金星探测研究进展与未来展望

金星探测是解答太阳系类地行星形成演化,地球宜居性的形成和未来发展,以及外太阳系宜居星球搜索策略的关键.由于金星恶劣的环境条件、对探测技术的多重挑战和相对高昂的探测成本,金星探测和研究程度远不及月球和火星.自20 世纪90 年代后期,金星探测任务相对匮乏.本文梳理了国际上金星探测研究进展、关键科学问题及技术需求,提出了未来金星的探测目标和探测方式建议.目前,对金星大气和气候研究程度最高,包括大气结构和大气化学,能量平衡和热结构,云层和霾层,大气环流和动力学以及气候演化等.高层大气的物理化学和太阳风与金星的相互作用方面也有重要进展.金星地表和内部的研究则相对滞后,研究涵盖金星表面形貌特征,撞击和重塑历史,火山和构造活动,地表物质组成,地表和大气相互作用等,但受限于数据的空间覆盖率和较低的分辨率和精度,诸多重大问题尚未解答,迫切需要新的探测数据.除探测任务外,金星研究还依赖于地基观测、实验室模拟和数值模拟研究.地面模拟设施对支持金星探测任务研发和金星基础科学研究尤为重要.未来十年是中国开展金星探测的契机和研发相关技术的关键时期.本文可为对金星探测、行星科学、太阳系探测感兴趣的科学家和工程人员提供参考.     

“地球系统探测新原理与新技术”优先领域与地球系统科学

地球系统科学是研究组成地球系统的子系统之间相互联系、相互作用的机制，研究地球整体结构、特征、功能和行为，研究地球系统变化的规律和控制这些变化机理的科学。对地观测、探测与分析技术的发展是地球科学创新思维来源的技术保障，同时对地球科学基础理论研究水平的提高起着重要的作用。21世纪地球科学的发展将更加重视发展地球系统科学的理论、方法与技术体系。“地球系统观测、探测新原理与新技术”被列入国家自然科学基金委员会地球科学部“十五”优先资助领域。回顾“十五”期间的资助情况，探讨该领域和地球系统科学的关系，将有利于“十一五”对该领域资助工作的调整与完善。     

城乡融合与地上地下空间协同探测评价的理论与方法——以关中平原城市地质调查评价为例

城乡融合、地上与地下空间协同探测、评价、规划是节约集约利用空间与自然资源，增强城市韧性，促进人与自然和谐共生现代化建设的重要途径。针对中国新型城镇化与乡村振兴协同发展面临着“多规合一”的国土空间规划、地上与地下空间协调集约利用等新的重大科技问题，以关中平原城市群为研究对象，基于地球系统科学和地球关键带理论，汲取系统论、协同论、信息论等理论，提出了城乡融合、地上与地下空间协同探测、综合评价、统筹规划的新时期城市地质理论，以及城市强干扰环境下地下空间精细化探测和建模关键技术、基于地下水位控制的地上与地下空间风险防控技术、“取热不取水”的地下空间地热能绿色开发新技术，并在多个城市得到成功应用。     

城市地下空间探测关键技术及发展趋势

近年来,地下空间开发利用以及与地下空间相关的安全运营已经成为我国大中型城市面临的重要课题,而准确的城市地下空间探测成果是保障其课题成功实施的关键。目前国内城市地下空间利用的深度已达50m,局部特大工程深度在70m左右。未来城市地下空间利用将向综合化、深层化、人性化、生态化发展,从而对城市地下空间探测的可靠性提出了更高的要求。目前常用的地下空间探测技术除了钻探外,主要采用包括探地雷达、浅层地震、高密度电法、浅层瞬变电磁法、井间CT、微动等地球物理方法。以"城市浅层地下空间探测技术体系研究"课题为例,介绍了探地雷达在真三维采集、拟地震资料处理、三维雷达数据偏移等方面的研究成果。结合地下管线探测及岩溶调查等案例,分析了探地雷达等多种探测技术的综合应用及探测效果。研究认为未来的三维高密度横波地震、三维高密度电磁法、三维探地雷达等技术是城市地下空间探测技术的发展趋势。     

