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。     

试论月球科学与类地行星研究的学科属性

我国月球探测一期工程获国家批准立项和“嫦娥一号”卫星成功发射及运行这一历史性事件标志着我国已继人造地球卫星、载人航天阶段之后,开始进入人类航天活动的第三领域——深空探测。无疑此时探讨人类这一伟大社会实践活动的自然科学意义,特别是深空探测对象的科学内涵具有重要的现实意义。随着相关技术的开发、创新和成熟,工作重点将逐渐转移到深空探测对象本身的科学研究上来,即认识地球之外的行星体以及更深刻地重新审视地球。本文讨论了现阶段深空探测对象——月球及类地行星的基本物质属性,回顾美国和前苏联两国探月计划实施历史的启示,Apollo计划的演变．科学内容的纳入及宇航员地学素养的要求,Apollo登月计划的实施对月球科学本身的促进,以及对20世纪地球科学发展、人才队伍建设和分析技术进步等的重大影响,总结了前苏联探月计划的成败及其教训,并对我国月球探测工程立项历史等方面进行了分析。在此基础上,论述了月球科学及类地行星研究的地球科学属性,并强调指出地球科学家应将月球及整个类地行星研究纳入到地球系统科学的框架之中。     

嫦娥五号返回样品的科学研究前景

深空探测是国家综合国力的集中体现,也是各航天大国科技竞争的制高点。自2007年嫦娥探月工程顺利实施以来,我国已经成为全球第二次探月热潮里的中坚力量。嫦娥五号采样工程的成功,使人类在间隔44年后再一次获得来自月球的珍贵样品,标志着中国探月工程上了更高的台阶。海量探测数据的获取和月球样品的返回,将为月球形成演化等重大科学问题的研究提供新的视角与支撑。放眼未来,我国月球极区探测、载人登月和月球科研站建设已经列入规划,工程探测和科学研究的目标已从“认识月球”逐步向“开发月球”“利用月球”转变。对于月球土壤样品的研究,中国科学院地球化学研究所具有良好的基础,曾对来自Apollo的月壤样晶进行过详细的研究,本次针对嫦娥五号样品,该所承担了月壤特性及其形成演化历史等方面的研究工作。为让广大科技工作者和社会公众了解这一工作进展,本刊特邀地球化学所李阳博士撰文介绍相关情况,后续工作本刊还将进行跟踪报道。     

我国探月地学研究取得可喜进展

为交流国际探月及行星科学研究最新成果资讯,推动我国探月地学研究的深入开展。2009年6月16～18日,国土资源部中国地质调查局在京主办“探月与地学科学国际研讨会”。围绕国际探月科学研究的最新进展及中国月球与行星科学研究动态,中外科学家进行了广泛的交流研讨。科学家的学术报告主要涉及行星探测与行星科学、月球遥感与月球地质、月球地球化学与月岩样品研究、月球地球物理、当前月球探测动态、未来月球与行星探测计划等多方面内容。     

深空探测行星表面原地K-Ar定年:技术与方法

本文基于国际深空探测任务的经验教训,结合我们近期的研究成果,提出了适用于深空探测行星表面原地定年的新方法——激光无稀释剂K-Ar反等时线法,以及实现该方法的LIBS-QMS技术方案.该方案充分发挥了K-Ar法在深空探测特殊条件下的优势,有望成为深空探测、行星演化研究的关键方法,为太阳系演化研究提供关键时间信息.同时,该研究为我国即将展开的月球、火星、水星及小行星落地探测研究等深空探测科学任务提供了可行、可靠的相关载荷技术方案,并为我国月球科学基地提供在站科研仪器.     

月球形成和演化的关键科学问题

我国正开展月球探测和科学研究,其成果将加深认识月球的组成、结构以及形成和演化,同时揭示地球的早期历史。通过对月球研究成果的总结,就月球形成和演化关键科学问题的现状作了较为详细的说明,从而为我国月球探测和科学研究提供有益的启示。主要的关键科学问题包括：地球一月球体系的大撞击成因、月球岩浆洋与月壳形成、39亿年大撞击事件、玄武岩浆喷发与月球内部结构和月球南极艾特肯（Aitken）撞击盆地的形成等。     

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.      

月球科学的过去、现在和未来——参加第39届月球与行星科学大会有感

综述了2008年3月10～14日在美国休斯敦召开的第39届月球与行星科学大会期间交流的与月球科学相关的会议内容,简要回顾了人类探测月球的历史.当前的月球科学研究归纳为6个主题:①月球和其他类地行星的地质演化;②撞击过程的定量化描述和太阳系历史的关系;③月壤的特征、月壤形成的机械过程和演化过程;④采样返回技术和原型机的开发与运用;⑤月球和其他行星体的内生和外来挥发分;⑥月表的大气和尘埃环境对人类登陆的影响.2007～2008年,日本、中国、印度和美国纷纷推出探月计划,将月球探测推向一个新的高潮.深空探测成为各国展示国力和科学技术水平的试验场,也将有力地促进科学技术的发展;独立探测和国际合作相结合已是大势所趋,数据资料共享将成为必然.公众的积极参与将为月球探测注入新的活力,并成为空间探测的基本动力.     

