封面说明

正研究行星地球系统的形成和演化是地球科学的核心使命.国家自然科学基金委员会地球科学部在2020年制定"十四五"和中长期发展战略规划的关键年,围绕"地球宜居性"主题,以国家深地、深海和深空探测计划为支撑,以地球系统科学理念为指导,全面加强地球科学发展战略顶层设计,积极贯彻科学基金改革要求.     

国际火星探测科学目标演变与未来展望

火星探测是当前太阳系探测和行星科学的焦点.经过近60年的发展,火星成为除地球外,探测和研究程度最高的太阳系行星体,派生出火星空间环境、火星大气、火星表层/次表层物质组成、形貌构造、撞击历史、冰川和冰冻层、气候变化、火星内部结构等多个研究领域.火星陨石研究和实验室模拟研究(实验模拟、数值模拟等)也得以快速发展.火星的重大科学发现包含早期和现代的水活动证据、地质环境多样性、现代地质过程监测、甲烷和有机物的发现、大气组成和演化、当前和近期气候变化、重力场和表面辐射环境等.重大科学成果的取得得益于科学目标规划的指引,也影响着未来科学目标的制订.通过梳理美国火星探测项目分析组(Mars Exploration Program Analysis Group, MEPAG)近20年火星探测科学目标(生命、气候、地质、载人)的演变,展现出国际火星探测思路及未来探测重点.未来10年的火星探测将进一步认知火星内部结构、开启火星生命探测的新阶段和开展火星和火星卫星样品返回.中国开展的火星探测任务也将为国际火星科学发展做出贡献.当前火星仍有诸多重大科学问题未有解答,这些问题与太阳系的重大科学问题紧密融合,突显出火星探测在太阳系形成演化以及太阳系行星宜居性的形成演化研究中不可替代的重要地位.     

生命是否只存在于地球?

虽然长期的努力尚未发现地球之外存在生命,但越来越多的证据表明,地球不可能是宇宙中唯一孕育生命的星球.在太阳系中,火星仍是发现地外生命最有希望的天体.火星探测和火星陨石研究都证明,它在早期历史上有过一个湿润的环境,其表面曾经有过河流、湖泊、甚至海洋,完全可以孕育和支撑生命活动.直至现在,火星的次表层等局部区域仍有地下水的活动.木卫二和其他外行星的卫星很可能存在冰下海洋,也是未来探测地外生命的重要目标.开普勒太空望远镜发现了大量的系外行星,其中一部分落在宜居带,并具有岩石表面,验证了宜居行星在宇宙中存在的普遍性.原始的球粒陨石、碳质小行星、彗星、星际尘埃等存在有大量复杂的有机分子,为构建生命体提供了关键的物质基础,是联系无机-有机-生命演化链条的重要环节.生命起源与地外生命的存在与否,不仅是最基本的自然科学问题,也是深空探测的重大科学目标.     

宜居环境与地外生命

到2005年人们发现了150颗左右的行星,但不知道任何宜居系外行星的存在,对太阳系其他地方是否适宜地球生命也不太清楚,因此在Science创刊125周年专辑中重点强调了利用射电波段"聆听"地外智能生命所发出的信号.从更广义的角度来讲,人们关心地外生命是否存在;而这正与Science 125个科学问题中的第56个问题"太阳系的其他星球上现在和过去是否存在生命"相符合.在这篇解读中主要围绕以下4个方面讨论:(1)非碳基生命;(2)太阳系天体的宜居性;(3)太阳系外天体的宜居性;(4)发现宜居环境和地外生物的展望.     

太阳系外行星系统的形成及未来探测计划

太阳系外行星的探测与研究是目前国际上的前沿热门领域。近年来,随着一些关键探测技术的突破,以及空间望远镜的使用,相继发现了900多颗太阳系外行星。这些太阳系外行星系统的发现,对现有的行星形成和演化模型提出了新的挑战。首先介绍了两种目前比较公认的行星形成机制,并提出了系外行星探测的一些热点问题,指出未来太阳系外行星系统的探测计划重要目标之一是发现宜居行星。最后,简单介绍了将要实施或正在实施的一些国际国内太阳系外行星的探测计划。     