月球探测中月面热环境影响的研究现状

在月球探测中,多光谱、热红外、被动微波辐射等探测技术被广泛应用于月表物质组分和物理特性的探测,也积累了大量探测数据。月球太阳辐照、月球表面温度、地球反照和内部热流等月面热环境的变化,改变了月表物质反射率、热发射率以及其他电磁学等基本性质,制约了探测数据的准确解译;同时,大幅度的太阳辐射强度和月面温度变化也直接威胁月面探测中巡视探测器和宇航员的安全。但是,目前月球表面热环境对探测活动的影响认识还比较欠缺,月面热环境的时空变化规律认识还不够充分,在实验研究不足的情况下对各种探测方式的影响缺乏系统的理解。结合月球探测的发展,进一步立足实验手段和探测结果,通过开展不同地形条件下月面太阳辐射和物理温度的时间变化和空间分布规律研究、探测数据与月面热环境参数时空匹配问题研究、建设具备类似物质组成和月面热环境特征的实验场地以及开展系统的热环境影响模拟实验研究,全面认识月面热环境参数的时空变化规律,探讨月面热环境对不同探测方式的影响将是月面热环境研究的重要内容。     

深空探测时代的风沙地貌学

"深海、深地、深空"探测为地球科学发展提供了机遇与挑战,地球科学开始迎接以火星探测为代表的深空探测高潮。中国将于2020年实施火星探测计划,对火星开展全球性、综合性的环绕探测,并对局部地区开展巡视探测。行星地学研究,包括风沙地貌学,需要未雨绸缪,做好准备。基于风沙地貌学的发展历史与趋势,将发展历史划分为只关注风沙地貌本身的经典研究、关注地球系统的现代研究和关注地外星球的未来研究3个阶段,总结了各阶段的特点,认为深空探测时代的行星风沙地貌学研究已水到渠成。随之重点总结了行星风沙地貌学的发展与成就,指出亟待解决的问题,展望未来发展方向。现已探明在火星、金星和土卫六上有多种类型风沙地貌发育,风成过程甚至是这些星球最活跃的现代表面过程。不同星球风沙地貌具有较好的相似性,但差异也很明显,意味着风沙地貌发育机理的统一性和形成条件的多样性,风沙地貌学理论需要通过不同星球风沙地貌的对比研究逐步完善和拓展。地外行星上较为简单的形成条件在展示风沙地貌形成规律和机理方面具有明显优势,深空探测时代的风沙地貌学方兴未艾。     

地球物理学"九五"重大重点项目的布局及思考

1 "九五"重大重点项目的布局及思考 地球物理学是通过对地球的各种物理场(地震波、重力、磁、电、热等)的观测和研究来认识地球,是固体地球科学中吸纳高新技术能力最强的一个分支学科.空间物理学是把日球作为一个系统,研究太阳、太阳风同行星、慧星的上层大气、电离层、磁层、高能量粒子、其它星际物质间的相互作用.进入90年代以来,随着空间探测技术的发展和全球宽频带数字地震台网的建立等探测技术的进步,地球物理学和空间物理学步入了一个新的发展时期.这个发展时期的主要特点是:人们跨越时间界限,全方位的、定量的观察地球及其外围空间的各种过程,包括地球系统各层圈相互耦合和作用过程、动力学过程、非线性物理过程等.从而要求将地球物理学和空间物理学的研究层次提高到一个新的高度.     

小行星深空探测的科学意义和展望

太阳系深空探测活动方兴未艾,小行星探测已成为主要发展方向。通过回顾近年来几个主要的国际小行星空间探测计划以及取得的研究成果,总结了小行星深空探测从早期的近距离飞越到小行星低空绕轨勘探,到目前的表面软着陆和采集样品返回的发展进程。同时深空探测也给行星科学研究者提出了新的挑战,鉴于目前行星科学的研究热点,详细叙述了小行星深空探测急需解决的重大科学问题及其科学意义,随后简单介绍了未来小行星深空探测计划的科学目标,为小行星深空探测的具体任务提供了科学目标选择方向。最后呼吁我国及时介入小行星深空探测,提升航天能力,开拓深空领域。     

关于我国天体生物学研究的思考

探索地外宜居环境和生命信号是深空探测的重要科学目标.天体生物学在宇宙演化的背景下研究生命的起源、演化、分布和未来,是由地球科学、生命科学、空间科学、天文学、化学等多学科融合形成的一门前沿交叉学科.随着人类深空探测的不断进步,天体生物学的研究内涵在不断拓展,其研究方式也更趋于多元和交叉.概述了天体生物学的内涵和发展态势,研判我国天体生物学研究所面临的机遇与挑战,并对我国在该领域的发展提出了建议.      

