito?de?Pavant?在該地區(qū)所遭遇的困境描述正確的是：（單選題）

1?他的帆船正處于弱風的大氣下沉區(qū)中心

2?他的帆船正處于弱風的反氣旋（順時針吹，左手螺旋，稱為反氣旋）中心

3?他的帆船正處于一個淺槽控制下的大氣下沉區(qū)中心，（大氣條件）作用于海表阻礙了船的移動

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Question?6：在南半球，有關圍繞反氣旋的風描述正確的是：（多選題）

1?順時針旋轉

2?逆時針旋轉

3?越靠近反氣旋中心風越強

4?越靠近反氣旋中心風越弱

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2016?年 12?月 26?日，當穿越德雷克海峽（南美最南端的合恩角以南）時，海洋局監(jiān)測到德

雷克海峽剖面（從南美最南端到南極半島最北端的連線的剖面）上各深度的溫度和鹽度，如圖 4所示。

圖 4：海水溫度（A）和鹽度（B）隨海水深度變化的剖面圖。橫坐標代表了從從合恩角（南美洲）到南極半島最北端的聯(lián)系的剖面。

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Question?7：從圖 4?中，我們可以發(fā)現(xiàn)：在 62.5oW?處：（單選題）

1?在所有的深度上，溫度和鹽度的梯度都正常

2?至少在某一深度存在溫度梯度異常

3?至少在某一深度存在鹽度梯度異常

4?溫度和鹽度的梯度都不正常

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圖 5：?2016?年 8?月到 2017?年 1?月間，不同時間點的海水溫度隨深度變化圖。橫坐標代表了從

北往南的緯度（與圖 4?相同）。

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Question?8：關于圖 4?和圖 5?的表述正確的是：（多選題）

1?2016?年 8?月，3000?米處的海水溫度比海表溫度低

2?2016?年 8?月，南極沿岸的冰山（海表大型浮冰）在剖面中到達了 64.5?W

3?2017?年 1?月，冰山（海表大型浮冰）密度加大，并因此沉入水中

4?海洋最下層由低溫且高鹽的海水構成，因為它們的密度更大

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當途徑納米比亞（Namibia）沿岸時，選手們遇到大量的漁船正駛向非洲海岸。在這一區(qū)域確實有大量的魚群存在。

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圖 6：（A）風速分布圖；

（B）?年平均海水溫度圖；

（C）?海水中所含葉綠素（Chlorophyll?A）的濃度。數(shù)據(jù)來自納米比亞的 Plateau?地區(qū)。

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Question?9：關于圖 6，如下表述正確的是：（多選題）

1?Namibia?近岸的海水溫度比遠岸處高

2?導致 Namibia?沿岸海水溫度異常的原因是由于上升洋流（海水從深部上翻到表層）。

3?海水上翻的驅動力是海洋深層和淺層的溫度差異

4?海水上翻的驅動力是作用在海表的風應力

5?溫暖的海水導致較高的初級生產(chǎn)力，使得食物鏈（營養(yǎng)鏈）結構復雜，進而促進魚的產(chǎn)量大

6?較高的初級生產(chǎn)力與營養(yǎng)物質濃度升高有關，進而維持了復雜的食物鏈結構（營養(yǎng)鏈）

Question?10：納米比亞-安哥拉附近的大陸架地區(qū)，因其豐富的油氣資源（石油、天然氣水合物）而著名。這里的自然地理、氣象、氣候條件已經(jīng)維持了幾十萬年沒有發(fā)生變化。同時，非洲西南

沿岸地區(qū)也一直是沙漠。下述表述正確的是：（多選題）

1?大量的浮游生物和復雜的食物鏈是形成油氣資源的必要元素

2?石油形成于大西洋底，隨著上涌洋流而帶到海面

3?陸地上的有機物（動物尸體和植物殘?。┏练e于大陸架地區(qū)，這些是油氣資源的主要來源

4?沉積于大陸架上的浮游生物等有機物，必須在缺氧條件下才能轉變?yōu)樘細浠衔铮ㄓ蜌猓?/p>

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2016?年11?月17?日，選手Kito?de?Pavant?在穿越赤道時向海水中釋放了一個GPS?浮標“IESO2017”。浮標只隨洋流漂動，并可每小時發(fā)回其經(jīng)、緯度位置，如圖 7?所示。

