太阳系天体的火山作用及其比较行星学意义

火山活动是太阳系内所有行星和多数卫星共同经历过的地质作用。类地行星及它们的卫星表面普遍分布着多种火山和火山岩。其中金星、火星和月球与地球上的早期(始太古代)火山活动有许多相似性。现在,火星与月球上的火山活动早已停止,而金星和地球上仍有火山活动。类木行星的卫星上主要活动的是"冰火山",它们之中有些还有十分强烈的活火山活动(如爱莪和海卫一)。对太阳系天体火山作用的对比研究能够提供认识太阳系和行星演化、天体深部和浅部地质作用过程、矿产资源形成以及生命的起源和演化等重要信息,是比较行星学的重要组成部分。

琼北地区第四纪熔岩隧道群研究:形态学及其比较行星学意义

熔岩隧道是全球第四纪玄武质火山区常见的火山活动产物,主要发育在绳状和块状熔岩分布区,是地表玄武质岩浆输送系统的重要组成部分。我国分布大量的第四纪玄武质火山岩,前人针对其熔岩地貌、岩浆成因及演化过程开展了大量的研究,但对其中的熔岩隧道却关注较少。而熔岩隧道的研究对于理解熔岩流的运移过程及地表熔岩构造地貌的演化均具有重要意义,尤为有意义的是,近年来在月球和火星上的玄武质熔岩区发现了大量的疑似熔岩隧道的熔岩地貌,这些巨大的管状地下空间是人类未来在地外岩石星球上建立稳定庇护基地的优选对象,因此开展地球熔岩隧道的比较行星学研究可以为地外熔岩隧道的探索工作提供重要线索。为此,本文通过对琼北地区的熔岩隧道群开展详细的形态学和比较行星学研究,为进一步探索月球和火星熔岩隧道特征和规模大小提供形态学信息。

太阳系探测的进展与比较行星学的主要科学问题

回顾了太阳系的探测历程,综合分析了太阳系探测的发展趋势。未来的太阳系探测将以月球与火星探测为主线,适度开展太阳系其他行星及其卫星、小行星和彗星的考察性探测。21世纪将是全面探测太阳系并为人类社会长期可持续发展服务的新时代。随着太阳系探测的进展,通过系统比较地球与类地行星的大气层与水体的形成演化过程、地形地貌与地质构造特征、岩石类型、热历史与内部结构等方面的共性与特性研究,表明行星的质量大小和行星与太阳的距离的相互耦合,制约了行星的形成和演化的复杂过程。比较行星学已成为指导太阳系探测的科学理论体系。

一个新兴的学科——比较行星学

随着人类进入空间时代的到来,一门新兴的天文学分支学科也随之诞生,这就是比较行星学。 该学科的基本原理是:用比较的方法研究太阳系不同天体的物理化学环境,从而获得关于太阳系起源和演化的信息。其研究重点是将其他行星或大卫星与地球作比较,探求地球上种种过程(地质、气象等)的本质,深入了解地球的过去及现在所处的演化阶段,预测地球未来的发展前景。

比较行星地质学的研究方法、现状和展望

比较行星地质学是人类认识自然和人类本身形成与演化的前缘学科,是实现太阳系探测三大科学目标的主要手段。比较行星地质学研究主要回答3个问题:行星的现状是什么样的?行星的过去是什么样的?行星的过去、现在与太阳系其他行星的可比性如何?行星地质学的研究内容与研究地球地质相似,即撞击作用、火山(岩浆)作用、构造作用和夷平作用等,这些是塑造行星地貌最主要的地质作用,其中撞击构造是其他行星更为常见的地质作用。行星地质学的研究方法是利用遥感获得的各种影像、光波和电磁波等数据,以及在行星表面直接勘察获得的数据和取回的样品,对行星表面和地表以下的成分、结构和形成与演化过程进行研究。我国积极参与深空探测将获得第一手行星地质数据,国际深空探测计划的持续实施和数据的广泛共享为中国科学家积极参与行星地质学和比较行星学的研究提供了广阔空间,同时也为研究和认识地球提供新的和更全面的视野。

