鄭永春：行星科學(xué)將迎來重要發(fā)展階段

太陽系是人類賴以生存的恒星系統(tǒng)，在可以預(yù)見的將來，人類的命運(yùn)仍將被束縛在太陽系以內(nèi)。地球首先是一顆行星，行星科學(xué)是地球科學(xué)的自然延伸。行星科學(xué)是在天文學(xué)和地球科學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一門典型的交叉學(xué)科，包括行星天文學(xué)、行星地質(zhì)、行星物理、行星化學(xué)、行星大氣、行星生物學(xué)、比較行星學(xué)等分支學(xué)科。主要研究太陽系各層次天體的運(yùn)動(dòng)和軌道、表面形貌、物質(zhì)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、空間環(huán)境等。

長遠(yuǎn)目標(biāo)是尋找地外宜居環(huán)境和生命信號(hào)、預(yù)防太陽活動(dòng)和小天體撞擊對(duì)地球的災(zāi)害性影響、探究太陽系及其行星的起源和演化歷史?？臻g科學(xué)、天文學(xué)、行星科學(xué)是人類認(rèn)識(shí)太空和宇宙的三大支柱學(xué)科。其中，空間科學(xué)主要研究地球以外的空間；天文學(xué)則具有更大的時(shí)間和空間尺度，以看得更深、更廣、更多為己任。行星科學(xué)是一門既古老又年輕的學(xué)科。說它古老，是指這門學(xué)科從古代科學(xué)家對(duì)太陽系各大行星的軌道計(jì)算和觀測開始，到現(xiàn)在至少已有數(shù)百年的歷史。說它年輕，是指行星科學(xué)是一門新興學(xué)科，其最主要的科學(xué)進(jìn)展是在人類進(jìn)入航天時(shí)代之后取得的。1957年，前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，標(biāo)志著人類太空時(shí)代的到來。1958年美國發(fā)射第一顆月球探測器，標(biāo)志著行星科學(xué)進(jìn)入了太陽系探測的新時(shí)代。截止到2014年，世界各國已實(shí)施了200多次月球和行星探測活動(dòng)和6次載人登月考察，先后對(duì)月球、各大行星及其衛(wèi)星、矮行星、小行星和彗星等天體進(jìn)行了全方位、多手段的科學(xué)探測。人類發(fā)射的航天器已經(jīng)抵達(dá)太陽系的各個(gè)角落和所有主要天體類型。

上世紀(jì)90年代以來，以行星科學(xué)為己任的太陽系探測出現(xiàn)了一些積極變化，主要包括：1.太陽系探測活動(dòng)從早期以技術(shù)實(shí)現(xiàn)為主，目前已經(jīng)轉(zhuǎn)向科學(xué)驅(qū)動(dòng)為主，并逐漸向科學(xué)牽引轉(zhuǎn)變。這體現(xiàn)在太陽系探測任務(wù)建議由科學(xué)家提出，在整個(gè)任務(wù)論證和實(shí)施過程中始終圍繞科學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)和科學(xué)成果的最大化為核心。2.太陽系探測從早期的太陽系普查發(fā)展到現(xiàn)在重點(diǎn)探測某些天體，呈現(xiàn)出一條清晰的發(fā)展脈絡(luò)，就是以月球和火星探測為重點(diǎn)，先開展月球探測，緊接著開展火星探測，火星探測是月球探測的繼承和發(fā)展。先實(shí)現(xiàn)載人登月，接著建設(shè)月球基地和準(zhǔn)備載人登陸火星，這一趨勢已經(jīng)越來越明顯。3.太陽系探測從早期的美國和蘇聯(lián)兩強(qiáng)爭霸發(fā)展到現(xiàn)在美、中、日、印、俄、歐群雄逐鹿，英、德、巴西、韓國躍躍欲試。更大的任務(wù)規(guī)模和經(jīng)費(fèi)投入、更難的技術(shù)挑戰(zhàn)和人才需求，使得任何一國都難以獨(dú)立開展，勢必要通過國際合作分擔(dān)經(jīng)費(fèi)、責(zé)任和風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)和人才的高度融合，這也是太陽系探測作為全人類共同事業(yè)的必然發(fā)展趨勢。

太陽系探測顯著帶動(dòng)了人類的科學(xué)創(chuàng)新、技術(shù)突破和應(yīng)用拓展；增長了人類對(duì)宇宙尤其是太陽系的認(rèn)知、拓展了人類的知識(shí)疆界；提高了人類認(rèn)識(shí)和保護(hù)地球、拓展生存空間的能力；激勵(lì)了人類特別是年輕一代的探索、發(fā)現(xiàn)和挑戰(zhàn)精神。