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圖 7：黑線指示了浮標 IESO2017?在 2016?年 11?月 17?日到 12?月 1?日間的移動軌跡。浮標在 Kito de?Pavant?跨越赤道時放下。顏色代表了不同的洋流速度；箭頭體現(xiàn)了各處洋流的方向。圖中的洋流稱之為“赤道洋流”。

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Question?11：關于圖 7，下述表述正確的是：（多選題）

1?運送浮標的洋流，由南半球的信風引起

2?運送浮標的洋流，由大西洋東-西兩岸的海水溫度差異引起

3?運送浮標的洋流，由大西洋東-西兩岸海水鹽度差異引起

4?運送浮標的洋流，由大西洋東-西兩岸海水表面高度差異引起

5?運送浮標的洋流的方向，受到科里奧利力的影響

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圖 8：浮標在 2016?年 12?月 15?日到 2017?年 1?月 4?日間移動的軌跡。圖中每一個點代表了每天的位置。

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Question?12：關于該浮標在靠近南美沿岸時的路徑（圖 8），下面表述正確的是：（單選題）

1?移動速度均一，且軌跡平行于海岸線

2?移動速度軍醫(yī)，且軌跡并未因為靠近海岸而受到影響

3?速度在靠近海岸時減慢，這是因為淡水流與海洋洋流相反

4?速度在靠近海岸時減慢，這是因為水深也在逐漸變淺

5?速度在靠近海岸時加快，因為淡水流與海洋洋流相反

6?速度在靠近海岸時加快，因為水深也在逐漸遞減

圖 9：浮標在接近南美洲海岸時的移動軌跡。每一個點代表了每個小時的位置

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Question?13：關于圖 9，下述選項哪個能夠最為準確的描述了浮標的移動規(guī)律。觀測中記錄到浮標出現(xiàn)周期性信號，其平均周期為 ：（單選題）

1?6?小時

2?12?小時

3?24?小時

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Question?14：形成圖 9?所示的特殊軌跡，其最有可能的原因是：（單選題）

1?湍流，由于內陸水體和海水的鹽度差

2?湍流，由于內陸水體和海水的溫度差

3?潮汐流

第二部分：腳踏實地，仰望（行）星空

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水手 Kito?de?Pavant?曾經(jīng)在航行過程中在不同時間、地點觀測到了不同的月相。圖 10?中給出了他此次航行的觀測。我們如何理解他的觀測呢？

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圖 10：

(A)?水手 Kito?de?Pavant?分別于 2016?年 11?月 7?日 23?點，11?月 14?日 1?點，11?月 22?日 4?點進行三次月球觀測時所處的位置。

(B)?水手 Kito?de?Pavant?在這三個時間所看到的月球圖像。

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圖 11：當?shù)厍?、太陽和月球所處不同位置時，月相的變化。

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Question?15：2016?年 11?月 7?日至 8?日夜晚，月球在日地參考系中的相對位置對應于圖 11?中的哪個位置（單選）？

1-?A

2-?B

3-?C

4-?D

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Question?16：11?月 14?日至 15?日夜晚，月球運行至觀測點正上方（即天頂點）。下列說法正確的是（多選）：

1-?只有在熱帶地區(qū)的觀測者才能看到。

2-?只有在月相為滿月時才會發(fā)生。

3-?在滿月時可以在地球上任意地點觀測到這一現(xiàn)象。

4-?這一現(xiàn)象非常罕見，在同一給定地點每年最多發(fā)生兩次。

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Question?17：航行途中的水手 Kito?de?Pavant?在 11?月 7?日與 22?日夜晚看見的月球非常相似?，這是因為（單選）：

1-?月球公轉的朔望周期為 14?天左右。

2-?月球公轉的恒星周期在 28?天左右，因此可以在 28?天的一半，即 14?天時，觀測到同樣的月相。

3-?上弦月和下弦月看起來一樣是因為它們并非在同一個半球被觀測到。

4-?上弦月和下弦月看起來一樣是因為它們并非是在夜晚的同一時刻被觀測到。

Question?18：11?月 14?日的滿月可被觀測到的時間為：傍晚 18?點至次日清晨 6?點。關于這種現(xiàn)象，下列說法是正確的是（單選）：

1-?這種現(xiàn)象在滿月的時候就可以發(fā)生。

2-?這種現(xiàn)象非常罕見。在大多數(shù)情況下，可以從正午開始觀測到。

3-?這種現(xiàn)象的出現(xiàn)僅僅因為觀測者位于地球赤道附件。

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圖 12.?月球表面撞擊坑分布密度隨表面年齡的變化規(guī)律。圖片中的矩形為月球表面不同區(qū)域的觀測數(shù)據(jù)，而虛線是對這些數(shù)據(jù)的擬合結果。