比较行星学研究进展--第三届地球系统科学大会比较行星学分会场综述

比较行星学是一门由天文学和地球科学交叉形成的学科。比较行星学以地球作为参照物,研究行星及其卫星的大气物理、化学和动力性质、表面特征、内部化学组分和构造、磁场性质、气候环境以及生命存在可能性。虽然比较行星学在我国还没有形成独立和完善的学科体系,但参加比较行星学分会场的人数远超预期,说明人们对这一新兴学科有强烈兴趣。提交的论文大致可分为3个部分:太阳系行星、太阳系外行星和月球探测。来自海内外的学者展示了他们最新的研究成果。

冥古宙地球的冷却、分异和构造体制及其比较行星学研究

冥古宙是地球历史的最初阶段,虽然仅持续不到6亿年,但在此期间发生巨大的物质运移和重新分布,地球的地核、地幔、地壳和大气层等主要圈层框架已基本形成,为地球后续漫长的物质和能量演变奠定了基础.由于关键地质记录缺失、研究手段匮乏等原因,当前地球科学界针对冥古宙地球演化的研究仍十分有限,使其成为地球科学最为薄弱的一环.鉴于冥古宙地球存在地质记录匮乏这一“痛点”,以及太阳系类地天体(泛指类地行星、矮行星、卫星和小行星等岩石质天体)在原始物质组成、内部结构、热演化和构造体制演变等方面的相似性,借助比较行星学手段,从太阳系内各类地天体(现今或早期)保存完好的地质记录研究类地天体演化的一般规律,以此弥补早期地球演化认识的空白.这是一种重要且可行的研究手段,也是突破现有地学理论框架(如板块构造理论)、开辟新的地学研究格局的重要契机.本文对早期地球的热演化、内部分异和构造体制等关键领域的研究进展及其存在的问题进行了梳理,同时探讨了未来可能的突破点.

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。

一场难得的地球系统科学盛会

自本期起，本刊开办《博文荟萃》栏目，不定期刊发反映高速信息化时代科学教育界动态的博客博文，欢迎广大会员、读者来稿。博客文字往往具有短小精干，生动活泼，观点鲜明，题材多样，夹叙夹议，风格不拘等特点，一扫官样文章的习气，很受广大读者喜爱。本期首发葛肖虹教授的博文，他以参加一次学术会议的亲身体会，抒发并倡导一一种新会风。

中国有能力实施太阳系探测——专访探月工程首任首席科学家欧阳自远院士

欧阳自远,中国科学院院士、发展中国家科学院院士、国际宇航科学院院士,著名天体化学与地球化学家,中国月球探测工程首任首席科学家。他长期从事地外物质、月球科学、比较行星学和天体化学研究,是我国天体化学领域的开拓者。月球探测工程立项后,欧阳自远院士积极参与并指导中国月球探测的近期目标与长远规划的制订,具体设计国内首次月球探测的科学目标与载荷配置,以及探月二期、三期的方案与科学目标,为探月工程的成功实施做出了贡献。在中国航天事业创建60周年之际,《中国航天》杂志对欧阳自远院士进行了专访。

我国南极陨石研究的新进展

近年来,因在南极发现了大量的陨石样品,我国天体化学和陨石学研究得到了快速发展,并取得了一系列可喜的成果,如:①在南极已收集了近万块南极陨石样品,使我国已成为南极陨石拥有大国;②大量的陨石发现和研究成果表明格罗夫山地区为我国发现的新的陨石富集区,填补了我国在南极陨石领域的空白;③发现了许多我国奇缺的陨石类型,如火星陨石、CR型碳质球粒陨石等;④开展了较深入的CAI研究等。这些都将为我国天体化学和比较行星学的发展展示广阔的前景。提出了一些南极陨石研究工作中存在的问题和今后的工作方向。

