編者按：星空浩瀚無比，探索永無止境。中國科學家正以創新為楫，向星海而行，努力拓展人類認知邊界。在近期舉行的香山科學會議兩場專題學術討論會上，專家學者圍繞空間科學前沿、冰巨星探測等科學問題展開深入研討。星際旅行現實嗎?尋找系外宜居行星有哪些難題?探測海王星面臨什么挑戰?……本版特別擷取會議精華，呈現我國空間科學研究動態，以饗讀者。

“人類的祖先曾經是生活在樹上的猿猴，但有一些不安分的猿猴想看看地面上的生活是什么樣的，于是它們來到地面，慢慢學會了行走，創造了工具，演變成人。而留在樹上的猴子還是猴子。”在日前舉行的香山科學會議第775次學術討論會上，中國科學院院士、中國科學院國家空間科學中心主任王赤說，“同樣，人類要發展，終須奔向太空。”

人類奔向太空，要解決哪些科學問題?

在香山科學會議上，王赤說，我國空間科學研究將聚焦“極端宇宙”“時空漣漪”“日地全景”“宜居行星”“太空格物”五大科學主題。

中國科學院院士、中國空間技術研究院研究員楊孟飛介紹，圍繞五大科學主題，我國梳理了月球探測、太陽探測、太陽系內(不含月球)探測、太陽系外探測、空間科學實驗5個方向重點任務，歸納形成了航天器總體、能源、動力、測控通信、導航制導與控制、熱技術、制造與建造、載荷、生命保障以及空間人工智能十方面前沿技術問題。

會上，專家圍繞“空間科學前沿科學問題”主題展開交流探討。

探索太空資源開發

“在我國探月工程四期后續任務中，嫦娥七號將在極區探冰，嫦娥八號將開展月球資源原位利用技術驗證。這些任務意義重大。”中國空間技術研究院錢學森空間技術實驗室研究員姚偉認為，太空探索的重點已經由探測逐步轉向開發利用階段。

地外天體資源開發利用不僅能為可持續太空探索提供支撐，使人類具備脫離地球的生存能力，而且有望催生太空新經濟，為解決資源匱乏、環境污染等全球性問題提供思路和方法，為地球可持續發展注入動力。航天大國、國際組織、科學界紛紛提出開發利用地外天體資源的計劃和設想。美國發布阿爾忒彌斯計劃，擬在月球上演示生產水、燃料和其他供應品，以及建造設施的能力;歐洲提出太空資源戰略，將以原位資源利用實現月面長期生存為愿景實施相關計劃;我國科學家提出“月球園區”“天工開物”等計劃，規劃了一系列月球資源利用和小天體資源開發等任務。

按計劃，我國將以建成月球園區并實現長期運行為目標，分“勘”“建”“用”三步，實現月球表面大規模、長周期、高效益資源開發利用及科學研究。姚偉認為，這需要建設科研、生活、產業開發、基礎配套等設施，對規模化資源開發利用提出了很高要求。首要目標是構建一個綜合開發補給站，在月面實現太陽能、水冰、星壤等資源的原位綜合利用，獲取水、氧、燃料，以及提升設施構建能力。

其中，水冰資源開發需要解決的突出問題，是如何在冷黑、真空、低氣壓、低重力條件下實現規模化開采和提取。科研人員提出了光熱鉆取開采技術，這種技術能實現貫通物質流與能量流的一體化開采。在當前研究基礎上，科研人員已研制樣機并開展驗證工作，不過仍面臨一系列科學問題和技術難題。

同時，我國科研人員圍繞地外氧氣與燃料原位制備、地外原位建造與制造、地外星壤儲能發電等領域，聚焦空間資源有序釋放和催化合成物理化學機制等重大科技問題，開展地外物質遷移與富集機制、無人自主開采與處理、化學合成與轉化、顆粒流變機制與操控等基礎理論與前沿技術研究。

應對星際旅行挑戰

中國載人月球探測任務登月服和載人月球車名稱日前公布，登月服名為“望宇”，載人月球車名為“探索”。此前，新一代載人飛船已被命名為“夢舟”，月面著陸器被命名為“攬月”。這些浪漫的名字，意味著中國人踏足月球的夢想正逐步走向現實。