橫軸為月表年齡，單位為十億年；

縱軸為直徑大于 500?米的撞擊坑分布密度，單位為每一千平方公里的撞擊坑數(shù)量。

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Question?19：圖 12?給出了月球表面撞擊坑分布密度與表面年齡之間的曲線關系?？梢钥闯觯麄兊年P系近似于雙曲線。在以下的因素中，哪些決定了這一曲線的形狀及具體數(shù)值（多選）：

1-?自太陽系形成以后，撞擊體的總數(shù)大體上一直在持續(xù)減少。

2-?不斷重新塑造行星表面的構造活動。

3-?星體與小行星帶及柯伊伯帶的距離。

4-?星體的公轉與自轉周期。

5-?星體表面的溫度。

6-?星體的大小。

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圖 13.?火星表面卡塞峽谷的位置。（A）該地區(qū)的衛(wèi)星影像。沙羅諾夫撞擊坑直徑為 100?km。（B）該地區(qū)的地形圖。

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Question?20：位于圖 13B?的X?處形成卡塞峽谷河流的流向為（單選）：

1-?向南。

2-?向北。

3-?向東。

4-?向西。

5-?向東南 。

6-?向西北 。

7-?向西南。

Question?21：圖 13A?紅框區(qū)域內有一些和小型撞擊坑相關聯(lián)的條紋。這些條紋被認為是由風造成的（風成條紋），那么風向是？（單選）

1-?吹向西和西北方向。

2-?吹向西和西南方向。

3-?吹向東和東北方向。

4-?吹向東和東南方向。

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Question?22： 從圖 13?中可以觀察到如下五種地質過程：A—河流作用；B—小型撞擊坑形成； C—大型撞擊坑形成（地圖的西北方向）；D— 裂隙形成（地圖的北方）；E—風成條紋。上述五種地質過程發(fā)生的時間先后順序為（單選）：

1-?A?/ B /?C /?D / E 3-?D?/?C /?A?/ B?/?E

2-?A / C / D / E / B 4- C?/ D?/ B?/ E?/ A圖 14：火星衛(wèi)星圖像所顯示的 Sonia?高原的地形圖。

Question?23：關于圖 14?中的隕石撞擊坑形成的時間順序為（從最老到最新）（單選）：

1-?A / B?/ C /?D / E?/ F

2-?E / F?/ D /?C / B?/ A

3-?C / D?/ B /?A / E?/ F

4-?F / E?/ A /?B / D?/ C

5-?A / E?/ F /?B / D?/ C

6-?C / D?/ B /?F / E?/ A

7-?D / A?/ E /?C / B?/ F

8-?B / D?/ E /?F / A?/ C

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Question?24：相比于月球和水星而言，金星，地球和火星上的隕石撞擊坑分布密度較低，這是因為：（單選）

1-?隕石撞擊的次數(shù)較少。

2-?火山活動重新形成了表面。

3-?月球對地球的保護。

4-?行星表面的剝蝕作用。

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圖 15：Hughes?Scale?圖，展示了隕石質量，撞擊坑直徑與隕石撞擊頻率之間的關系?？v坐標為隕石撞擊的頻率（假設隕石撞擊地球的速率為 15.4km/s）。圖中 meteors?指流星，meteorites?指隕石，craters?指撞擊坑。

Question?25： 根據(jù)圖 15?所示的關系計算，若形成直徑為 5Km?的撞擊坑，隕石的質量應為（單選）

1.?100,000?噸（100?千噸）

2.?100,000?噸（0.1?百萬噸）

3.?10,000,000?噸（10?百萬噸）

4.?1,000,000,000?噸（1?十億噸）

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Question?26：發(fā)生上述隕石撞擊速率（第 25?題）的頻率為：（單選）

1.?100?年/次

2.?10,000?年/次

3.?1,000,000?年/次

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Question?27：隕石撞擊坑的直徑由如下列哪些因素決定（多選）