月球表面多种金属元素的分布特征初探

美国的"克莱门汀"(Clementine)和"月球探测者"(Lunar Prospector)号月球探测器,分别于1994和1998年完成了对月球形貌、水冰以及月球重力和磁场等物理参数的高精度、高分辨率探测。月球探测者号还利用伽马射线仪探测了月表层中铁、钛、铀、钍和钾等元素含量分布,这为进一步研究月球的空间与表面环境,月球的地形、地貌、地层与地质构造,月表土壤与岩石的分布、成分与成因,月球物理场特征,月球的内部结构、演化与成因提供了大量的科学数据和证据。根据"克莱门汀"和"月球探测者"号测得的数据,对月球表面金属钛、铁、镁、铀、钍、钾的分布进行分析,初步研究了这些金属元素分布与月球地貌的关系,计算各金属元素之间空间分布的相关系数,分析蕴藏这些金属资源地区的岩性及各种元素可能的来源。由此推测30亿年前月球内部逐渐固化,大量小行星对月表岩石频繁的撞击导致金属元素分布不均衡,使金属元素在月球高原地带普遍含量低于月海,同时也形成了现在我们看到的遍布月表的环形山。     

“地球空间双星探测计划”及其与全球环境变化的关系

本文论述了“地球空间双星探测计划”(简称双星计划)及其与全球环境变化的关系。地球空间双星探测计划包括两颗小卫星,分别运行于目前国际上地球空间探测卫星尚未覆盖的近地赤道区和近地极区。双星计划的主要科学目标是用高分辨率的仪器在近地空间的主要活动区探测场和粒子的时空变化;研究磁层空间暴(磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴)的触发机制及其对太阳活动和行星际扰动的响应过程;建立地球空间环境的动态模式。为了实现科学目标,赤道区卫星和极区卫星上各载有8台探测仪器。近地赤道区卫星的轨道是:近地点550km左右,远地点60000km左右,倾角约28.5°;近地极区卫星的轨道是:近地点700km,远地点40000km,倾角约90°。为了使双星计划与欧洲空间局ClusterII卫星相配合,赤道区卫星计划于2003年6月发射,极区卫星计划于2003年12月发射。双星计划与ClusterII卫星相配合,可形成地球空间6点探测计划,这将成为21世纪初国际上重要的地球空间探测计划。本文概要讨论了双星计划与地球系统各圈层的关系,包括与大气圈、生物圈、地球内部各圈层及全球环境变化的关系。     

海洋生态学

海洋作为水圈的主体对陆地乃至全球以巨大影响,海洋不仅对整个地球气候有着调节作用,而且对生物圈的生态平衡也有着重要影响,海洋是维持生命系统不可缺少的条件,它对人类的生存具有极重要的意义。1 海洋生态学的特点与发展 海洋生态学是生态学的一个分支,也是海洋生物学的组成部分;海洋生态学主要研究海洋生物与海洋环境之间的相互关系,它涉及到众多门类的自然科学、社会科学待别是数学与系统科学,是一门多学科交叉的综合性学科。海洋生态学作为一门系统科学历史较短,它在大量定性描述的基础上已发展为定量研究。近20年来海洋生态学有了较快发展,随着海洋探测手段的提高,如海洋卫星和计算机的应用以及深潜技术的发展,海洋生态学的研究领域和范围不断深入和扩大。随着人口的急剧增长和对资源需求不断增多,陆地上的资源和环境     

