从深空探测大国迈向行星科学强国

相辅相成：深空探测与行星科学

人们心系答案，开展深空探测，以精细尖端的技术构筑庞大浩繁的工程，将人类的感知拓展延伸到太阳系的行星、卫星、矮行星、小行星、彗星等天体。那些极具热情又富有想象力的科学家，研究这些感知结果，将其融入我们的知识体系，革新我们的观念，升级我们的答案，再指明未来探测方向。从而形成了一个专门的学问，叫作“行星科学”。

行星科学何时诞生？尽管伽利略有时被称为“行星科学之父”，但是人们通常认为现代行星科学建立于 20 世纪 60 年代末—70 年代初。如果要精确到年，应当是 1969 年。这一年，虽然距离伽利略仰望星空已有 360 年之遥，距离苏联首次撞月也过去了 10 年，但是 3 个标志性的事件真正为行星科学奠定了基础。①地球板块构造理论的建立。板块构造是人类理解行星地球整体行为的一座思想高峰，它勾画了一个多圈层时空耦合的行星，物质和能量在各圈层和圈层间不断循环。我们生存的家园并非祥和宁静，而是一直在进行沧海桑田的变迁。②美国天文学会宣布成立行星科学部。新的行星科学部秉持开放包容的理念，降低会员费和入会条件，号召天文学、地球科学等所有相关领域研究人员共同加入，也包括了一些后来在深空探测中数建奇功的业余爱好者。③“阿波罗 11 号”成功实现首次载人登月。“阿波罗登月计划”共分 6 次将 12 名宇航员送上月球，采回 382 千克月壤，在月表进行了大量科学实验，奠定了行星科学研究的基础。并且载人登月还造成了极大的公众影响力，对行星科学人才培养和经费保障都形成了极为有利的局面。

行星科学因何诞生？1958 年，美国宇航局决定对太阳系进行深空探测之后，第一项工作是寻找科学家，但是“looked around for … people to do the science and found no＆shy；body（到处找人却发现无人可找）”；于是，美国宇航局不得不“cajole … and provide enormous incentives for people to… work on planetary science（引诱……和巨额激励那些愿意做行星科学研究的人）”。这项策略无疑取得了很好的效果，许多年轻的科学家和研究生都加入到这个队伍中来，成长为美国第一批行星科学家。1960 年，美国第一个行星科学研究机构——月球与行星科学实验室在美国亚利桑那大学成立，该实验室至今仍是世界行星科学研究机构中的佼佼者。1972 年，依托该实验室又成立了第一个行星科学系，标志着行星科学人才教育培养体系的开端。其办学模式为：一线科学家上讲台，研究生进入实验室科研，教学和研究围绕正在进行的探测任务展开。该系为数十个深空探测任务提供了科学支撑，也保证了高质量的科学成果产出，可以说是当代大学发展中“科教融合”的一个极为成功的案例。

行星科学与深空探测是什么关系？从美国相关科学发展的历史角度看，二者关系虽然密不可分，但仍然可以从 3 个层面来观察。①深空探测催生了行星科学。行星科学根植于天文学和地球科学两大学科。天文学视角相对宏观，通过研究行星来理解太阳系乃至宇宙的起源和整体演化，典型问题如太阳系内外行星宜居带、行星轨道迁移等；而地球科学更注重行星本身细节，通过研究行星来理解地球与行星的起源和整体演化，典型问题如行星多圈层耦合、行星宜居环境起源与演化等。深空探测的科学目标并不局限于任何学科，所采用的技术手段也多种多样，以天文学和地球科学为主的众多学科交汇融通，催生了行星科学，即行星科学脱胎于传统学科体系。②行星科学牵引了深空探测。行星科学的研究目标决定了探测方式，引领探测技术发展。我们熟知的例子正是“阿波罗登月计划”。参与该计划的约有 2 000 多家企业、200 多所大学和 80 多个科研机构，总人数超过 30 万。该计划促进了许多领域的技术进步，催生了液体燃料火箭、微波雷达、无线电制导、合成材料、计算机、无线通信等一大批高科技工业群体。后来通过该计划取得的技术进步成果转向民用（4 000 余项高科技专利、技术被转为民用），带动了美国整个科技的发展与工业繁荣。③行星科学与深空探测相辅相成。没有深空探测，行星研究就只能停留在望远镜观测，即使历经 360 年也无法形成独立学科。没有行星科学，深空探测就只能停留在美苏争霸阶段，美苏两个深空探测大国兴衰的分水岭正是在于行星科学的建立与发展。行星科学在深空探测任务的目标规划、实施保障、成果产出 3 个方面都起到关键作用，而深空探测又是行星科学信息来源的基础，决定了行星科学的发展速度和水平。