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郑永春:行星科学将迎来重要发展阶段
  文章来源:中国科学报 发布时间:2014-10-17 【字号: 小  中  大   

  太阳系是人类赖以生存的恒星系统,在可以预见的将来,人类的命运仍将被束缚在太阳系以内。地球首先是一颗行星,行星科学是地球科学的自然延伸。行星科学是在天文学和地球科学基础上发展起来的,是一门典型的交叉学科,包括行星天文学、行星地质、行星物理、行星化学、行星大气、行星生物学、比较行星学等分支学科。主要研究太阳系各层次天体的运动和轨道、表面形貌、物质组成、内部结构、空间环境等。

  长远目标是寻找地外宜居环境和生命信号、预防太阳活动和小天体撞击对地球的灾害性影响、探究太阳系及其行星的起源和演化历史。空间科学、天文学、行星科学是人类认识太空和宇宙的三大支柱学科。其中,空间科学主要研究地球以外的空间;天文学则具有更大的时间和空间尺度,以看得更深、更广、更多为己任。行星科学是一门既古老又年轻的学科。说它古老,是指这门学科从古代科学家对太阳系各大行星的轨道计算和观测开始,到现在至少已有数百年的历史。说它年轻,是指行星科学是一门新兴学科,其最主要的科学进展是在人类进入航天时代之后取得的。1957年,前苏联发射了第一颗人造地球卫星,标志着人类太空时代的到来。1958年美国发射第一颗月球探测器,标志着行星科学进入了太阳系探测的新时代。截止到2014年,世界各国已实施了200多次月球和行星探测活动和6次载人登月考察,先后对月球、各大行星及其卫星、矮行星、小行星和彗星等天体进行了全方位、多手段的科学探测。人类发射的航天器已经抵达太阳系的各个角落和所有主要天体类型。

  上世纪90年代以来,以行星科学为己任的太阳系探测出现了一些积极变化,主要包括:1.太阳系探测活动从早期以技术实现为主,目前已经转向科学驱动为主,并逐渐向科学牵引转变。这体现在太阳系探测任务建议由科学家提出,在整个任务论证和实施过程中始终围绕科学目标实现和科学成果的最大化为核心。2.太阳系探测从早期的太阳系普查发展到现在重点探测某些天体,呈现出一条清晰的发展脉络,就是以月球和火星探测为重点,先开展月球探测,紧接着开展火星探测,火星探测是月球探测的继承和发展。先实现载人登月,接着建设月球基地和准备载人登陆火星,这一趋势已经越来越明显。3.太阳系探测从早期的美国和苏联两强争霸发展到现在美、中、日、印、俄、欧群雄逐鹿,英、德、巴西、韩国跃跃欲试。更大的任务规模和经费投入、更难的技术挑战和人才需求,使得任何一国都难以独立开展,势必要通过国际合作分担经费、责任和风险,实现技术和人才的高度融合,这也是太阳系探测作为全人类共同事业的必然发展趋势。

  太阳系探测显著带动了人类的科学创新、技术突破和应用拓展;增长了人类对宇宙尤其是太阳系的认知、拓展了人类的知识疆界;提高了人类认识和保护地球、拓展生存空间的能力;激励了人类特别是年轻一代的探索、发现和挑战精神。

  新世纪以来,世界各大国纷纷制定太阳系探测规划,积极谋划各自在行星科学、空间科学和航天活动方面的发展蓝图。21世纪将成为人类全面探测太阳系的新时代。

  通过太阳系探测,发现更多的行星科学关键问题,提出和酝酿新的太阳系探测计划;通过实施新的探测任务,推动关键科学问题的解答。

  因此,行星科学是太阳系探测的源头活水,也是太阳系探测的最终目标。欧美国家的行星科学队伍和经费投入很大,成立了专门的行星学会和行星研究所,每年参加欧洲和美国行星科学大会的人数均达上千人,各类行星科学专业研讨会不胜枚举。

  但遗憾的是,行星科学在我国的发展才刚刚起步。

  在国内,地球科学大多与资源、能源、环境等“有用”的事情密切联系,没有对地球所处的太阳系空间和地球的“兄弟姐妹”(各大行星及其卫星)给予足够关注。

  而实际上,地球首先是作为具有行星属性的天体而存在的,太阳系的行星系统是验证地球科学理论的理想实验室,行星科学的发展也有助于地球科学新概念、新方法、新理论的提出和验证。

  “不识庐山真面目,只缘身在此山中”,只有把地球放在太阳系行星大家族的角度来认识地球,才能跳出地球看地球。

  一个很简单的例子是,通过太阳系探测,我们发现临近地球的天体——月球、水星、金星、火星等类地行星表面都分布着密密麻麻的撞击坑,有些撞击的规模相当巨大,导致行星表面物质扩散到全球尺度,甚至使行星自转轴倾斜。

  这使我们自然而然地想到,人类生存的地球也曾经遭受过无数的撞击,这些撞击对地球的演化进程、演化方向、矿产资源的分布和形成、生命的出现和生物的进化等等,都产生过非常显著的影响。6500万年前曾经独霸地球的恐龙的突然灭绝就是很典型的一个例子。

  目前,探月工程嫦娥一号和嫦娥二号已经圆满完成各项探测使命,嫦娥三号的成功实施使我国成为世界上第三个实现地外天体软着陆和巡视探测的国家。

  拟于2018年前后发射的嫦娥五号任务将首次采集月球样品并返回地球。根据中国科学院和国防科工局牵头成立的我国深空探测科学目标论证专家委员会在2011年提出的《我国2011~2030年深空探测总体科学目标》,我国未来将以月球和火星探测为主导,统筹开展小行星、太阳、金星、木星系统等的探测。

  由于行星科学的发展直接依赖于深空探测所获得的遥感和就位探测数据以及天体表面样品的分析,因此,随着我国月球和深空探测的进展,我国科学家将深入分析自主获得的第一手探测资料和珍贵的月球样品,在获得一大批科学成果的同时,发现新的科学问题,酝酿提出新的探测任务,从而使太阳系探测实现快速、可持续的发展,我国的行星科学将迎来一个重要发展阶段。

  (作者简介: 郑永春,中国科学院国家天文台副研究员。)

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