地球與空間科學

中國的行星探索路線圖

中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所研究員魏勇、中國科學院院士萬衛(wèi)星與客座學者堯中華，通過對照國際空間探測發(fā)展歷史，系統(tǒng)闡述了中國的空間探測發(fā)展脈絡(luò)，介紹了中國行星學界最近幾年的迅速發(fā)展，相關(guān)文章發(fā)表于Nature Astronomy。行星探索是我國的重點工作之一。文章重點評述了中國該如何與國際行星學界相結(jié)合：中國的火星探測項目可與國際火星探測的科學目標各自發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢；通過國際合作建造以望遠鏡為主的木衛(wèi)系統(tǒng)地質(zhì)活動觀測平臺，帶領(lǐng)中國木星探測迅速獲得重大國際影響力，并在未來二十年木星探測潮流中發(fā)揮重要作用。

中國過去、現(xiàn)在以及未來數(shù)年的探測計劃及其探測目標（圖片來源于Earth, NASA;Jupiter, NASA/JPL/University of Arizona; Io, NASA/JPL/University of Arizona; Mars,NASA/JPL/Malin Space Science Systems; Asteroid, NASA/JPL;Moon, NASA）

臺風“龍王”極端降水成因?qū)ε_風降水預(yù)報和防災(zāi)減災(zāi)有指導(dǎo)意義

清華大學地球系統(tǒng)科學系林巖鑾教授等開展龍王臺風渦旋羅斯貝波導(dǎo)致的長時間雨帶分析研究，相關(guān)論文發(fā)表于Bulletin of the American Meteorological Society。該研究利用高分辨率雷達及地面觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合模式模擬，分析了2005年臺風“龍王”在福建登陸時引起的一次長周期臺風雨帶過程，發(fā)現(xiàn)該雨帶的動力觸發(fā)和維持是由渦旋羅斯貝波引起的。這一新發(fā)現(xiàn)對提高我國臺風降水預(yù)報和防災(zāi)減災(zāi)有很好的借鑒和指導(dǎo)意義。2005年，臺風“龍王”在福建登陸時引起沿岸地區(qū)難以預(yù)料的超強降水過程。其中，在長樂最強降水強度達到每小時152毫米。

水星空間的強驅(qū)動磁場重聯(lián)過程

中科院地質(zhì)地球所地球與行星物理院重點實驗室行星物理學學科組鐘俊副研究員與合作者，利用美國“信使”號衛(wèi)星數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了水星磁尾的重聯(lián)區(qū)及其快速演化過程，研究論文發(fā)表于The Astrophysical Journal Letters。觀測數(shù)據(jù)顯示，水星磁場重聯(lián)具有強驅(qū)動快速脈沖式特征，不同于地球的分鐘量級，水星的重聯(lián)時間尺度為秒量級，重聯(lián)效率在準穩(wěn)態(tài)的情況下可以達到0.2，是地球空間觀測平均值的2倍。同時，重聯(lián)伴隨有高能電子的爆發(fā)性現(xiàn)象產(chǎn)生。該研究為理解水星磁層空間急劇的大尺度動力學過程提供了重要的觀測基礎(chǔ)，對于探索系外行星空間環(huán)境具有重要意義。

圖塔蒂斯小行星的形成機制

中國科學院紫金山天文臺季江徽課題組與其合作者基于嫦娥二號探測數(shù)據(jù)對近地小行星圖塔蒂斯形成機制的最新研究成果，揭示了在地球潮汐效應(yīng)作用下可形成該小行星延展型雙瓣結(jié)構(gòu)，研究論文發(fā)表于Monthly Notices of the Royal Astronomical Society。圖塔蒂斯是對地球構(gòu)成潛在威脅的最大近地天體，在2012年之前每4年會接近一次地球，因此一直以來為國際社會所廣為關(guān)注。據(jù)估計，地球附近存在數(shù)百萬顆幾十米大小但未被發(fā)現(xiàn)的近地天體，對人類生存形成長期隱患。該項成果對深入了解近地雙小行星的形成與演化具有重要科學意義。

