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潘永信:我国行星科学研究面临重要发展机遇

2020-12-09 中国科学报 张双虎
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  近年来,探月工程、“天问一号”发射等引发了公众对深空探测和行星科学研究的极大兴趣。行星科学是研究太阳系内与系外行星、卫星、彗星等天体和行星系的基本特征以及它们形成和演化规律的一门学科,未来我国行星科学要如何发展是值得探讨的问题。

  行星科学是深空探测的重要环节

  行星科学快速发展于上世纪下半叶美欧深空探测。行星科学目前主要聚焦于太阳系内不同天体的研究,包括行星的地表特征、岩浆活动、内部结构与过程、大气和空间环境等。其中搜寻地外宜居环境和生命一直是深空探测的重要目标。

  行星宜居性是指行星具有支持生命发育的潜力。行星宜居性及演化是行星科学的重大科学问题,其中有很多基础研究和前沿问题亟须搞清楚。只有夯实这方面的基础研究,才能为深空探测、寻找地外生命、未来开发和利用太空资源等提供科学依据。

  以磁场为例,地磁场在保护地球生命(屏蔽太阳风携带的大量高能带电粒子)、生物导航等方面意义重大。科学家正在形成一个共识,行星磁场既是判断行星内部活动的一个物理场,也是维持行星宜居性发展的条件之一。对于火星而言,陨石研究和原位探测表明火星早期曾存在磁场、后来消失了,但时间和机制不明,可能是内部热状态演化的结果。火星早期是有大量液态水的,可能是宜居的,火星大气和水逃逸推测与磁场的消失有关,需要进一步研究。我国“天问一号”将通过环绕器和巡视器上搭载的多个科学载荷对火星的地形地貌、表层元素分布和矿物组成、次表层结构及水冰、磁场、空间环境和气象等开展科学探测。

  同时,科学家将其他行星与地球进行比较,既从地球出发研究地外行星宜居性,也从对金星和火星等其他行星的探测中,发现地球宜居性演化的密码。

  比如,火星和地球形成时间相当,地球因为有持续的板块运动,30亿年前岩石记录等遗留很少,而火星上可能没有板块运动或有过但很早就停止了,有许多古老的有机质和沉积岩记录,表明火星早期具有支持生命存在的宜居环境。金星的情况又不同,当前金星的大气以二氧化碳为主,表面温度高达400多摄氏度,星球处于失控温室效应状态。

  现在看来,太阳系是整体进行演化的,行星又具有显著的多样性,从火星、金星甚至更遥远的星球来审视地球的过去,并帮助预判地球的未来,这是全新的观察视角和研究范式,将不断地取得重要发现和突破。

  行星科学的难点和特点

  行星科学的特点是学科交叉跨度大,这也是研究的难点。它根植于地球科学和天文学,涉及生命科学、数学、物理学、化学、材料科学、信息科学等。同时,行星科学高度依赖深空探测工程和技术,且工程费用大、技术要求高,要获得科学发现和突破,需要科学家与工程技术人员共同努力。

  我国行星探测工程刚刚起步,行星科学研究整体水平与欧美相比有明显差距。目前,国内行星科学研究队伍正在快速壮大,中国科学院大学地球与行星科学学院在国内率先启动行星科学一级学科建设,牵头成立了高校行星科学联盟,正在积极推进教育部行星学科建设,许多高校和研究机构已经拥有一批中青年行星科学家,组建行星科学研究单元和团队,有条件的高校和研究机构已开设行星科学课程,以培养行星科学专业人才。

  我国行星科学发展的机遇

  探索浩瀚宇宙是全人类的共同梦想。我国发布的《2016中国的航天》白皮书对深空探测发展已有明确的规划和路线图。在月球及以远的深空探测中,嫦娥工程四期正在实施,“天问一号”迈出了火星自主探测的第一步,接下来将探测小行星、执行火星采样返回任务、探测木星及其卫星(太阳系的巨行星带),未来还要探测太阳系边界。

  当前,深空探测已经成为世界科技前沿、市场需求和国家战略结合的产物,推动行星科学研究发展既是机遇也是使命。我国行星科学研究正处于重要发展机遇期。

  除了要从多个视角研讨行星科学的重大问题以及在人才培养上下功夫外,还要瞄准行星科学前沿,凝练好重大科学问题,尽快布局相关的研究项目;大力倡导和推进科学与工程技术的融合,积极开展国际合作,助力国家深空探测发展。

  同时,建议完善跨部门联动联合机制,提前做好深空探测任务和科学目标的顶层设计,并制定长期发展规划。此外,我们要弘扬科学家精神,聚焦科学前沿和国家重大需求,为我国科技发展和深空探测作贡献。

  (作者:潘永信,系中国科学院院士。记者张双虎采访整理)

打印 责任编辑:张芳丹
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