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【中國科學報】潘永信院士:行星探測“探”什么?
2020-11-20 | 作者:轉自:中國科學報 | 【 】【打印】【關閉

作者:張雙虎  來源:中國科學報  發布時間:2020-11-19 

潘永信

  日前,以“行星宜居性及演化”為主題的雙清論壇在京召開,50多位相關領域專家就行星宜居性、生命起源環境和地外生命等重大科學問題進行探討,明確了深空探測的科學目標和方向。

  在“天問一號”即將飛抵火星,行星探測蓬勃興起之際,我國行星科學研究處于什么水平?我們在該領域有何布局?行星科學要如何發展等問題備受關注。為此,本報采訪了中科院院士、中國科學院地質與地球物理研究所研究員、中國科學院大學地球與行星科學學院崗位教授潘永信。

  審視過去 預判未來 

  《中國科學報》:行星科學和行星宜居性基礎研究涉及哪些內容?

  潘永信:行星科學是研究太陽系內與系外行星、衛星、彗星等天體和行星系的基本特征,以及它們的形成和演化規律的一門學科。行星科學快速發展于上世紀下半葉深空探測之中。追根溯源,地球科學和天文學是行星科學的兩個根學科。行星科學目前研究主要聚焦于太陽系內不同天體研究,研究內容包括行星的地表特征、巖漿活動、大氣、海洋、物理場及內部過程等。其中探測地外生命一直是深空探測的重要目標。行星宜居性是指行星適宜生命發育的潛力。人們仰望星空的同時,總想知道我們從哪里來,到哪里去,人類是否孤獨。地球為什么適宜生命發育和繁衍生息?科學家把其他行星與地球相互比較,既從地球出發研究地外行星宜居性,也從其他行星,如金星和火星探測中,發現地球宜居性演化密碼。從長遠看,未來人類可能走出地球搖籃,需要找到一個適合居住的地方,或找到太空“驛站”,邁向更遠的深空。

  《中國科學報》:在當前形勢下,行星宜居性及演化研究有什么重要意義?

  潘永信:行星宜居性及演化是深空探測科學研究中重要一環,其中很多基礎研究和前沿問題亟須搞清楚。只有夯實這方面的基礎研究,才能為深空探測、尋找地外生命、未來開發太空資源等提供科學依據。

  目前科學家主要基于地球及地球生命來判斷地外生命存在與否,為什么地球宜居,為什么地球上會出現生命?有些問題僅從地球上難以找到答案,需要從其他行星宜居性演化研究來理解??刂频厍蛞司有砸蛩?,除了恒星的狀態、行星與恒星距離外,還有哪些因素,決定因素又是什么,行星外部和內部過程扮演了什么角色?很多基礎問題需要深入研究。比如,火星和地球形成時間相當,地球因為有板塊運動,30億年前的古老東西遺留很少,火星上沒有板塊運動,火星巡視探測在那里找到許多古老的有機質和沉積巖記錄,表明可能早期存在生命;金星的情況又不同,表面溫度高達400多度,處于失控溫室效應的狀態?,F在看來,太陽系是整體進行演化的,行星又具有顯著的多樣性,從火星、金星甚至更遠的星球來審視地球的過去,甚至可以來預判地球的未來,這是全新的視角和研究范式,相信將不斷地取得重要科學發現和突破。

  或能更新我們的認知 

  《中國科學報》:我國目前行星宜居性研究處于怎樣的水平?

  潘永信:我國行星探測工程剛起步,行星科學研究整體水平與歐美相比有明顯差距。今年7月23日我國發射的“天問一號”探測火星,將實現“環繞、著陸和巡視”三步走的探測目標。目前,火星探測的重要目標是宜居性演化和尋找生命。在學科發展方面,歐美很多院校地質系很早就改名為地球與行星科學系,美國航天局對大學和研究機構資助了很多項目,在基礎研究和人才培養方面有長期的積累。國內行星科學研究隊伍正在快速壯大,中國科學院大學在國內率先啟動建設行星學科作為一級學科,牽頭成立了高校行星科學聯盟,正在積極推進教育部行星學科建設,許多高校和研究機構已經擁有一批有才華的中青年行星科學家,有條件的高校和研究機構積極建設行星科學學科,以培養出更多的人才。

  《中國科學報》:行星科學研究的難點是什么,行星科學學科和其他學科相比有什么特點?