新世紀(jì)以來，世界各大國紛紛制定太陽系探測規(guī)劃，積極謀劃各自在行星科學(xué)、空間科學(xué)和航天活動(dòng)方面的發(fā)展藍(lán)圖。21世紀(jì)將成為人類全面探測太陽系的新時(shí)代。

通過太陽系探測，發(fā)現(xiàn)更多的行星科學(xué)關(guān)鍵問題，提出和醞釀新的太陽系探測計(jì)劃；通過實(shí)施新的探測任務(wù)，推動(dòng)關(guān)鍵科學(xué)問題的解答。

因此，行星科學(xué)是太陽系探測的源頭活水，也是太陽系探測的最終目標(biāo)。歐美國家的行星科學(xué)隊(duì)伍和經(jīng)費(fèi)投入很大，成立了專門的行星學(xué)會(huì)和行星研究所，每年參加歐洲和美國行星科學(xué)大會(huì)的人數(shù)均達(dá)上千人，各類行星科學(xué)專業(yè)研討會(huì)不勝枚舉。

但遺憾的是，行星科學(xué)在我國的發(fā)展才剛剛起步。

在國內(nèi)，地球科學(xué)大多與資源、能源、環(huán)境等“有用”的事情密切聯(lián)系，沒有對(duì)地球所處的太陽系空間和地球的“兄弟姐妹”（各大行星及其衛(wèi)星）給予足夠關(guān)注。

而實(shí)際上，地球首先是作為具有行星屬性的天體而存在的，太陽系的行星系統(tǒng)是驗(yàn)證地球科學(xué)理論的理想實(shí)驗(yàn)室，行星科學(xué)的發(fā)展也有助于地球科學(xué)新概念、新方法、新理論的提出和驗(yàn)證。

“不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中”，只有把地球放在太陽系行星大家族的角度來認(rèn)識(shí)地球，才能跳出地球看地球。

一個(gè)很簡單的例子是，通過太陽系探測，我們發(fā)現(xiàn)臨近地球的天體——月球、水星、金星、火星等類地行星表面都分布著密密麻麻的撞擊坑，有些撞擊的規(guī)模相當(dāng)巨大，導(dǎo)致行星表面物質(zhì)擴(kuò)散到全球尺度，甚至使行星自轉(zhuǎn)軸傾斜。

這使我們自然而然地想到，人類生存的地球也曾經(jīng)遭受過無數(shù)的撞擊，這些撞擊對(duì)地球的演化進(jìn)程、演化方向、礦產(chǎn)資源的分布和形成、生命的出現(xiàn)和生物的進(jìn)化等等，都產(chǎn)生過非常顯著的影響。6500萬年前曾經(jīng)獨(dú)霸地球的恐龍的突然滅絕就是很典型的一個(gè)例子。

目前，探月工程嫦娥一號(hào)和嫦娥二號(hào)已經(jīng)圓滿完成各項(xiàng)探測使命，嫦娥三號(hào)的成功實(shí)施使我國成為世界上第三個(gè)實(shí)現(xiàn)地外天體軟著陸和巡視探測的國家。

擬于2018年前后發(fā)射的嫦娥五號(hào)任務(wù)將首次采集月球樣品并返回地球。根據(jù)中國科學(xué)院和國防科工局牽頭成立的我國深空探測科學(xué)目標(biāo)論證專家委員會(huì)在2011年提出的《我國2011~2030年深空探測總體科學(xué)目標(biāo)》，我國未來將以月球和火星探測為主導(dǎo)，統(tǒng)籌開展小行星、太陽、金星、木星系統(tǒng)等的探測。

由于行星科學(xué)的發(fā)展直接依賴于深空探測所獲得的遙感和就位探測數(shù)據(jù)以及天體表面樣品的分析，因此，隨著我國月球和深空探測的進(jìn)展，我國科學(xué)家將深入分析自主獲得的第一手探測資料和珍貴的月球樣品，在獲得一大批科學(xué)成果的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)問題，醞釀提出新的探測任務(wù)，從而使太陽系探測實(shí)現(xiàn)快速、可持續(xù)的發(fā)展，我國的行星科學(xué)將迎來一個(gè)重要發(fā)展階段。（鄭永春）