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行星科学

季江徽等

十年来,我国天文学家在行星地球动力学、太阳系小天体观测和研究、系外行星系统研究、天体化学研究等方面取得了重要进展。在 Nature 期刊发表1篇文章,在 Nature Astronomy 发表3篇文章,在 Nature Communications 发表1篇文章,在 PNAS 发表3篇文章,在高水平学术期刊( ApJ 系列杂志、 A&A MNRAS )上发表约300篇文章,研究成果5次入选年度中国十大天文科技进展。

在行星地球动力学方面:首次发现了地球自转参数之日长变化中存在显著的约8.6年周期的振幅增强信号,揭示该振荡的极值时刻与地磁场快速变化的发生存在密切的对应关系;融合JUNO与Cassini高精度重力场测量数据,建立了木星和土星的自洽内部结构模型与大气环流深部构造;提出木星稀释核结构的形成机制;通过局部谱分析方法,揭示了火星北半球岩石圈的强磁化区域埋藏深度较浅,而南半球岩石圈的强磁化区域埋藏深度深得多;系统性地分析了类地行星自转轴进动和热不稳定性共同驱动的液核流体动力学现象,发现局部化热对流条件。

在太阳系小天体观测和研究等方面:近地天体搜寻发现、物理性质与监测预警等方面取得系列成果,新发现27个近地小行星,包括5个对地球构成潜在威胁的小行星,建立小天体光变数据库,揭示主带族群热物理特性;精确确定图塔蒂斯小行星轨道,使“嫦娥二号”实现千米级飞越探测,基于“嫦娥二号”探测数据,揭示图塔蒂斯的物理特性、自转特性、内部结构与形成机理及表面地质特征与演化历史,分别入选2012年度和2013年度中国十大天文科技进展;利用三维彗核形状演化模型分析柯伊伯带小天体Arrokoth扁平结构的形成机制,提出了物质挥发导致太阳系小天体形状形成和演化的机制,揭示柯伊伯带原始星子的形成机理;获得了中红外月球的形貌特征及随月相变化规律,揭示了其物理本质,利用卫星开展了月食研究,揭示月食光度变化特征并发现了多个热点地区;原位月球太空风化研究揭示风化导致光谱斜率减小成因,发现波长小于2.3μm存在热辐射,揭示微尺度月球热辐射特性。

在系外行星系统研究方面:融合LAMOST和Kepler数据揭示系外行星偏心率分布特征并约束行星形成,入选2016年度中国十大天文科技进展;基于LAMOST光谱数据和系外行星与其宿主恒星的刻画,发现新的热海星族群,入选2018年度中国十大天文科技进展;利用南极的CSTAR和AST-3望远镜发现上百颗系外行星候选体,入选2019年度中国十大天文科技进展;系统研究系外行星形成演化和动力学,基于行星生长、行星盘和气态巨行星等揭示了近共振构型成因的新机制,发现大气逃逸导致行星尺寸在两个地球半径附近呈现分布低谷,定量刻画HL Tau原行星盘的精细结构特征,获得江苏省科学技术二等奖;基于ALMA观测和数值模拟研究揭示原行星盘中尘埃环结构成因、旋涡结构证据和旋涡产生的旋臂结构的特征;基于大样本热木星的光谱测光的透射谱观测,在其大气中发现以碱金属原子压力致宽线翼为表征的晴空特征,首次探测到锂的疑似信号,揭示钠原子、钾原子、水分子、氧化钛分子等大气组分;采用高分辨率多普勒光谱细致刻画经典热木星大气,提供不同类型行星的高层大气加热机制的观测依据。

在天体化学研究方面:利用首批申请到的两块“嫦娥五号”样品开展矿物岩石学研究,发现一种相对罕见的月海高钛玄武岩,为深入了解月球晚期岩浆活动和内部月幔源区物质地球化学特性提供精确的证据;在月球陨石中发现迄今为止太阳系中最大的氯同位素分馏;研究了火星陨石的岩矿学、微量元素地球化学和年代学特征,揭示火星表面发生的玄武岩岩浆喷发事件和复杂的冲击变质历史;研究了多种小行星(如灶神星)陨石的热变质和冲击变质历史,揭示小行星母体分异时间和机制;开展了玻璃陨石等高精度钾同位素分析,探究了中等挥发性元素钾在太阳系内的亏损和分馏机制。

我国天文学家积极开展了国际交流与合作:与美国加州大学圣克鲁兹分校开展了系外行星动力学研究;与德国马普太阳系研究所开展了彗发三维辐射转移模型研究等。参加近地天体国际联测,代表中国参与联合国框架下的IAWN国际组织。参与国际合作计划或观测设备对系外行星开展研究,如通过KMTNe(微引力透镜),GAIA(天体测量),SPIRou(视向速度),LCOGT(凌星)搜寻和观测行星,GTC探究行星大气,ALMA描绘原行星盘特征,SDSS刻画宿主恒星等。近十年,通过人才培养和引进,形成了一支结构合理的研究队伍,有6名学者入选国家级人才计划。我国天文学家正规划以系外宜居行星探测为核心科学目标的空间项目,如“近邻宜居行星巡天”计划,“地球2.0”计划与“紫瞳”计划等。 fygu9eS7YRQRLWAOy6nZpWZWudn4CRR8IbWzbXaSx8aqDiQo0wR/8c3JXwtLxjDf

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