  潘永信:它的特點可以說是學科交叉跨度大,這也是研究的難點。以地球科學和天文學為主,還涉及生命科學、數學、物理學、化學、材料科學、信息科學等學科。另外,行星科學高度依賴深空探測工程,工程費用大,技術要求高,獲得科學發現和突破需要科學家與工程技術人員共同努力來實現。它的魅力在于,探索璀璨星空,常常會有新的發現,還可能會是重大發現。行星科學事業適合有夢想、有創造力的青年人,可以放飛他們的夢想。在行星探測中可能會發現地球上根本沒有的一些物理化學現象和新規律,這可能會更新我們的宇宙觀認知,同時也會促進相關學科的發展。

  火星“發電機”之謎 

  《中國科學報》:作為深空探測的第一步,火星探測要重點研究哪些基礎科學問題?

  潘永信:行星科學研究涉及其形成、起源和演化,包括空間環境、地表和內部過程?!疤靻栆惶枴钡目茖W目標包括地表地形、地質、水冰、淺層結構、礦物組成、大氣、磁場等?;鹦翘綔y的重要科學問題有:火星現今地下是否存在微生物活動,早期是否宜居、北半球古海洋,大氣和水逃逸過程與機制,內稟磁場出現和消失時間,內部結構及動力學機制,水和揮發分含量、分布,可利用資源,以及如何從火星研究地球起源和演化等。

  以磁場為例,地磁場在保護地球生命(屏蔽掉太陽風攜帶的大量高能帶電粒子),地磁場對許多生物導航等方面意義重大,甚至直接或間接影響生命過程??茖W家正在形成一個共識,行星磁場既是判斷行星內部活動的一個物理場,也是行星宜居性發展的條件之一。對于火星而言,根據火星隕石研究和原位探測,火星早期曾存在磁場,但后來消失了?;鹦恰鞍l電機”停止的時間和機制不明,可能是內部熱狀態演化導致的結果?;鹦窃缙谑怯幸簯B水的,指示火星早期有可能是宜居的,火星大氣和水逃逸也與磁場消失有關,這些都需要進一步研究。

  深空探測路線圖 

  《中國科學報》:我國在行星科學研究方面有哪些規劃或路線圖?

  潘永信:對于深空探測領域發展,我國發布的《2016中國的航天》白皮書中已有明確的規劃和路線圖。在月球以遠的深空探測中,“天問一號”火星探測是我們走出的第一步。接下來會探測小行星,準備火星的采樣返回,還計劃探測到木星和木星的衛星(太陽系的巨行星帶),將來還要繼續探測太陽系的邊界。我國行星科學研究正處于一個重要的發展機遇期。

  《中國科學報》:您對行星科學研究有什么建議?

  潘永信:當前,太空探索已經成為科技前沿、市場需求和國家戰略結合的產物,推動行星科學研究發展既是機遇也是使命。一是要認識到行星科學研究需要地球科學、天文學、生命科學、信息科學等多個領域的科學家走到一起,從多個視角來研討行星科學的重大問題,這是行星科學學科研究內涵和特點所決定的。二是要在人才培養上下功夫,行星科學領域國家需要專門人才,抓緊建設高水平行星科學專業人才隊伍,從學生培養做起,吸引有夢想的青年學子學習行星科學,補齊缺乏專業人才這個短板。三是要瞄準科學前沿和國家深空探測發展規劃,凝練好重大科學問題,布局相關的研究項目和課題,倡導和推進科學與工程技術的融合,助力國家進入世界深空探測的第一方陣。建議完善跨部門聯動聯合機制,做好頂層設計和規劃。同時,我們要發揚科學家精神,發揮行星科學聯盟作用,聚焦科學前沿和重大需求,扎扎實實地做好研究工作,建設高水平研究隊伍,為我國科技發展和深空探測戰略作出貢獻。

 
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