行星科学是天文学分支学科，主要研究行星及其卫星、矮行星、小行星、彗星、流星群等太阳系小天体性质、构造、运动过程及其起源和演化，同时搜寻太阳系外行星系统并研究其特征。

根据行星物质性态，通常将其分成大行星（类地行星和类木行星）、小行星、彗星和流星体。在太阳系内，类地行星为水星、金星、地球和火星；类木行星为木星和土星；天王星和海王星由于温度低，其内部可能存在冰态幔，其他与类木行星物理性态相近，有时称它们为冰体行星；小行星的物理化学性态、组成成分与它们形成时和当前所处的位置有关；彗星是含有太阳系形成时期物质且没有经过太多物理和化学演化的冰态小天体。

太阳系外行星的发现，直接证实了行星在宇宙中是普遍存在的，它们是宇宙形成与演化的重要一环。地球是太阳系行星之一，也是人类居住的家园。对行星的科学探测与研究，不仅可以全面了解宇宙的形成和演化，同时也可以通过比较行星学研究方法深入了解地球的过去、现在和未来。因此，它不仅是重要的天文学问题，而且也与人类的生存基础密切相关。

发展现状

行星科学涉及行星物理学、行星化学、行星地质学和行星生物学等分支学科。国际天文学联合会专门为行星科学设立了行星系统与生物天文科学部（Division F：planetary systems and bioastronomy），2012 年10 月有注册会员1735 名，下设6 个科学专业委员会（commission）和3 个工作组（workinggroup）。

西方发达国家均设有专门的行星科学研究所，同时许多大学也设有行星科学系。国际著名的行星科学研究机构是美国的行星科学研究所（PSI，Arizona），月球和行星研究所（LPI，Houston），地球物理与行星科学研究所（IGPP，UCLA），地球、大气与行星科学系（EAPS，MIT），地质与行星科学部（GPS，Caltech），加拿大不列颠哥伦比亚大学由多个系联合组成的行星科学研究所（IPS，Vancouver），澳大利亚国立大学由天文与天体物理和地球科学两个学院联合组成的行星科学研究所（PSI，Canberra）等。

深空探测相对容易获得的测量资料是行星的外部磁场和大气参数以及与行星引力场直接相关的探测器轨道参数等，因为这些资料的获得大多数情况下不需要探测器着落到行星表面。如何利用已有的有关行星磁场、大气和引力场等参数资料去研究诸如行星内部物质物理状态、磁场的维持与变化、大气成分及动力学过程以及星际磁场与太阳风的相互作用等行星科学问题是目前国际行星物理界的热点。另外，计算机和实验手段的快速发展，也为行星物理的研究提供了新的有效研究手段和方法，人们可以利用并行计算技术对上述问题进行大规模数值模拟研究，也可以在实验室中利用导电流体对行星内部动力学与磁场问题进行实验研究。

与行星科学相关的空间探测计划开始于20 世纪50 年代末，迄今已经对太阳系内各类天体均进行过空间环绕或着落探测，获得了众多科学新发现。

通过“火星环球勘测者号”（MGS，NASA）的测量资料，获得了火星地质地貌图，建立了高精度重力场模型，推测出火星可能存在一个液体的核。“火星环球勘测者号”还发现，目前火星没有全球性的固有磁场，但存在分布广泛的岩石剩磁，由此推测早期火星曾有过与地磁场强度相当的全球性磁场。“好奇号”（NASA）探测器2012 年8 月6 日成功在火星表面着落，使人们对火星土壤成分和地形地貌特征等方面有了更全面和科学的认识，特别是在火星表层水冰含量的探测方面有望取得新突破。在它成功着陆后两星期，NASA 就宣布2016 年将发射另一个登陆器InSight，配备地震仪、热流量记录仪和大地测量设备，有望为人类第一次以可靠的证据揭示火星的深内部结构。“伽利略号”（NASA）发现了小行星Ida 的卫星Dactyl，首次发现了木卫一（Io）和木卫三（Ganymede）有内在磁场；根据其观测资料推断出木卫二（Europa）可能存在一个大约10km 厚的内部海洋；特别是在其坠落木星大气过程中测量到了57 分钟0～22bar①的大气速度变化值，极大地提升了人们对木星大气的了解程度。“旅行者1 号”（NASA）首次发现木卫一上的火山活动。“卡西尼-惠更斯号”（NASA&ESA）探测器发现了土卫二上间歇泉喷发出的物质中含有液态水的证据，发现了土星的4 颗新卫星和大气赤道带环流速度在明显变慢。2011 年8 月6 日“朱诺”（NASA）号木星探测器顺利升空，已于2016年8 月4 日抵达木星，之后它将从木星的北极进入木星射线带，细致观测木星深层大气、重力场、磁场以及磁球层，并寻找氧气的存在。欧洲空间局也已计划于2022 年发射JUICE 卫星，对木星及其卫星系统开展3.5 年的观测，以研究木星系统的形成和演化以及内部可能的冰海洋。2013 年11 月18 日，美国国家航空航天局的“火星大气和挥发演化”（MAVEN）探测器已成功发射升空，已于2014 年9 月22 日到达火星，对火星大气的现状和演变历史开展全面的探测研究，以探索火星大气层变得稀薄之谜。

