我国发布首个国家空间科学规划,开启“太阳系考古”
我国发布首个国家空间科学规划,开启“太阳系考古”
——扶摇直上,“考古”九重天
潮声丨执笔 吴越
火星是否存在生命;月球背后是怎样的……
太阳系俨如巨大的“宝藏盲盒”,而人们在最近的60余年里,正在将它慢慢打开——
近日,我国发布首个国家空间科学规划《国家空间科学中长期发展规划(2024—2050年)》(下称规划),规划提出未来25年,我国空间探测将从月球、火星,再飞向更远的木星、金星,乃至太阳系边际。
中国空间站建成我国首个太空实验室;嫦娥六号从月球背面带回了1935.3克的月壤样品;“天问一号”开启我国火星探测的序幕,“天问二号”也将于2025年飞向小行星取样……这些,只是我国“太阳系考古”的启幕。
作为我国空间科学规划的一项重要任务,“太阳系考古”要去哪里?怎么干?还有哪些未解之谜有待破解?
“考古”首站瞄准月球
“太阳系考古”第一站,便是距离地球最近的卫星——月球。在这颗充满浪漫色彩和无限遐想的天体上,我国空间探测成果举世瞩目。比如今年,中国探月工程“嫦娥六号”任务完成人类史上首次月背采样,引发国际社会轰动。
10月15日,“嫦娥六号”从月球背面采样带回的月壤在第75届国际宇航大会上首次面向全球展出。目前,中国载人月球探测工程登月阶段任务已全面启动实施——
“嫦娥七号”将于2026年前后发射,对月球南极的环境和资源进行勘测;“嫦娥八号”将于2028年前后发射,验证月球资源就地利用,为月球科研站建设奠定基础;2030年前实现中国人首次登陆月球,2035年前后,我国要建设月球科研站的基本型。
有了清晰的探月时间表以及密集探月进展,月球的神秘面纱,正在“考古”中一层层揭开。
根据国务院新闻办公室前不久举行的新闻发布会消息,科学家对“嫦娥六号”采样月壤的初步的物理、化学成分和结构的探测已经完成,月球早期演化和月球背面火山活动被揭示。通过“嫦娥五号”月球样品研究进一步研究,科学家们发现,在1.2亿年前月球还是有火山活动。
参与早期规划讨论的中国航天局探月与航天工程中心科学顾问、中国地质大学(武汉)地球科学学院教授肖龙,是名资深“太阳系考古专家”。目前,肖龙正在研究月球热演化历史,解答月球是否还会火山喷发等问题,以及月球受到的撞击历史追溯太阳系演化历程。
肖龙正在“考古”的主题丰富。比如,地月系统的模式是否可以用到其他天体;月球岩浆洋过程是否也曾在火星、金星和水星等发生……在他的研究里,月球有待深入“考古”,“把月球搞明白了,可以解答很多‘太阳系考古’问题”。
科学家们普遍认为,38亿年前,月球受到非常剧烈的天体撞击,形成众多撞击坑和环形山。这与太阳系形成过程相关。而月球是距离地球最近的行星,探测相对容易。它的演化也与地球、太阳系密切相关。从这种意义上,对月球的研究可以为认识早期地球提供非常重要的参考依据。
飞向深空寻找“下一个地球”
资料显示,“太阳系考古”一词曾出现在太阳系边际探测中。如今,意味着我国空间探测从月球、火星,接着向外拓展到100倍日地距离的太阳系边际。
专家们分析,“太阳系考古”周期预计将横跨千年,本质仍是对太阳系的探索。其主要有两个重要科学目标:一方面,追溯太阳系演化历史,比如原始星云盘如何演化成如今的太阳系;另一方面,根据“考古”日地关系、位置、质量等,在太阳系近邻恒星的周边寻找“第二个地球”。
参与规划研讨的“太阳系考古专家”、中国科学院紫金山天文台“行星科学与深空探测实验室”主任、首席研究员季江徽,长期从事系外行星探测以及地外生命探寻等科研项目。他在“太阳系考古”中主要承担“寻找近邻宜居行星”相关工作。
“在30多光年外的100个类太阳型恒星周边寻找‘第二个地球’过程中,如果发现曾经有过的生命迹象,将是突破性发现。”季江徽向记者介绍,这像是给近邻恒星系统的行星进行全面“人口普查”。