1.?隕石的形狀

2.?隕石的質量

3.?隕石中冰的含量

4.?隕石撞擊的速率

5.?撞擊點森林的密度

6.?撞擊點的天氣

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Question?28：如圖 15?所示，隕石撞擊的強度為 M=5.5，如果撞擊的地點在地震臺 100km?以內，由撞擊所造成的震動大到使得該撞擊事件強度無法被準確的記錄下來，我們稱之為飽和現(xiàn)象。如果隕石撞擊火星的頻率可以用 R（M）=100*10（3.5-M）來計算，火星的半徑為 3376km。請計算該強度的撞擊事件（M=5.5）發(fā)生的頻率為：（單選）

1.?2.9%

2.?100%

3.?33%

4.?0.02%

第三部分：土星的一顆有趣衛(wèi)星

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土衛(wèi)二（Enceladus）是土星七顆主要衛(wèi)星中的一顆。表 1?給出了這顆衛(wèi)星的主要特征。這一星球的表面極為清晰，因此人們可以很好的觀測到其表面復雜的地貌。對于一個如此小的星球，這些地貌的出現(xiàn)頗為令人費解。目前人們正試圖用正在發(fā)生的地質活動對此進行解釋。

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表 1：土衛(wèi)二的物理與化學參數(shù)表

直徑

（千米）

密度

(克/厘米 3)

重力加速度

(米/秒 2)

表面溫度

(開爾文)

各組成成分

占體積比例

大氣層成分

500

1.2

0.06

73

10%：硅酸鹽

90%：水

極少量水氣

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Question?29：土衛(wèi)二存在著明顯分層結構，其核心由硅酸鹽組成。根據(jù)表格中的信息，計算土衛(wèi)二的核心半徑（單選）：

1-?85?千米

2-?100?千米

3-?115?千米

4-?140?千米

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圖 16：是卡西尼飛船于 2005?年 7?月 14?日在 1000?千米高空拍攝的土衛(wèi)二圖像， A?區(qū)域為土衛(wèi)二的主體部分，其主要特征為廣為分布的隕石坑。B?區(qū)域位于土衛(wèi)二南極區(qū)域，這一區(qū)域存在著較多的地勢起伏，其中尤其明顯的是一系列條紋狀結構。圖中的方框為 B?區(qū)域條紋結構與A?區(qū)域隕石坑的一個交界區(qū)域。因為在區(qū)域 B?中幾乎不存在隕石坑，因此這一區(qū)域被認為是較為年輕的。科學家們猜測，土衛(wèi)二存在著內部活動，從而可以持續(xù)的塑造其表面。

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Question?30：通過與地球的類比，我們可以利用以下哪些參數(shù)對土衛(wèi)二目前的內部活動情況進行判斷（多選）？

1-?土衛(wèi)二表面的大氣壓強

2-?土衛(wèi)二表面溫度

3-?土衛(wèi)二表面化學，探測可能存在的火山巖

4-?土衛(wèi)二磁場

人們此前曾認為，土衛(wèi)二得以維持其構造活動的唯一熱源是太陽輻射。隨后，人們對土衛(wèi)二的熱能情況進行了詳細分析，見下圖。

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圖 17：

(A)?為假設太陽輻射為土衛(wèi)二的唯一熱源，通過理論計算獲得的土衛(wèi)二表面溫度分布圖（溫度單位為開爾文）。

(B)?為利用卡西尼飛船紅外線測量得到的土衛(wèi)二表面溫度分布圖。

(C)?為土衛(wèi)二南極區(qū)域的表面照片，同時疊加了某一條紋附近的溫度分布。這一照片顏色反應了水冰的不同晶體結構。早期形成的水冰，由于受長時間紫外輻射，已轉變?yōu)椴欢ㄐ谓Y構，因此呈現(xiàn)為白色；而新近凝固而成的水冰，其結晶程度較高，呈現(xiàn)為藍色。

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Question?31：在圖 17?中，理論與觀測結果的對比說明了（單選）：

1-?太陽輻射的確為土衛(wèi)二的唯一熱源。

2-?太陽距離土衛(wèi)二太遠了，因此其對土衛(wèi)二的溫度沒有任何影響。

3-?在土衛(wèi)二赤道存在著一個顯著的熱源。

4-?太陽輻射對土衛(wèi)二的表面溫度分布存在影響，但在土衛(wèi)二的南極附近存在著另一個熱源。

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Question?32：從圖中可以看出，在土衛(wèi)二南極附近的條紋上存在著明顯的熱異?，F(xiàn)象。這些條紋對應什么結構（單選）？