火星辐射远超登陆要求

<正>火星是太阳系八大行星之一,是地球的"近邻"。从20世纪开始,人类对火星的探索就从未停止。"火星人"一说曾风靡一时,它暗示着人类坚信地外生命的存在。火星是距离地球最近、与地球最相似、最容易探测和研究的行星,通过研究火星大气的演化过程,有助于正确认识和把握地球环境的变化趋势,对人类保护地球环境、从而在宇宙中永久生存具有现实而深远的意义。     

搜寻太阳系之外的行星

太阳系是由其中心天体——太阳和绕它公转的地球等行星体组成的天体系统.在太阳系之外,是否还有类似的天体系统?是否还有地球这样适于生命存在乃至高度文明的行星呢?这是我们人类很早就思考和力求探索的问题.然而,直接探测太阳系之外的行星是极其困难的.直到近几十年来,由于现代科学技术的发展和大量的搜寻,才在近几年间接地发现了九颗恒星有行星绕转.     

智慧生命需要巨大的行星

根据一位美国行星学家的研究,如果太阳系不是含有木星和土星,智慧生命可能就不会在地球上产生,如果没有这两颗太阳系最大的行星,太阳系将充满致命的彗星,它们经常地撞击地球,阻碍地球上高级生命形式的发展。木星和土星的质量分别为地球质量的318倍和95倍。在太阳系形成的过程中,这两大行星的强大引力担负了将上万亿颗彗星弹入星际空间的任务。华盛顿卡内基研究院的乔治·韦瑟里尔多年来一直用一台计算机模拟如何在围绕着新生恒星旋转的残骸圆盘上形成行星。他模拟的太     

行星形成

在过去几年,由于深空探测特别是几个彗星任务的科学结果、以及理论模拟的突破,使我们对行星形成的过程有新的想法.其中包括微星体和行星胚胎的产生可能部分以小圆石块积生而成,而"星尘号"和"罗塞塔"彗星计划告诉我们一方面太阳星云的固态尘埃粒子曾经大规模的混合,另一方面挥发性冰晶物质含有很大量的星际物质成分.彗星67P含有丰度仅次于水分子中的氧分子亦是一个完全未预期到的结果.再加上系外行星的发现和第9行星的搜寻,太阳系来源的研究将进入一个新境界.     

地球深部异常或为45亿年前月球形成大碰撞的遗迹

<正>月球是地球唯一的天然卫星,也是人类走向深空的第一站.月球的起源一直是地球和行星科学的重大科学问题.目前广为接受的月球起源理论为40多年前提出的“大碰撞”假说.该理论认为在太阳系形成早期,曾有一颗火星大小的行星胚胎(被称为“忒伊亚”)高速(约10 km/s)撞击了原始地球,溅射出了大量碎片,而月球便从碎片盘中聚合生长而成^[1,2].     

本期专题简介

正千百年来,人们一直有这样一个疑问:我们是茫茫宇宙中仅有的智慧生物吗?要回答这个问题,当然首先要知道在宇宙中除了我们的地球之外,还有没有其他像地球一样适合生物存在(即宜居)的星球。近年来,随着各种探测太阳系外行星的望远镜的升空以及探测技术的进步,对外星行星的探索进入了一个蓬勃发展的阶段。本刊特组织了"太阳系外行星探测"专题,分别对寻找太阳系外宜居行星的方法、行星系统形成、研究现状以及未来探测计划进行了介绍。     

类地行星的地质和物理比较与地球有限膨胀演化

全球构造动力问题的探索, 是地球科学的前缘性研究领域, 需要更多学者的讨论与关注. "从比较行星学角度看 '地球有限膨胀演化模型'" 一文(以下简称《比较》), 从行星(仅仅是类地行星, 且不应包括月球)地质与行星物理两个方面, 对文献[1](以下简称《模型》)得出的主要结论, 提出了不同看法. 本文据此就地球有限膨胀演化的有关问题进行讨论. (1)《比较》以 "比较行星学" 的 "证据" 对《模型》得出的结论提出了疑问. 那么, 该文提出疑问所使用的依据是否可靠呢?在人们能够直接探测与资料可信程度远远高于太阳系其他类地行星的地球上, 即使有千…     

中国首次火星之旅

正火星,这颗赤色星球,古往今来都充盈着迷人色彩。它是太阳系中距离地球较近、自然环境与地球最为类似的行星之一,一直以来都是人类深空探测的热点。从1961年至今,人类已实施火星探测活动达44次,但成功和部分成功的任务一共仅有22次。火星距离地球的最远距离为4亿千米,最近距离为5 500万千米。由于地球和火星的公转周期不同,两个行星大约每两年"相遇"一次,即地球与火星之间的距离较近。在"相遇"期间,从地球上发射火星探测器可以缩短抵达火星耗时,节省燃料,从而降低"探火"成本。     