不過，未來人類要實現跨星際旅行乃至地外駐留生存，在航天醫學和生命科學領域還存在多重挑戰。

中國航天員科研訓練中心研究員李瑩輝說，我國載人航天工程取得的成果已經說明，空間探索對生命的影響無處不在，只要生命進入太空，從分子、細胞到整體，都會受到影響。如果說人類已經比較熟悉近地軌道環境，那么來到火星，其變重力、強輻射、極端溫度等多個因素耦合在一起會產生什么影響，人類還不知道。

李瑩輝說，環境條件也具有不可實證性。載人航天活動實施前，各國都會先通過模型開展驗證，但對于星際旅行這樣的漫長過程，無法用實證模型逐一驗證。此外，個體適應特征的不確定性，以及健康防護的個體針對調控性，都是未來生命科學研究面臨的難題。

“太空環境因素給人帶來的影響包括生理和心理影響，核心科學問題是生命的彈性張力與邊界在哪。”李瑩輝認為，要解決上述前瞻性問題，需要構建新技術驅動的跨尺度生命信息表征集，繪制星際探索中全周期動態響應知識圖譜。“從微觀到宏觀，全景揭示生命適應空間探索的動態過程及深層機制，提升人類的環境適應和探索能力，是生命科學的一大課題。”她說。

此外，如同科幻電影中的“休眠”情節，機體低能耗低代謝模式在抗炎、強體、延壽中具有積極作用，這已成為生命科學新熱點。“熊即使冬眠半年，也不會發生肌肉萎縮，可以在蘇醒幾小時內就一躍而起奔跑覓食。”李瑩輝說，通過研究哺乳動物冬眠特征，有利于探索在長時間內顯著降低生物體能量需求的新途徑。

尋找人類“第二家園”

探索太陽系天體和系外行星的宜居性，不僅能幫助人類在宇宙中尋找“第二家園”，還有助于解答“地球生命從何而來”“人類在宇宙中是否孤獨”等謎題。

中國航天科技創新研究院研究員霍卓璽介紹，系外宜居行星探索涉及天文、地球科學、生命科學以及復雜物理系統等領域的基礎性、交叉性科學問題。未來10—15年，系外行星探測及其宜居性研究將以實測為主線，一方面是基于現有能力，通過天地協同、多譜段協同、人工智能等手段，進一步增加觀測樣本容量及其要素間關聯;另一方面是建設下一代裝置，提升觀測性能，獲得直接來自系外宜居行星大氣的光譜觀測數據。

多年來，國際上已經實施或提出了多項研究計劃。我國于2017年提出“覓音”計劃(又稱宜居行星搜尋空間計劃)，將分階段建設可擴展的空間大型天文臺，跨越式提升探測能力，實現“溯源、探微、覓知音”等科學目標。目前該項計劃已完成預先研究，將開展在軌技術試驗。

不過，系外宜居行星探測仍面臨難題。霍卓璽認為，關鍵是要解決行星宜居環境要素界定與生命信號識別問題，包括揭示行星宜居環境特征及其變化規律、確定行星宜居性及地外生命痕跡的關鍵要素、開展地外生命信號的篩選識別研究、探索可能的生命痕跡等。研究既要向極宏觀拓展，也要向極微觀深入。

這給光譜探測技術帶來一系列挑戰。霍卓璽說，為了“看得清”，要求探測空間分辨率達到0.01角秒，相當于能從1000公里外分辨出一個人的雙眼，這需要將現有觀測能力提升30倍;為了“看得準”，要求能分辨亮度相差7個數量級的兩個目標，例如探照燈與螢火蟲;為了“看得遠”，需具備檢測微弱信號的能力，所要求的靈敏度比目前最強的韋布空間望遠鏡還要高50%;為了“看得多”，譜段就要寬，需要拓展觀測譜段至中紅外。

霍卓璽建議，在對系外宜居行星進行實測的同時，開展宜居行星輻射模型、行星光譜探測方法、高對比度探測技術、目標特征反演方法等方面的研究工作。通過建立宜居行星多物理耦合模型，支撐建立直接光譜成像探測數據與網絡化復雜系統模型之間的映射關系，探索面向海量復雜光譜數據的大氣成分與生命標記識別方法、發展行星多圈層耦合反演分析方法等，突破基于光譜探測數據的目標特征反演方法，分析行星宜居要素及其關聯。

“通過這些研究，如果能產生一系列模型、方法等理論成果及新型光譜探測技術工程樣機，結合航天工程開展在軌科學技術試驗，將對實施系外宜居行星探測等空間科學前沿重大任務、推動下一代空間天文臺工程起到關鍵作用。”霍卓璽說。