太阳系生命信息探测

寻找地外生命是人类开展太阳系探测的根本出发点。火星是太阳系中最可能存在生命的天体之一。尽管海盗号开展的生物科学实验没有获得存在生命的确凿证据,但是近二十年的探测利用高分辨成像、光谱、质谱、雷达、中子分析等多方面的探测手段,获得了河流侵蚀地貌、古湖泊河流沉积物、水成矿物、极地冰盖、大气中水蒸气组分等一系列反映火星上有水的证据。这些发现暗示了火星过去或现在存在适宜生命繁衍的环境特征。大气甲烷、火星样品中有机物是下一步火星生命探测的重点。木星和土星的天然卫星,包括木卫二、土卫二和土卫六等在地外生命的研究中引起极大关注。木卫二上的盐水海洋环境被认为可能孕育生命,海洋中可能存在类似地球上的水热地质作用。土卫二南极存在细粒冰晶的喷射,且喷射物含有对于生命非常关键的液态水、氨气和其他碳氢化合物等。碳质球粒陨石存在大量可溶性有机物,其中包括多种构成蛋白质的氨基酸。星尘号和深度撞击任务的探测结果证实彗星所代表原始物质中含有大量的有机化合物,部分类型的氨基酸在碳质陨石和星际尘埃IDP颗粒相同,进一步支持了彗星与地球生命的起源之间存在联系。文中分析了太阳系生命探测中亟须解决的关键问题,包括系统建立地外生物标志化合物、发展适合太阳系探测的有机物分析技术、开展地球极端生命研究。最后呼吁我国在未来火星等天体探测任务中能增加有机物探测的相关载荷,及时介入太阳系生命探测,开拓深空领域。     

撞击过程和内太阳系撞击历史

在太阳系的形成和演化过程中,发生在天体物质间的撞击作用是最重要的地质过程之一.撞击构造是地外天体表面最常见的地貌单元,大部分天体的地貌演化主要受撞击作用控制.撞击过程产生的温度、压力和应变速率比岩石圈内的其他地质过程高多个数量级,形成广泛分布的撞击产物,如气化物、熔融物、冲击变质和变形等.虽然撞击过程转瞬即逝,撞击作用向天体注入能量并改变其内、外结构,对天体的圈层系统产生长远影响.持续撞击在天体表面累积了大量的撞击坑,撞击坑的空间分布反映了受外来撞击的历史.内太阳系在～3. 8 Ga前的撞击频率更高,但是大量撞击盆地是否灾变式的密集形成仍在持续争议;～3. 8 Ga以来的撞击频率趋于稳定,但是缺乏具有明确事件指代性的标定样品.在同一天体上,撞击坑的空间密度指示了相应地质单元的形成时间,因此撞击坑统计常被用于估算地外天体表面地质单元的相对年龄.基于月球软着陆探测任务返回的样品,前人已约束了不同直径的月球撞击坑的形成频率,进而建立了使用撞击坑统计估算月球表面地质单元的绝对模式年龄的方法.另外,内太阳系天体可能经历了相似的撞击历史,因此地-月系统的撞击频率已被缩放至其他类地行星.撞击坑统计是探索太阳系天体的撞击历史、遥估地外天体表面的相对和绝对年龄的主要方法,也是行星地质研究的基本工具.该方法的整体可靠性已得到大量实验的验证.同时,该方法在理论基础和技术细节上还存在大量的不确定性.修正该方法是完善太阳系撞击历史的重要研究内容,也是未来采样返回探测任务的重要科学目标.     

月球数字地质图的编制与研究

中国月球数字地质图的编制是利用嫦娥一号、嫦娥二号月球科学探测数据和其他已有月球地质资料与研究成果,通过对月球岩石成分、地质构造和形成时代等要素的研究,应用Arc GIS平台编制1∶250万月球地质图,并建立数字地质图空间数据库。本文通过对月球典型地区地质图的编制与研究,制定了月球数字地质图的编图方案、流程与图示图例,建立了Geodatabase空间数据库,为有效地对数字地质图进行更新与管理,开展月球地质综合研究、编制全月球地质图及未来开展其他天体的地质编图工作奠定了基础。通过地质图编制与大量月球资料的综合集成研究,对月球形成与构造演化进行了初步的探讨。     