月球探测进展与国际月球科研站

月球作为地球唯一的天然卫星,因其独一无二的位置资源、极具特点的环境资源、丰富的物质资源,是人类进行空间探测和开发利用太空的首选目标.地月系是太阳系探测的试验场,月球是迈向更远深空的中转站.月球科学研究对推动空间科学发展具有重要作用.月球资源开发利用对人类的可持续发展具有重要意义.近年来,我国月球探测取得了举世瞩目的成就,在完成"绕落回"三步走后,必将以更好地服务于月球科学探测和资源开发利用为目标,增进人类科学认知,拓展人类生存空间,服务人类社会可持续发展.本文梳理和评述了国内外月球探测发展现状与发展趋势,归纳了未来月球探测所涉及的主要任务、前沿科学问题和关键技术,提出我国月球探测发展建议.月球探测是建设航天强国的重要标志,当前我国正从航天大国迈向航天强国,在月球探测方面应该有大国思维,保持战略定力,继续发挥优势,牵头组织国际月球科研站大科学工程.     

地震,断裂的大地

在今天,当深空探测器已经可以遨游太阳系外层空间时,对于脚下的地球内部我们却依然鞭长莫及.人类正努力用各种方法探索地球内部的秘密.     

揭开木星的奥秘

在太阳系的行星间航行了5年多,访问了地球的几个邻居后,伽利略号宇宙飞船已经到达目的地——木星。有关木星的探测资料不断从宇宙飞船发回地面,人们不仅对太阳系中这颗最大的行星有了更多的认识,同时也有助于了解太阳系诞生的过程。美国太空实验室著名科学家,领导这次伽利略号宇宙飞船探测任务的约翰·劳伦斯指出:飞船的整个过程是一项具有划时代意义的探测任务。发射过程几经波折以前科学家将宇宙飞船送到其它行星所用的方法是在宇宙飞行过程中,适当调整飞船接近某一行星的行进轨道,便可利用该行星的重力场,以弧形     

那些追星逐月的探测器

人类对那片广袤神秘的星空一直充满好奇,几乎每种文化中,都有飞天的神话传说,但人类真正飞出地球、进入太空,却只有半个世纪的历史。除月球之外,人类对其他星球的探索也在不断深入。迄今为止,人类已经向太阳系所有行星(除地球外)发射了探测器。探测器主要通过四种方式探测行星,即飞掠行星拍摄照片、在行星表面硬着陆、绕行星飞行和在行星上软着陆。     

探索火星 人类一直在路上

近代科学发展以来,火星一直是天文等中最具亮点的星球。从火星在太阳系的地理位置来说,它是太阳系从内到外第四颗行星,属于类地行星,直径虽然只有地球的1/2,但是它表面面积相当于地球陆地的表面面积,它的自转一周仅比地球多半个多小时,季节也有春夏秋冬之分。火星独特的空间位置、气候和地质状况决定了它有可能成为科学研究基地和将来人类移民的彼岸。不仅如此,无论是以前的望远镜或光谱研究还是现在的探测卫星研究中,或多或少地都支持这样一个观点:火星     

火星陨石中发现生命新证据

当你仰望星空,是否想过在浩瀚的宇宙中,或许还有其他星球也存在生物?人类未来有一天如果需要离开地球,是否有其他宜居的行星?数百年来,人类从未停止过对地外生命的探索,甚至已经找到了1100多个类似太阳系的行星系统.但是,最有可能、方案最可行的,应该是在火星上首先发现地外生命. 宇宙大进军,火星大探测 火星上有生命吗?如果表面上找不到生命的痕迹,那火星的深处呢?如果现在没有,那过去呢?生命的孕育和进化,需要一定的条件,火星拥有怎样的气候条件? 以美国国家航空航天局(简称NASA)为主导的火星探测,发射了一系列的轨道探测器和火星车,其最重要的目标就是去了解火星过去的气候和环境,这也是探索火星生命的第一步.     

行星:外空间的化学

二十年行星的探险已经大大地增加了对太阳系形成的科学理解;外空间化学奇异的内容使人类感到了它的迷人的魅力.