1-?新形成的地質結構。由于新形成的水冰顏色不同，因此可以被觀測到。

2-?新形成的地質結構。其熱異常不允許水的存在。

3-?在很早以前形成的地質結構。在早期土衛(wèi)二表面曾存在著液態(tài)水流，從而侵蝕其表面結構。

4-?目前在土衛(wèi)二表面仍然存在著的液態(tài)水道。

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卡西尼飛船掠過土衛(wèi)二南極上空時進行了化學成分分析。為此，卡西尼飛船使用了 INMS?儀器（離子與中性粒子質譜儀）探測氣態(tài)水，同時也使用了 CDA?儀器（宇宙塵埃分析器）探測水冰塵埃。

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圖 18?為卡西尼飛船的探測結果，其中黃星代表了 INMS?儀器獲得的氣態(tài)水密度，藍點代表了 CDA儀器獲得的水冰塵埃密度。橫軸代表衛(wèi)星觀測時間，其中心點 CA（Closest?Approach）為該飛船距離土衛(wèi)二表面最近的時刻。同時圖中也給出了飛船在土衛(wèi)二南極附近上空的軌道。

Question?33：由圖 18?可知，卡西尼飛船的探測結果表明了（多選）：

1-?飛船在其飛行過程中，其探測得到的水氣與水冰塵埃密度始終保持恒定。

2-?飛船探測到了一個彌散區(qū)域，其大小約 100?千米。在這一彌散區(qū)中，水冰塵埃和水氣濃度均達到較高的水平。這一彌散區(qū)域對應于飛船距離土衛(wèi)二表面最近的時刻。

3-?飛船在靠近南極熱異常區(qū)時探測到了較高濃度的水冰塵埃與水氣。

4-?在熱異常區(qū)以外仍然存在著一定濃度的水冰塵埃與水氣，這意味著土衛(wèi)二存在著一個稀薄的大氣層。

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圖 19 為氨-水混合物在土衛(wèi)二表面大氣壓強下的相變圖。氨與水是互相溶解的，因此在討論其相變時，氨-水混合物可被視為一種單純的成分進行分析。圖中橫軸為氨在此混合物中的摩爾百分比，縱軸為溫度（單位為攝氏度）。圖中三相分別為：固態(tài)、液態(tài)和固液混合態(tài)。

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Question?34：從圖 19?中可知，當氨與水各自含量占比為多少時，其熔點溫度可達到最低值（單選）？

1-?氨占比 90%，水占比 10%。

2-?氨占比 35%，水占比 65%。

3-?氨占比 65%，水占比 35%。

4-?氨占比 80%，水占比 20%。

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Question?35：考慮上述最低熔點溫度，以下哪些關于土衛(wèi)二的判斷是正確的（多選）？

1-?在土衛(wèi)二表面測量得到的平均溫度下，氨-水混合物可以融化(melt)。

2-?在土衛(wèi)二南極點附近的很小區(qū)域內，較高的溫度使得液態(tài)物質可以快速出現(xiàn)。

3-?在土衛(wèi)二表面任意區(qū)域的條件下，液態(tài)氨水都不可以穩(wěn)定存在。

4-?在土衛(wèi)二大氣中出現(xiàn)的水冰與水氣表明，在土衛(wèi)二內部應可存在液態(tài)或氣態(tài)的水。

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圖 20：土衛(wèi)二表面的冰火山噴發(fā)照片。分析表明，噴發(fā)物為液態(tài)水與冰。 Question?36：根據(jù)圖 20?提供的信息，以下哪些描述是正確的（多選）？

1-?土衛(wèi)二北部是一個古老的火山，南部是一個古老的海洋。

2-?土衛(wèi)二表面是不均勻的。太陽輻射可改變冰的形態(tài)，從而抹平環(huán)形山并形成光滑的表面。

3-?土衛(wèi)二表面僅有部分區(qū)域（位于南半球）是新形成的。這一區(qū)域已然冰封，今后會逐漸累積越來越多的隕石坑。

4-?在土衛(wèi)二南極附近存在非常有趣的冰火山活動。水氣可由此被噴發(fā)至大氣層，而液態(tài)水也可以通過這一過程彌漫至土衛(wèi)二表面，并迅速凝固。

5-?土衛(wèi)二南半球目前存在著活動構造，而導致這一活動的熱源依然未知。

6-?盡管土衛(wèi)二很小，但仍然存在著一個大氣層。該大氣層的維持有賴于冰火山的噴發(fā)。