为此,中国科学院紫金山天文台通过系列重大科学问题牵引,联合国内相关单位制定了空间科学系外宜居行星探测的路线图。根据规划进度,我国计划在2028年前后,将1.2米口径高精度天体测量“巡天望远镜”——近邻宜居系外行星探测卫星发射到日地拉格朗日L2点轨道——一个距离地球150万公里的优良天文观测点——知名的美国“詹姆斯·韦伯”望远镜、欧洲盖亚望远镜,均在此运转。
一旦通过“巡天望远镜”发现类似地球的宜居行星后,科研工作者们会对其“考古”,研究行星大气层是否含有氧气、水,并探寻生命迹象。“这类研究为人类移民外星球寻找方向。”为此,季江徽及其团队已经进行了长达十余年的研究。
太阳系外第一颗行星,在1995年由两位瑞士天文学家发现,两人于2019年获诺贝尔奖物理学。在最近30年里,人类已经发现了超过6000多颗系外行星。不过遗憾的是,类太阳型恒星周围宜居带的“地球”至今没有被发现。
这无疑成了“太阳系考古”的难题之一。对天文学家来说,寻找地外生命时间非常紧迫,任务也极其重要。
“近邻系外宜居行星的探测与表征是未来系外行星研究的前沿方向。依托近邻宜居系外行星探测任务,我们正在对标太阳与地球关系、轨道、质量等参数,将来可在近邻类太阳型恒星的宜居带中寻找‘第二个地球’。”季江徽向记者介绍,“太阳系考古”中积累的技术、经验,也将推动他们探寻地外生命。一旦有所成果,将会诺奖级别。
宇宙之谜我们慢慢去揭开
我国开展“太阳系考古”消息官宣后,冲上热搜,网友们深感震撼。
“这是新闻,还是科幻小说?”
“是不是有生之年可以见到外星人了?”
……
确实,这激动人心的消息意味着太阳系的千古之谜,有望在接下来的“考古”中被揭开。
比如太阳系,和地球最相似的行星是火星。尽管火星表面寒冷、干旱,大气层轻薄,依旧有很多科学家认为它是颗曾经温暖潮湿,适合生命形成的星球。对此,不少天文研究者思考:火星是否可以为地球衰老路径、速度提供参考?
类似的宇宙之谜还有很多。例如,太阳系边际到底在哪;太阳系会有第九大行星吗;木卫二真的有海洋吗……就拿太阳系边际界定来说,科学界有不同说法,空间物理学家普遍认为,地球80到100个日地距离的地方,可以将其视为太阳系边际。
但是距离太阳越远的星球,环境也更为糟糕——缺少阳光,地表阴暗、极寒。由此可见,“太阳系考古”并非易事。
季江徽认为,“太阳系考古”要根据不同类型行星特征针对性展开,比如火星在太阳系演化中承担不同角色,记录了不同时期演化过程,“通过把这些代表性天体搞明白了,太阳系的历史也就清晰了”。
记者还了解到,尽管太阳系约已发现100万颗小行星,但是目前有照片的只有约20颗,其中一张“战神”小行星图塔蒂斯的光学图像是由“嫦娥二号”拍下的。可以预见的是,“太阳系考古”专家需要突破的困难还有很多。
接下来,我国对“太阳系考古”将有条不紊地迈开步伐。根据计划,2025年5月,“天问二号”将对近地小行星采样,研究小行星演化和太阳系早期历史;2030年前后,“天问三号”“天问四号”将分别完成火星采样返回,探测木星及其卫星……
“一步步往外飞,预计到2050年,我国的空间探测器会穿越整个太阳系。”肖龙向记者介绍,现在是技术积累、人才培养阶段,将来在能源新动力支持下,我国探测器会飞往海王星、冥王星,以及更加遥远的太阳系边际。
专家们认为,在今后的“太阳系考古”中发现“第九大行星”并非没有可能;或许“第二个地球”也将被发现……
“考古”顺利推进还需航天科技支撑。按照美国“旅行者一号”探测器飞行速度,从地球飞往太阳系边际需要四五十年。那么,如此久远的路途,又该如何续航?
关于探测器的能源动力问题,也是前期规划研讨的焦点话题。“‘太阳系考古’倒逼空间核动力技术的研发。”季江徽向记者表示,科学目标与空间探测技术,两者相辅相成、相互促进。有了新技术赋能,未来人类也会迈向更广阔的“星辰大海”,乃至飞出太阳系,实现星际航行、太空移民。
浩瀚太空,探索也将永无止步。“太阳系考古”便是我国空间探索,迈向深空的坚实一步。