中国陨石学与天体化学研究进展(2011-2020)

过去十年,中国陨石学与天体化学研究迎来了一个迅速发展时期.嫦娥工程与月球采样返回,以及天问一号火星探测等一系列深空探测工程的成功实施,极大地推动了我国陨石学和天体化学的发展;南极格罗夫山陨石库的建设,为学科发展提供了充足样品;高精度同位素分析平台的建设,保障了陨石及地外返回样品的分析研究需要;此外,国内还涌现了一批优秀行星科学与天体化学青年人才.与此同时,通过对各类陨石的研究,在太阳星云起源与演化、火星与月球等类地行星形成与宜居性研究、小行星岩浆作用和含水蚀变及后期撞击历史等方面也取得了重要成果.     

火星轨道器次表层探测雷达的水冰探测

在地球上,水是生命存在的基础之一.大量证据表明火星表面曾经存在液态水,而目前的火星表面环境不支持液态水的长期存在.因此,水可能以不同的状态赋存于火星的次表层.寻找火星次表层的水一直是火星探测的关键科学目标之一.次表层探测雷达,如探地雷达、探冰雷达,是了解地下物质结构的有效方法,近年来在地外天体上得到大量应用.在过去十余年,欧洲的火星快车(Mars Express)上搭载的火星次表层和电离层探测先进雷达(Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding,MARSIS)和美国火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter,MRO)上搭载的浅表层雷达(Shallow Subsurface Radar,SHARAD)已在火星轨道上获取了大量数据,被广泛应用于研究火星的地下结构,尤其是地下水冰探测.我国的天问一号火星探测器也携带了高低频轨道探测雷达和高低频火星车探地雷达,有望在不同的顺轨向、交轨向和距离向分辨率上揭示火星次表层不同深部的结构.本文综述了轨道器次表层探测雷达的探测原理和优势,简要介绍了雷达数据的处理和解译方法,重点总结了 MARSIS和SHARAD近年来对火星水冰探测的最新进展,最后对天问一号环绕器雷达及其水冰探测作简要展望.     

第七届全国天体化学与空间化学学术讨论会纪要

20 0 3年12月2 4～2 8日在海南省海口市召开第七届全国天体化学与空间化学学术讨论会。本次会议是在我国月球探测一期工程正式立项,二、三期工程列入国家中长期科技发展规划,以及我国南极陨石的回收取得突破性进展的背景下召开的。参加会议的正式代表共4 6人,报告2 6个,主要围绕月球探测和南极陨石研究两个主题。会议不仅详细介绍了我国探月第一期工程的主要科学目标,更富有远见地探讨了探月工程的第二、三期的科学目标,包括近距离月貌和地质研究、月球内部结构构造分析、就位成分分析、月 地日空间环境监测,以及月基天文观测和研究。与月球…     

中小型地质灾害由“防滑”治理向“放滑”排险方式转变研究：以广东中山为例

城镇城市化与城市地下空间开发给高精度重力探测技术的发展带来了良好机遇,从重力探测设备、高密度数据采集、精细数据处理和解释应用等方面介绍了高精度重力在城市地下空间探测研究应用取得的成果,包括重力仪精度及在干扰情况下的读数时间、三维坐标获取、地形改正方法、异常数据计算、反演方法及成果解释等,可对城市进行无损探测获取地下地质结构及特殊地质体分布信息,同时满足城市绿色环保勘探的要求,为城市空间探测挖掘重要地质信息提供了一种新的方法技术。     

高精度重力在城市地下空间探测研究中的应用

城镇城市化与城市地下空间开发给高精度重力探测技术的发展带来了良好机遇,从重力探测设备、高密度数据采集、精细数据处理和解释应用等方面介绍了高精度重力在城市地下空间探测研究应用取得的成果,包括重力仪精度及在干扰情况下的读数时间、三维坐标获取、地形改正方法、异常数据计算、反演方法及成果解释等,可对城市进行无损探测获取地下地质结构及特殊地质体分布信息,同时满足城市绿色环保勘探的要求,为城市空间探测挖掘重要地质信息提供了一种新的方法技术。