前言

月球是地球惟一的天然卫星,是距离地球最近的天体,是人类开展深空探测的首选目标。20世纪50年代出现航天技术后,月球就成为美国和原苏联进行太空竞赛的舞台。进入20世纪90年代,月球探测迎来新的一轮高潮。除美国和俄罗斯外,有更多的国家加入,包括欧洲一些国家、日本和印度。我国于2007年10月24日成功发射嫦娥一号月球探测卫星,标志着我国已经进入世界具有独立深空探测能力的国家行列。     

前言

月球是地球惟一的天然卫星,是距离地球最近的天体,是人类开展深空探测的首选目标。20世纪50年代出现航天技术后,月球就成为美国和原苏联进行太空竞赛的舞台。进入20世纪90年代,月球探测迎来新的一轮高潮。除美国和俄罗斯外,有更多的国家加入,包括欧洲一些国家、日本和印度。我国于2007年10月24日成功发射嫦娥一号月球探测卫星,标志着我国已经进入世界具有独立深空探测能力的国家行列。     

金刚石的撞击成因与找矿新思考

<正>“深地、深海、深空、深蓝”是代表科技发展前沿和我国战略发展方向的重要领域。其中,“深地”和“深空”是地球和行星科学研究的重点领域,是解决地球科学重大基础理论问题、探索太阳系演化历史等科学问题,以及保障国家能源资源安全、拓展人类生存空间、保障人类社会可持续发展的重要领域(欧阳自远等, 2002; Wilson et al.,2004; 李三忠等, 2010; 郑永春等, 2011; 郑永春和欧阳自远, 2014; 杨经绥等, 2021)。     

特约主编致读者

正欧阳自远(1935—)院士1956年毕业于北京地质学院勘探系,长期从事天体化学与比较行星学研究,是我国天体化学学科的开创者。欧阳自远院士提出了我国月球探测的发展战略和规划,从而牵引出我国"探月工程"的国家立项,担任中国月球探测工程首席科学家。在欧阳自远院士的亲切关怀和直接指导下,在国家自然科学基金、中国科学院地球化学研究所领域前沿课题以及中国地质大学(北京)探月工程科研团队的大力支持下,以月球起源和演化过程的整体性和规律性认识为指导,以我国"嫦娥一号"、"嫦娥二号"、"嫦娥三号"任务科学探测数据和其他已     

月球的撞击历史及其对月表物质的改造

外来天体物质的高速撞击作用贯穿了月球形成和演化的全部历史。撞击作用是塑造月球全球地貌、改造月表物质的物理化学特征、影响月球多圈层演化的重要地质营力。月球上的撞击过程、撞击历史及其对月表物质的改造，一直是月球科学研究的重要内容，也是月球探测的重点研究对象。本文综述了近十年来国、内外在月球的撞击过程、撞击历史和撞击改造浅表层物质研究中的重要进展，重点介绍了基于我国嫦娥探月工程获取的科学数据的相关研究成果，展望了该研究的发展方向，并对未来探测的重要观测目标提出了建议。     

地球-生命耦合系统:生物圈动力学和全球环境控制

“地球工程学(Geotechnologie)”是德国联邦政府教育与研究部(BMBF)和德国科学基金会(DFG)共同策划的未来15年超大型地学研究计划,于2000年3月正式公布并开始招标实施,德国政府准备对该计划的实施投入约5亿马克的研究经费. 在经济和科学技术全球化进程不断加快的21世纪之初,在我国自然科学基础研究已经开始实施“十五”规划,即将开始考虑下一个五年规划的重要时期,了解和掌握世界各国的科学研究动态,对于把握科学前沿问题、跻身世界领先行列、保证我国基础科学研究与世界同步发展及开拓创新性研究领域等方面都具有重要意义.为此,本文将根据DFG提供的资料,对德国未来15年的超大型科学研究计划“地球工程学”的重要研究领域--地球-生命耦合系统(生物圈动力学和全球环境控制)进行全面介绍,目的在于通过信息交流,促进我国地球科学研究的迅速发展并及早抢占前沿性科学研究领域.     

