人类仰望星空和观测太阳系天体的历史可以追溯到几千年前,但直到 20 世纪中期,人类才真正开始系统探索太阳系和太阳系以外的太空。
身向寰宇,催生行星科學
1961 年 4 月12 日,苏联在世界上首次成功将宇航员尤里 ·加加林送入太空。这一事件也促使美国向全世界宣布实施宏伟的载人登月计划,阿波罗计划由此诞生。
伴随着登月的成功和热潮,美国也成功开启了探索火星、金星、水星以及太阳系内更远天体的步伐,取得了一系列重要科学发现,直接催生和迅速发展了行星科学这一与深空探测密不可分的综合交叉学科。
美国的许多顶尖大学和研究机构在深空探测科学人才需求的驱动下,在阿波罗计划时期便开始在其相关的学科中,加入行星科学元素,并将行星科学迅速发展成在深空探测热潮中极具时代特色的一门学科。
行星科学(Planetary science)是研究行星(包括地球)、卫星和行星系(特别是太阳系)及其形成过程的科学,研究对象的尺度小至微流星体,大至气态巨行星。作为一门高度综合、跨界的学科,植根于天文学、地质学、物理学、化学等一系列基础学科,在深空探测的迫切需要下催化诞生。现在包含许多学科,有行星地质学(结合地球化学和地球物理学)、大气科学、海洋学、水文学、理论行星科学、冰川学和系外行星。类似的学科包括关心太阳对太阳系内天体影响的太阳物理学和天体生物学。
行星科学突破了天文学的地基观测局限,通过卫星环绕探测、着陆器原位探测、样品采样返回、宇航员载人探索等多种手段,全方位、多角度地解决行星的起源、变迁、演化历史等问题。故行星科学的基础为行星探测。
行星科学是当今科学前沿。进入 21 世纪,为满足人类探索外太空的好奇心及人类社会可持续发展的需求,行星探测活动已逐步成为世界各航天大国的“竞技场”。美国、欧空局、日本等航天强国或部门都先后推出了各自的太阳系探测规划,引领着行星地质学的发展。当前,欧美行星地质学研究已经进入到定量化和精细化的阶段,对一些特定区域开展了综合性研究。另外,日本在行星地质学的研究方面也极具特色,并在多个小行星探测任务的驱动下,在低速撞击领域以及小天体的地质学研究上取得了较为系统的成果。
逐梦星河,迎来发展良机
相比而言,这一时期,我国在行星地质学研究领域的发展较为缓慢。
1978 年,欧阳自远利用美国总统卡特赠送的1克月岩样品,开展了月球地质的研究,编著了《月质学研究进展》,开创了我国行星地质学研究的先河。但是,受制于我国当时的经济和科技发展水平,未能开展相应的空间探测任务,研究资料严重匮乏,以致这一学科长期裹足不前。
随着我国社会的巨大进步和科技实力的增强,尤其是以 2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功为标志和起点,我国地球科学家开始能够利用第一手探测数据来进行月球地质研究 。随着嫦娥工程与其他深空探测任务的成功实施和推进,我国行星地质学正在快速发展,已初步形成了一定规模的研究群体。
由于起步较晚,从嫦娥工程立项开始,仅有不到15年的发展历史,行星地质学的研究在广度和深度上与欧盟、美国、日本等发达国家和地区相比,均存在较大差距,整体科研水平还处于跟跑阶段。
目前,我国已完成了探月一期工程,特别是嫦娥五号成功将月球风暴洋样品顺利采回地球,这是继阿波罗计划月球采样44年之后,人类再次从月球表面采回样品,也是我国第一次实现地外采样返回,为月球科学研究带来重大机遇。目前已着陆火星展开巡视探测任务的天问一号,迈出了我国独立开展行星探测的第一步。此外,我国还启动了论证太阳系边际的探测任务,并计划在2030年前,实施小行星探测和木星系探测任务,开展近地小行星、主带彗星、木星及卫星等科学探测。
随着一系列行星探测项目的启动,我国的行星探测正在迎来一个发展良机,也在迎来新的挑战。
近年来,我国深空探测事业取得了举世瞩目的成就,全球影响力正在快速提升。行星科学作为我国科技战略的重要组成部分,是国家自然科学水平和综合国力的集中体现。通过“高起点、快发展、广交叉、深融合”发展行星科学,不仅能加快完善我国自然科学学科布局,培养世界一流的人才梯队,也是我国深空探测事业由大变强的必由之路。
我国积极参与深空探测,将获得第一手行星地质数据,国际深空探测计划的持续实施和数据的广泛共享,为中国科学家参与行星地质学的研究提供了广阔空间,同时也为研究和认识地球提供了新的、更全面的视野。有利的研究条件吸引了一批青年人投身行星地质学的研究,从事天体表面环境过程、月球早期演化、火星地貌等方面的研究,这有望使我国在国际行星地质学领域占据一席之地。
建设自己的行星科学,和平利用太空
我国的深空探测工程取得的成就和进步举世瞩目。但我们也注意到,当前我国深空探测是技术先行,科学家积极参与。对照美国行星科学的发展历程,下一阶段应转型为技术与科学并行,同时加强行星科学的学科建设和人才队伍建设,最终实现科学引领。
中国未来的深空探测,将由科学家主导,科学家与工程师共同合作,形成分工明确、高效率且有强大凝聚力的团队。为实现这一目标,我国已着手开展行星科学人才的培养。加快建设行星科学一级学科,全面提升我国深空探测能力和行星科学的国际影响力,加速我国从深空探测大国迈向行星科学强国。
中国是一个正在崛起的深空探测大国,行星科学建设将顺应学科发展趋势,紧扣当今科学前沿,聚焦国家战略所需,在将我国建设成为深空探测强国与行星科学强国的过程中,向和平利用太空和构建人类命运共同体迈进。
素材来源
1.从科教融合到科学引领——中国特色的行星科学建设思路,吴福元、魏勇、宋玉环、刘洋、李铁胜、孙文科、刘继峰、王艳芬,《中国科学院院刊》2019年第34卷第7期
2.行星科学:科学前沿与国家战略,魏勇,朱日祥,《中国科学院院刊》2019年第34卷第7期
3.从深空探测大国迈向行星科学强国,万卫星、魏 勇、郭正堂、徐义刚、潘永信,《中国科学院院刊》2019年第34卷第7期
4.国家深空探测战略可持续发展需求:行星科学研究,潘永信,王赤,《中国科学基金》2021年第35卷第2期
5.比较行星地质学的研究方法、现状和展望,肖龙、Greeley Ronald、曾佐勋、黄定华,《地质科技情报 》2008年第27卷第3期
6.行星科学到底是一门研究什么的的科学?群星闪耀,知乎