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.     

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.     

“行星地质与化学”专辑序

正行星科学起源于天文学和地球科学,是伴随人类月球和行星探测工程快速诞生的学科,与全球板块活动理论同时期建立。经过半个多世纪的发展,行星科学已细分为行星地质、行星化学、行星物理、天体生物学等成熟的分支。其中,行星地质学使用多源遥感数据和模拟对比的方法,主要目的是了解天体的地质演化;行星化学起源于传统地球化学和陨石学,主要目的是了解天体物质的起源和演化。行星地质和化学从跨越天体的角度研究地质过程和地球化学的本质,为探索地球的起源和演化,尤其是地球早期演化、生命起源等重大科学问题提供了独特的视角。     

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。     

Frontiers in lunar science based on bibliometric analysisSCIEI北大核心CSCD

月球是人类开展深空探测的首选目标,月球探测是世界各国科技竞争的制高点。开展月球科学前沿研判,对我国实施深空探测战略、规划行星科学研究路径,进而赢得未来竞争优势至关重要。基于Web of Science数据库,本文利用文献计量学方法,对月球科学领域论文产出数量、学科和期刊分布、主要国家和领先机构的竞争力、国际合作等进行了深度分析,并通过聚类分析获得当前研究热点,梳理出五大研究领域和七大前沿问题。过去20年,我国在月球科学研究取得了长足进步,但仍然存在优秀论文少、顶尖学者少、学术期刊少的问题。未来月球科学可能在三个方向上实现突破:月球的水仍将是国际月球探测和研究的重点;月球内部结构探测或是我国弯道超车的机遇;新的月球样品将进一步揭示月球形成和演化的奥秘。本研究结果可以为我国未来月球探测和研究的规划与组织提供参考。     

微波雷达在嫦娥探月工程中的应用

微波穿透雷达对月球的观测方式可以分为地基、星载环绕、星地联合以及就位探测等.对比其他探测手段,微波雷达在探测范围和空间分辨率上有很明显的优势,因此在月球和其他行星探测中起着重要的作用.国内外越来越多的深空探测任务已经或准备携带微波雷达,用于探索地外天体的浅表层地质结构,以了解行星地质过程和演化历史.本文综述了我国嫦娥三号和四号月球车玉兔号和玉兔2 号在就位微波雷达(测月雷达)探测月球浅表层地质结构方面所取得的新进展,重点阐述了测月雷达在揭示月壤内部的精细结构、表层与次表层地质结构探测等方面的应用.最后,展望了我国月球微波雷达的发展趋势.     

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。     

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。     

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。     

Advances in the microbial mineralization of seafloor hydrothermal systems

Research on the biomineralization in modern seafloor hydrothermal systems is conducive to unveiling the mysteries of the early Earth’s history, life evolution, subsurface biosphere and microbes in outer space. The hydrothermal biomineralization has become a focus of geo-biological research in the last decade, since the introduction of the microelectronic technology and molecular biology technology. Microorganisms play a critical role in the formations of oxide/hydroxides (e.g. Fe, Mn, S and Si oxide/hydroxides) and silicates on the seafloor hydrothermal systems globally. Furthermore, the biomineralization of modern chemolithoautotrophic microorganisms is regarded as a nexus between the geosphere and the biosphere, and as an essential complement of bioscience and geology. In this paper, we summarize the research progress of hydrothermal biomineralization, including the biogenic minerals, the microbial biodiversity, and also the interactions between minerals and microorganisms. In the foreseeable future, the research on hydrothermal biomineralization will inspire the development of geosciences and biosciences and thus enrich our knowledge of the Earth’s history, life evolution and even astrobiology.© 2019 China Geology Editorial Office.     