行星地质资源与工程学导论

行星科学是近几十年发展起来的一门多学科交叉的新兴学科,如何利用行星资源、可持续永久开发太空成为行星科学的新兴前沿研究方向。在阿波罗号人类登月50周年之际,世界大国纷纷抢占深空探测的科技制高点,美国宣布重启太空计划,俄罗斯制定了一系列的月球战略,我国也制定了深空科学探测任务规划发展路线图,要达到这些宏伟的深空探测与开发目标,亟待发展行星地质资源与工程学,为太空的可持续永久开发提供基础理论与关键技术支撑。行星地质资源与工程学是行星地质学的分支,运用行星科学的基础理论,利用行星观测、探测及开发技术方法,研究行星地质资源形成演化规律,查明地质资源的类型、特征、储量和分布规律;进行行星地质资源的地质调查、岩石成分、结构与性能、开发地质条件评价与预测,解决行星工程中的各类地质问题,研发行星开发利用地质工程技术,为行星地质资源开发与人类工程活动提供基础理论与关键技术方法。行星地质资源与工程学的研究内容通常包括:行星地质资源探测理论与技术、行星地质资源成因演化与评价、行星地质工程。发展行星地质资源与工程学具有重要意义:从行星科学的视角进行研究,促进学科增长与拓展;开发行星地质资源,打破资源束缚,实现太空永久可持续开发;培养学科人才,提升行星地质资源与工程科技水平,为人类移居行星奠定基础。未来行星地质资源与工程学科应加强行星物理学、行星化学和行星地质学的交叉融合及理论应用,发展行星地质勘探方法与智能机器人工程技术,发展高/低温、高/低压、高辐照、低/微重力环境条件下样品采集、加工、多尺度测试分析理论与方法,培养行星地质资源与工程学科人才。     

月球重力场研究的论述

月球重力场探测是了解月球内部结构构造最有效的手段之一,也是未来登陆点选择的重要依据.在众多方法中,卫星重力探测是进行全月球覆盖以及获得月球深部信息的重要方法.本文叙述了当前月球重力探测历史和重力模型发展过程,并对这些模型进行比较分析.在了解前沿研究方法的基础上讨论了月球重力位场解算的基本原理、高精度月球重力场获得的方法...     

中国未来载人登月月震实验必要性和方案设计

Apollo被动月震台站仅覆盖了月球正面有限的面积,不能对全月球的内部结构进行精细分析,因此在我国未来的载人登月中继续开展月震探测是非常必要的。基于我国现有的空间探测技术条件,并针对未来载人登月的探测任务,设计了两种月震观测网络方案:一是基本方案,可以基本满足对月球内部结构进行探测的要求;二是优化方案,可满足较高分辨率的月球内部结构探测。两种方案中的月震仪网络在月球正面、背面和南北极均有覆盖,可对全月球的内部结构进行探测。最后对月震观测的基本技术参数、设备及布置地点提出了相应的要求。     

月球质量瘤成因及研究方法综述

月球重力探测一直是国际深空探测的重要目标之一。计算月球重力发现,月球表面存在重力异常区域——质量瘤。通过对质量瘤的特征、成因以及研究方法进行概述总结,认为质量瘤是月幔隆升、高密度物质聚集所致,后期的玄武岩充填可能会增加重力异常,但作用微弱。尽管可以利用月震波分析和月球内部三维密度分布反演新技术,但是基于重力数据和地形资料的研究方法更能高效地对月球的重力场及其特征进行详细研究,高精度的重力场模型可以揭示月球深部构造及层圈形态,进而探索早期月球起源、内部物质演化与运动过程等。该研究方法可为月球和其他类地行星的重力研究提供参考。     

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。     

行星地质工程原位测试方法

作为行星地质学与行星工程学的交叉学科,行星地质工程学科直接支撑行星探测、行星科研站与基地建设、行星资源开发与未来人类移居,相关研究已迫在眉睫。与地球相比,行星地质体在物质、结构与环境3个方面存在较大差异,决定着行星地质体工程特性与地球具有很大的差别,开展行星地质工程原位测试是准确获取行星地质体工程特性的最直接方式。文章把月球探测和火星探测任务中地质工程原位测试方法分为5类:触探试验、铲斗试验、钻探试验、地球物理探测和摄影测量,分别分析了各类原位测试方法的原理与科学载荷,对比各种方法中不同测试仪器的差异;利用月球工程特性原位测试结果梳理总结了月壤工程特性,包括粒度分布、密度、孔隙比、抗剪性、压缩性和承载力,分析了月壤和火壤工程特性的变化规律,并指出了与地球土壤物理力学特性的差异;未来应以行星探测任务为载体,结合地面低重力模拟测试平台和物理力学本构理论研究,研制小型轻量、自动智能的工程特性原位测试科学载荷,获取更加准确的行星土壤和岩石的工程特性参数,支撑月球科研站、基地建设和火星取样返回等深空探测任务。