未来一段时间内，由于人类社会发展的需求，使得月球、火星、小行星和木星将是国际深空探测的主要对象。

太阳系外行星的不断发现和太阳系内行星深空探测计划的相继实施，为行星科学的研究带来了新的动力和提出了新的问题；同时太阳系小天体对地球的侵害也时有发生，对行星科学的研究也提出了现实的要求。行星科学研究已成为当今国际天文学乃至空间科学等重要热点领域之一。行星科学主要由行星物理学、行星化学、行星地质学和行星生物学组成，它的数据资料来源主要依赖于深空探测器的探测结果。

优先发展领域和重要研究方向

根据国际行星科学与深空探测的发展趋势，坚持“有所为、有所不为”的发展原则，结合我国目前行星科学研究的实际状况，建议未来5～10 年，优先开展行星内部结构、行星内部动力学、行星表面物理、行星磁场物理和行星陨石化学等领域的研究；加强行星科学计算机模拟研究。对应的相关重要研究方向如下：

（1）行星内部结构。行星内部分层结构与液核的存在性，行星内部热结构，高精度行星重力场确定及其时变性。

（2）行星内部动力学。行星内部流体与磁流体动力学，行星内部热演化，行星大气动力学，自然卫星内部动力学，潮汐作用与行星系统能量耗散。

（3）行星表面物理。小行星反照率和反射光谱特性，小行星热物理，小行星表面物质特性统计比较研究，行星表面陨击坑和多环盆地的形成，彗星物质喷发性态，行星表面地形，小行星物理参数反演方法和形状重建。

（4）行星磁场物理。行星际空间等离子体与太阳风相互作用基本理论，行星磁层空间结果与变化，类地行星大气参数的测定与模型建立，类地行星大气水输运过程及其消失。

（5）行星陨石化学。太阳系早期短寿期放射性核素搜寻，太阳系原始星云环境和行星内部熔融与分异机制，原始球粒陨石中的恒星尘埃的同位素组成，无球粒分异陨石和铁陨石中的微量元素和同位素组成，碳质球粒陨石中有机物的种类和含量。

本文摘编自中国科学院著“中国学科发展战略”丛书《基本天文学》（北京：科学出版社，2016.11）第六章，内容有删节调整。

ISBN 978-7-03-050670-2

责任编辑：朱萍萍

　“中国学科发展战略”丛书是中国科学院组织数百位院士专家联合研究的系列成果，涉及自然科学各学科领域，是目前规模大的学科发展战略研究项目。

《中国学科发展战略·基本天文学》从以下7个方面介绍了基本天文学及其应用的发展战略框架、发展举措与建议：战略地位、发展规律与发展态势、发展现状，发展目标与建议、优先发展领域与重要研究方向、国际合作、保障措施。书中不仅对国内外基本天文学及其应用的发展现状和态势进行了详细的评述，更对未来十年我国基本天文学及其应用的发展战略和措施提出了一些重要、有意义的思考和建议。

《中国学科发展战略：基本天文学》可供天体测量学、天体力学、时间频率、相对论基本天文学、历书天文学、行星内部结构与动力学、天文地球动力学、深空探测与导航、人造天体动力学与空间环境监测、大地测量、地球动力学等专业的科技人员及高等院校有关专业的师生参考。

（本期责编：王芳）

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