The formation of low-temperature sedimentary pyrite and its relationship with biologically-induced processes

This contribution is an updated review on sedimentary pyrite and on its role in well-consolidated research topics, such as the biogeochemical cycles and the studies on sediment-hosted ore deposit studies, as well as new frontiers of research, such as astrobiology. Textural and compositional information preserved in sedimentary pyrite from sediment-hosted ore deposits has contributed to elucidate their environment of forzmation. In particular, the content of redox-sensitive elements such as Ni, Co, Mo, and V has implications for defining the syn- and post-sedimentary conditions. In addition, the stable isotope compositions are useful indicators of the pathways of both biogenic and abiogenic pyrite formation. Despite the longstanding research on pyrite and the mechanism of its formation, there are still significant gaps in our knowledge. In this nonexhaustive review, we briefly touch on different current aspects of research on sedimentary pyrite, exemplifying how sedimentary pyrite remains relevant to geoscientists, and becomes more and more relevant in understanding some basic aspects of knowledge, such as the origin of life and the search for extraterrestrial life, as well as aspect of classical applied science, such as the implications for ore deposition.     

超声波/声波钻头/取心器装置

目前,对宇宙中生命迹象的探索是世界各国所关注的最重要的目标之一。美国宇航局研制了由超声波或者声波驱动器驱动的一系列超声波/声波钻头/取心器（USDC）,用来进行空间探测并提取岩石、冰与土壤样品,以及进行原位分析。此设备在声波频率下,超声波压电驱动器驱动中间的自由质量块进而冲击钻头来进行采样。目前所制造的超声波钻头/取心器（USDC）装置能够取出岩心和岩屑,在未来的行星探测中,有着非常重要的优点。主要介绍USDC的优点、各装置的结构及其性能特点,以供我国月球探测工程及未来深空探测参考借鉴。     

寻找地外生命的进展与前景

介绍并探讨了人类运用天文学、深空探测及计算机模拟与统计等多种方法和手段在太阳系内的地外天体及太阳系外的类地行星上寻找地外生命的进展,如:美国航空航天局及欧空局的一系列探测器都发现火星土壤略呈碱性可能适宜生命的存在,火星大气正在不断释放可能由火星地质或生物作用产生的甲烷;表面为巨厚的水冰覆盖的木卫二如果内部炽热,则极有可能存在生命;而土卫六则非常类似现代生命起源理论中生命起源时的原始地球。对彗星的撞击探测结果表明,其内部存在着有机物和黏土矿物,可能给早期原始地球带来了有机物甚至生命;对太阳系外的射电天文观测则发现了仅银河系中就有无数的类地行星。不仅如此,"寻找地外智慧生命"计划还试图通过倾听地外智慧生命的通讯信号和主动发射地球人类的通讯信号以和地外智慧生命取得联系。美国航空航天局发射了带有地球位置及生命信息的太阳系外探测器,也做出了类似的努力。从取得的探测结果和重要发现来看,地外可能存在着适宜生命产生及演化的条件,这使我们看到了寻找地外生命的新曙光。但囿于对地外生命形式认识的缺乏和深空探测技术的限制,目前想要找到它们还是个极其艰巨的任务。     

论大地构造学的发展

大地构造学是研究地球物质在时间和空间演化的学问,是构造地质学的一门重要的分支学科,是一门涉及知识面很宽的学问.大地构造学需要朝定型、定向、定时、定位和定量的研究方向前进,需要通过"行万里路,读万卷书",经过长期的知识积淀才可能进行扎实的研究,以便逐渐接近科学的真理.槽台假说是一种过时的认识.板块构造学说起源于海洋地球物理调查,它是一个仍在继续发展中的大地构造学说,强调各个岩石圈板块是以水平运移为主的,但是其动力学机制则至今尚未完全解决,仍在探索之中.     

