相輔相成：深空探測與行星科學

人們心系答案，開展深空探測，以精細尖端的技術構筑龐大浩繁的工程，將人類的感知拓展延伸到太陽系的行星、衛星、矮行星、小行星、彗星等天體。那些極具熱情又富有想象力的科學家，研究這些感知結果，將其融入我們的知識體系，革新我們的觀念，升級我們的答案，再指明未來探測方向。從而形成了一個專門的學問，叫作“行星科學”。

行星科學何時誕生？盡管伽利略有時被稱為“行星科學之父”，但是人們通常認為現代行星科學建立于?20?世紀?60?年代末—70?年代初。如果要精確到年，應當是?1969?年。這一年，雖然距離伽利略仰望星空已有?360?年之遙，距離蘇聯首次撞月也過去了?10?年，但是?3?個標志性的事件真正為行星科學奠定了基礎。①地球板塊構造理論的建立。板塊構造是人類理解行星地球整體行為的一座思想高峰，它勾畫了一個多圈層時空耦合的行星，物質和能量在各圈層和圈層間不斷循環。我們生存的家園并非祥和寧靜，而是一直在進行滄海桑田的變遷。②美國天文學會宣布成立行星科學部。新的行星科學部秉持開放包容的理念，降低會員費和入會條件，號召天文學、地球科學等所有相關領域研究人員共同加入，也包括了一些后來在深空探測中數建奇功的業余愛好者。③“阿波羅?11?號”成功實現首次載人登月。“阿波羅登月計劃”共分?6?次將?12?名宇航員送上月球，采回?382?千克月壤，在月表進行了大量科學實驗，奠定了行星科學研究的基礎。并且載人登月還造成了極大的公眾影響力，對行星科學人才培養和經費保障都形成了極為有利的局面。

行星科學因何誕生？1958?年，美國宇航局決定對太陽系進行深空探測之后，第一項工作是尋找科學家，但是“looked around for … people to do the science and found no＆shy；body（到處找人卻發現無人可找）”；于是，美國宇航局不得不“cajole … and provide enormous incentives for people to… work on planetary science（引誘……和巨額激勵那些愿意做行星科學研究的人）”。這項策略無疑取得了很好的效果，許多年輕的科學家和研究生都加入到這個隊伍中來，成長為美國第一批行星科學家。1960?年，美國第一個行星科學研究機構——月球與行星科學實驗室在美國亞利桑那大學成立，該實驗室至今仍是世界行星科學研究機構中的佼佼者。1972?年，依托該實驗室又成立了第一個行星科學系，標志著行星科學人才教育培養體系的開端。其辦學模式為：一線科學家上講臺，研究生進入實驗室科研，教學和研究圍繞正在進行的探測任務展開。該系為數十個深空探測任務提供了科學支撐，也保證了高質量的科學成果產出，可以說是當代大學發展中“科教融合”的一個極為成功的案例。

行星科學與深空探測是什么關系？從美國相關科學發展的歷史角度看，二者關系雖然密不可分，但仍然可以從?3?個層面來觀察。①深空探測催生了行星科學。行星科學根植于天文學和地球科學兩大學科。天文學視角相對宏觀，通過研究行星來理解太陽系乃至宇宙的起源和整體演化，典型問題如太陽系內外行星宜居帶、行星軌道遷移等；而地球科學更注重行星本身細節，通過研究行星來理解地球與行星的起源和整體演化，典型問題如行星多圈層耦合、行星宜居環境起源與演化等。深空探測的科學目標并不局限于任何學科，所采用的技術手段也多種多樣，以天文學和地球科學為主的眾多學科交匯融通，催生了行星科學，即行星科學脫胎于傳統學科體系。②行星科學牽引了深空探測。行星科學的研究目標決定了探測方式，引領探測技術發展。我們熟知的例子正是“阿波羅登月計劃”。參與該計劃的約有?2?000?多家企業、200?多所大學和?80?多個科研機構，總人數超過?30?萬。該計劃促進了許多領域的技術進步，催生了液體燃料火箭、微波雷達、無線電制導、合成材料、計算機、無線通信等一大批高科技工業群體。后來通過該計劃取得的技術進步成果轉向民用（4?000?余項高科技專利、技術被轉為民用），帶動了美國整個科技的發展與工業繁榮。③行星科學與深空探測相輔相成。沒有深空探測，行星研究就只能停留在望遠鏡觀測，即使歷經?360?年也無法形成獨立學科。沒有行星科學，深空探測就只能停留在美蘇爭霸階段，美蘇兩個深空探測大國興衰的分水嶺正是在于行星科學的建立與發展。行星科學在深空探測任務的目標規劃、實施保障、成果產出?3?個方面都起到關鍵作用，而深空探測又是行星科學信息來源的基礎，決定了行星科學的發展速度和水平。