地球与空间科学

中国的行星探索路线图

中国科学院地质与地球物理研究所研究员魏勇、中国科学院院士万卫星与客座学者尧中华，通过对照国际空间探测发展历史，系统阐述了中国的空间探测发展脉络，介绍了中国行星学界最近几年的迅速发展，相关文章发表于Nature Astronomy。行星探索是我国的重点工作之一。文章重点评述了中国该如何与国际行星学界相结合：中国的火星探测项目可与国际火星探测的科学目标各自发挥其独特的优势；通过国际合作建造以望远镜为主的木卫系统地质活动观测平台，带领中国木星探测迅速获得重大国际影响力，并在未来二十年木星探测潮流中发挥重要作用。

中国过去、现在以及未来数年的探测计划及其探测目标（图片来源于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）

台风“龙王”极端降水成因对台风降水预报和防灾减灾有指导意义

清华大学地球系统科学系林岩銮教授等开展龙王台风涡旋罗斯贝波导致的长时间雨带分析研究，相关论文发表于Bulletin of the American Meteorological Society。该研究利用高分辨率雷达及地面观测数据，结合模式模拟，分析了2005年台风“龙王”在福建登陆时引起的一次长周期台风雨带过程，发现该雨带的动力触发和维持是由涡旋罗斯贝波引起的。这一新发现对提高我国台风降水预报和防灾减灾有很好的借鉴和指导意义。2005年，台风“龙王”在福建登陆时引起沿岸地区难以预料的超强降水过程。其中，在长乐最强降水强度达到每小时152毫米。

水星空间的强驱动磁场重联过程

中科院地质地球所地球与行星物理院重点实验室行星物理学学科组钟俊副研究员与合作者，利用美国“信使”号卫星数据，发现了水星磁尾的重联区及其快速演化过程，研究论文发表于The Astrophysical Journal Letters。观测数据显示，水星磁场重联具有强驱动快速脉冲式特征，不同于地球的分钟量级，水星的重联时间尺度为秒量级，重联效率在准稳态的情况下可以达到0.2，是地球空间观测平均值的2倍。同时，重联伴随有高能电子的爆发性现象产生。该研究为理解水星磁层空间急剧的大尺度动力学过程提供了重要的观测基础，对于探索系外行星空间环境具有重要意义。

图塔蒂斯小行星的形成机制

中国科学院紫金山天文台季江徽课题组与其合作者基于嫦娥二号探测数据对近地小行星图塔蒂斯形成机制的最新研究成果，揭示了在地球潮汐效应作用下可形成该小行星延展型双瓣结构，研究论文发表于Monthly Notices of the Royal Astronomical Society。图塔蒂斯是对地球构成潜在威胁的最大近地天体，在2012年之前每4年会接近一次地球，因此一直以来为国际社会所广为关注。据估计，地球附近存在数百万颗几十米大小但未被发现的近地天体，对人类生存形成长期隐患。该项成果对深入了解近地双小行星的形成与演化具有重要科学意义。

天宫二号空间冷原子钟实现预定科学目标

由中国科学院牵头负责的载人航天工程空间应用系统在天宫二号上开展了14项体现国际科学前沿和高技术发展方向的空间科学与应用任务，其中关于世界首台太空运行的冷原子钟的研究成果发表于Nature Communications。2016年9月25日，天宫二号空间实验室成功发射并顺利进入运行轨道。在轨近两年时间里，冷原子钟运行正常、状态良好、性能稳定，完成了全部既定在轨测试任务，成功验证了在空间环境下高性能冷原子钟的运行机制与特性，同时实现了天稳7.2×10-16的超高精度，将目前人类在太空的时间计量精度提高1～2个数量级，是基于冷原子的空间量子传感器领域发展的一个重要里程碑。

天宫二号空间冷原子钟实现预定科学目标（图片来源于中国科学院）

空间冷原子钟机理和机构示意图（图片来源于Nature Communications）

古元古代现今板块构造的岩石学证据

北京大学地球与空间科学学院许成研究员、张立飞教授和费英伟教授等合作，在我国华北中部造山带的丰镇碳酸岩内识别出极稀少的厘米级榴辉岩捕虏体，相关研究论文发表于Nature Communications。板块构造是地球区别与其他太阳系类地行星的主要特征，不仅影响地幔组成的演化，而且控制着地球的水圈和大气圈。华北克拉通是我国面积最大、形成演化时代最长、变质最强烈的陆块，也是世界上代表性克拉通之一，记录了几乎所有的地球早期发生的重大构造事件。华北中部造山带内古元古代碳酸岩及其榴辉岩捕虏体的发现直接将碳酸岩和“冷”的板片俯冲作用联系起来。

青藏高原东缘—东北缘地壳结构与变形

中国科学院地质与地球物理研究所陈凌研究员等人，基于密集流动地震台阵的远震波形记录，应用P波接收函数(P-RF)方法对青藏高原东缘—东北缘地壳结构与性质展开了研究，相关论文发表于Earth and Planetary Science Letters。青藏高原的隆升和横向扩展机制一直存在较大争议，现今有地壳通道流、块体挤出等不同的端元模型来解释高原的横向扩展。高原东缘和东北缘是高原横向扩展的前缘过渡带，在新生代发生了明显构造变形，该区也是我国大陆地震多发地带，研究其地壳结构与性质对认识高原隆升、北东向扩展以及孕震和发震机制具有重要意义。

LAMOST食双星的物理特性与演化状态

中国科学院云南天文台双星与变星研究团组钱声帮研究员等利用我国郭守敬望远镜（LAMOST）的光谱巡天资料，对两种不同类型的双星（EA和EW型）进行了详细的分析与研究，研究论文发表于The Astrophysical Journal。EA型双星通常是轨道周期较长的分离双星系统，而EW型相接双星是两颗子星靠得很近并拥有一个对流公共包层的强相互作用双星。其物理特性和形成演化一直是天体物理中未解决的难题之一。论文通过比较分析提出，当今宇宙中的相接双星可分为3类，它们具有不同的物理特性和形成机制。相关结果为不同类型双星形成和演化的进一步系统研究奠定了基础。