比较行星空间物理

空间物理学日趋成熟,既丰富了人类对地球和行星空间的认识,也引申出更具挑战性的问题。一些涉及行星演化问题的解决倚赖与其他学科的交叉探索,要求研究者从行星地球的视角出发,把地球视为一个从地核到磁层的多圈层耦合系统。作为系统外层环节的空间环境,其中的问题可通过比较行星研究的思路找到突破口。基于学科交叉的比较行星空间物理研究将是未来空间物理学的一个重要发展方向。阐述比较行星空间物理研究的思路和必要性,梳理研究现状,并展望研究前景。

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。

前板块构造与大陆起源研究进展及关键科学问题

本文总结了现阶段前板块构造与大陆起源研究的三大重要进展:(1)提出了地幔柱构造、重力凹沉构造和热管构造的前板块构造模式;(2)揭示了非板块构造与板块构造的标志;(3)发现了地球早期层圈演化地质记录.但是,现有的前板块构造并不能完美解释太古宙大陆的起源,板块构造在解释大陆起源与演化方面也遇到重大挑战.此外,阐述了我国开展前板块构造与大陆起源研究的必要性、研究优势及风险,并凝练了目前前板块构造与大陆起源研究的关键科学问题:(1)地球是先有陆还是先有板块构造;(2)海陆的形成是否同步;(3)冥古宙陆壳和英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(tonalite-trondhjemite-granodiorite,TTG)的起源.基于学科发展,提出动力学热模拟和比较行星学在前板块构造与大陆起源研究中的重要性.在此基础上,认为未来5~10年前板块构造与大陆起源的研究重点领域为:(1)大陆的起源及其对早期地球环境和生命的影响;(2)前板块构造样式及其形成机制;(3)太古宙的构造热体制及热演化;(4)前板块构造与类地行星演化.

主编按语

古人对夜晚天空中出现繁多的星星和月亮,曾有过无数遐想,但由于只能够远眺而无法到达,留下多少遗憾和文学佳作。随着科学与技术的不断发展,人类离开地球,去外行星探索,已经成为现实。并且,类似古老的地球科学发展历程,形成了一门新的自然科学学科:行星科学,但两者的紧密联系毋容置疑。尤其,行星科学研究取得的大量新发现和新认识,使得越来越多的地球科学工作者意识到,要了解地球的起源和各圈层的演化历史,需要多学科的交叉和融合,比较行星学研究是其中不可或缺和不可替代的重要内容之一。

火星近期存在地下水活动的证据

中国科学院地质与地球物理研究所比较行星学学科组博士后胡森与合作导师林杨挺研究员等人借助该所的纳米离子探针,对在南极格罗夫山发现的火星陨石GRV 020090中的岩浆包裹体和磷灰石的水含量及H同位素组成进行分析。

期待高层次人才为基层治理带来改变

最近,一则博士竞聘社区岗位的新闻上了热搜。据报道,这名专业为行星地质与比较行星学的博士报名的是武汉市东湖高新区社区干事。消息甫出,便引来热议。绝大多数网友认为,博士应聘社区干事是“大材小用”“浪费人才”,甚至有人感叹“现在就业竞争压力太大,没有最卷只有更卷”。显然,这种议论并不客观。

火星表面含水矿物探测进展

火星表面含水矿物类型识别和空间分布特征研究对圈定火星表面生命活动有利区域和探索可能存在的火星生命形式具有重要科学意义。本文总结了20世纪90年代以来火星表面含水矿物的探测进展,从火星轨道器光谱仪遥感探测、着陆器和巡视器就位探测两方面介绍了矿物探测使用的数据源,重点阐述了目前火星表面已经探测到的各类含水硅酸盐矿物、硫酸盐矿物、碳酸盐矿物、氯盐及高氯酸盐矿物等含水矿物的光谱特征、矿物具体类别及分布特征,分析了火星表面含水矿物定量反演的主要方法与地质意义。最后从比较行星学角度倡议开展地球和火星含水矿物形成环境和形成过程的类比研究。