新一代对地观测系统的发展

对地观测系统(EOS，Earth Observation System)是获取空间对地信息、促进地球系统科学和空间信息科学等学科发展的支柱。长期以来，人们就期望着对自己居住的地球有一个全面深刻的了解，研究这种从几十年到几百年时间尺度的全球变化，依赖于观测系统和观测技术的发展。因此有必要建立一个对地球整体的观测系统，利用空间优势，获取有关地球体系及其各个组成部分的详细数据或信息。 近50年来，世界对地观测技术得到了迅猛的发展。NASA针对全球变化研究对建立长期的数据采集系统的实际需求，于20世纪80年代初开始规划地球观测系统（EOS）计划，并于90年代初实施。它包括一系列卫星、自然科学知识组成和一个数据系统，支持一系列极地轨道和低倾角卫星对地球的陆地表面、生物圈、大气和海洋进行长期观测。地球观测卫星系列是EOS计划的最基本和最重要的环节。EOS卫星系列计划在今后的10年内陆续发射一系列的太阳轨道环境遥感卫星，构成连续15年的数据采集系统，其规模在地球观测卫星发展史上是空前的。在EOS计划的基础上NASA规划了ESE战略计划，将继续发展国际新一代对地观测系统。迄今为止，Terra、Aqua和Arua卫星已经发射成功，引起地球遥感科学界的瞩目，为地球科学研究提供重要的数据资源。     

分子钟假说与化石记录

进化是整个生命科学研究的核心和灵魂 ,而早期的生命演化在生物进化过程中具有重要地位 ,是科学界研究的前沿和热点问题。基于生物的遗传距离所建立的分子进化速率 ,可用于进一步推测不同生物类群在进化历史上的分歧时间。这一间接时间数据可与化石记录所反映的直接数据进行比较。分子钟研究为探究早期生命演化提供了一个新的途径 ,不仅可用来对基于化石记录的传统结论加以验证 ,同时对于化石记录不完整的生物类群起源历史的推测具有特殊意义。然而 ,利用分子钟方法所得出的不同门类起源时间总是早于化石记录 ,因此分子钟与化石记录的矛盾仍十分突出。文中综述了基于化石证据研究后生动物起源、寒武纪生命大爆发及被子植物起源等早期生命演化的研究进展 ,介绍并分析、讨论了分子钟方法及利用分子钟研究早期生命起源时间问题及其与化石记录间的矛盾 ,同时认为古DNA的证据有利于分子钟的校正     

地球系统科学的发展与展望

简要回顾了地球系统科学从20世纪80年代作为人类迎接全球环境问题的挑战而提出的集成研究方法、到逐步成长为一门新兴学科的发展历程，系统阐述了地球系统科学的研究目标、研究对象、研究方法及所关注的科学问题。地球系统科学是一门连接地球科学、生命科学、计算机和对地观测技术以及其它相关科学的一门新兴的交叉学科。由于它所针对的特定的全球性环境问题，关系到社会的可持续发展和人类的切身利益，因此，它也是一门有极强生命力的科学。     

Continental evaporites and the search for evidence of life on Mars

Continental evaporites are deposits that originate from the evaporation of saline waters in the low areas of saline lakes from all continents, except Europe, and mainly consist of chloride, sulphate and potash minerals. In recent years, the discovery on the Martian surface of hydrated salt minerals, including sulphates and chlorides, interpreted as deriving from the desiccation of preexisting large bodies of water, such as lakes, has provided further convincing evidence of liquid water activity on the surface of Mars and, consequently, it has reinforced the plausibility of finding life. Because evaporites require short‐term aqueous processes for their formation, they can trap and preserve over geologic times a biological record made up of halophilic extremophiles—such as microalgae, bacteria, and their remains—that recent research on Earth has shown to be characterized by unexpectedly high biodiversity. This record may consist of varying types of fossils, including morphological fossils, chemofossils and biominerals. As a consequence, continental evaporite environments and their saline deposits are now a primary target for the near future astrobiology missions devoted to the search for fossil Martian life. Lacustrine evaporite deposits and minerals have, therefore, been identified as primary targets for the NASA–ESA joint programme of the Mars sample return, planned for the end of the current decade. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.