天宮二號空間冷原子鐘實現(xiàn)預(yù)定科學目標

由中國科學院牽頭負責的載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)在天宮二號上開展了14項體現(xiàn)國際科學前沿和高技術(shù)發(fā)展方向的空間科學與應(yīng)用任務(wù)，其中關(guān)于世界首臺太空運行的冷原子鐘的研究成果發(fā)表于Nature Communications。2016年9月25日，天宮二號空間實驗室成功發(fā)射并順利進入運行軌道。在軌近兩年時間里，冷原子鐘運行正常、狀態(tài)良好、性能穩(wěn)定，完成了全部既定在軌測試任務(wù)，成功驗證了在空間環(huán)境下高性能冷原子鐘的運行機制與特性，同時實現(xiàn)了天穩(wěn)7.2×10-16的超高精度，將目前人類在太空的時間計量精度提高1～2個數(shù)量級，是基于冷原子的空間量子傳感器領(lǐng)域發(fā)展的一個重要里程碑。

天宮二號空間冷原子鐘實現(xiàn)預(yù)定科學目標（圖片來源于中國科學院）

空間冷原子鐘機理和機構(gòu)示意圖（圖片來源于Nature Communications）

古元古代現(xiàn)今板塊構(gòu)造的巖石學證據(jù)

北京大學地球與空間科學學院許成研究員、張立飛教授和費英偉教授等合作，在我國華北中部造山帶的豐鎮(zhèn)碳酸巖內(nèi)識別出極稀少的厘米級榴輝巖捕虜體，相關(guān)研究論文發(fā)表于Nature Communications。板塊構(gòu)造是地球區(qū)別與其他太陽系類地行星的主要特征，不僅影響地幔組成的演化，而且控制著地球的水圈和大氣圈。華北克拉通是我國面積最大、形成演化時代最長、變質(zhì)最強烈的陸塊，也是世界上代表性克拉通之一，記錄了幾乎所有的地球早期發(fā)生的重大構(gòu)造事件。華北中部造山帶內(nèi)古元古代碳酸巖及其榴輝巖捕虜體的發(fā)現(xiàn)直接將碳酸巖和“冷”的板片俯沖作用聯(lián)系起來。

青藏高原東緣—東北緣地殼結(jié)構(gòu)與變形

中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所陳凌研究員等人，基于密集流動地震臺陣的遠震波形記錄，應(yīng)用P波接收函數(shù)(P-RF)方法對青藏高原東緣—東北緣地殼結(jié)構(gòu)與性質(zhì)展開了研究，相關(guān)論文發(fā)表于Earth and Planetary Science Letters。青藏高原的隆升和橫向擴展機制一直存在較大爭議，現(xiàn)今有地殼通道流、塊體擠出等不同的端元模型來解釋高原的橫向擴展。高原東緣和東北緣是高原橫向擴展的前緣過渡帶，在新生代發(fā)生了明顯構(gòu)造變形，該區(qū)也是我國大陸地震多發(fā)地帶，研究其地殼結(jié)構(gòu)與性質(zhì)對認識高原隆升、北東向擴展以及孕震和發(fā)震機制具有重要意義。

LAMOST食雙星的物理特性與演化狀態(tài)

中國科學院云南天文臺雙星與變星研究團組錢聲幫研究員等利用我國郭守敬望遠鏡（LAMOST）的光譜巡天資料，對兩種不同類型的雙星（EA和EW型）進行了詳細的分析與研究，研究論文發(fā)表于The Astrophysical Journal。EA型雙星通常是軌道周期較長的分離雙星系統(tǒng)，而EW型相接雙星是兩顆子星靠得很近并擁有一個對流公共包層的強相互作用雙星。其物理特性和形成演化一直是天體物理中未解決的難題之一。論文通過比較分析提出，當今宇宙中的相接雙星可分為3類，它們具有不同的物理特性和形成機制。相關(guān)結(jié)果為不同類型雙星形成和演化的進一步系統(tǒng)研究奠定了基礎(chǔ)。