每个深空探测任务都需要足够的耐心去等待
4月24日，我国首辆火星车名称揭晓，经层层遴选，最终“祝融号”脱颖而出。
祝融号火星车高1.85米，重240千克左右，设计寿命为3个火星月，其将在火星上开展地表成分、物质类型分布、地质结构以及火星气象环境等探测工作。
而且，现在天问一号已经完成了预选着陆区高清影像数据获取，后续将按计划开展着陆区地形地貌、气象环境分析等工作，为五月中下旬着陆器与祝融号火星车登陆火星做准备。
回顾2020年，虽然新冠疫情席卷全球，但深空探测取得了很大进展，本文回顾了去年行星科学在金星、火星、木星等太阳系探测上的重大成果，并透过各国深空战略和发展路线图展望了2021年全球深空探测任务新动向。人类首个对太阳极区成像的太阳轨道探测器发射升空，并期待与帕克号实现对太阳的协同抵近观测。中国、美国和阿联酋的3个火星探测器发射成功。
拂晓号初步揭开了金星大气超级旋转现象的成因。贝皮·科伦布号水星探测器频繁利用地球、金星的引力辅助飞行，并在距离地球约12.8万千米处快速飞掠时拍摄了地球照片。
在外太阳系，即将退役的朱诺号揭示木星浅闪电之谜；新视野号发现了冥王星地形对其大气循环的控制作用。
在更深远的恒星际，美国与中断音信8个月后的旅行者2号重新取得联系。工作在日地联线L1点的太阳和日球层观测台、太阳风监测卫星等多个空间天气监测任务仍在获取科学数据。
美中阿抓住2020火星探测窗口
火星是继月球后最有希望载人登陆的地外天体，2020年有8个探测器在火星上工作。
美国的毅力号（火星车）已于2021年2月18日在杰泽罗陨石坑（Jezero Crater）着陆。毅力号任务以探寻火星表面过去乃至现在可能的生命信息及综合性的火星地质特性为主目标，开展原位探测和岩石/土壤样本采集返回。
美国此次任务有2项创新技术实验任务。
一是火星车携带的机智号（Ingenuity）微型太阳能旋翼直升机，它通过相机视觉导航，并利用火星稀薄大气获得升力。
机智号已于4月19日成功完成在火星上的首次飞行，这是人造航空器首次在另一颗行星上受控飞行；4月22日成功完成第二次飞行，多方面表现全面提升。
二是火星O2就位资源利用实验室（MOXIE）首次尝试利用火星大气中的CO2做原料制取O2，为未来火星载人探测或驻留、生产火箭燃料等大规模应用提供支撑。
中国的天问一号已于2021年2月10日成功被火星捕获，是迄今国际首个通过一次发射实现火星环绕、着陆、巡视探测的任务。
作为阿联酋乃至阿拉伯世界的第1个火星探测器，希望号（轨道器）已于2021年2月9 日进入火星轨道，将探测火星大气层，建立整个火星年气候的第1张完整图片。
当前各国的火星探测任务基本上都围绕火星生命、气候、地质、载人等4类目标展开，其中载人登火属于工程目标。
2020年7月，NASA以暂行指令（NID）的形式更新了《行星保护指南》，主要对月球和火星的探测任务进行了修订。
火星的行星保护级别被列入4类，即对所有去往火星的探测器和宇航员都需进行最严格的消毒灭菌措施。同时，需要对来自火星的探测器和航天员进行隔离消毒，以免对地球环境造成反向的生物污染。中国天问一号任务对火星的行星保护给予了高度重视，和欧美专家就行星保护的政策、标准、技术和操作展开了深入的探讨。
科学探测发现火星气辉和频繁小火星震
火星大气的研究进展主要来自于火星快车和痕量气体轨道器的探测。
火星快车的高分辨率立体相机（HRSC）拍摄的北极冰盖，展现了冰层、山谷和洼地以及强风和沙尘活动的有趣迹象，风蚀作用刻画了火星北极地形的螺旋状特征。
火星北极冰盖
根据火星痕量气体轨道器的大气化学套件两年来的精准测量数据，水从火星大气逸散的速度比既往的观点快得多。
首次在中红外波段发现了火星大气中O3和CO2的信号，这不仅有助于更准确地确定火星上是否存在与生物或地质活动密切相关的甲烷，更是表明未来可利用红外波段在距火表更低高度上探测 O3分布。
而且，痕量气体轨道器还发现O2正在使火星大气层发出绿色光芒，这是首次在地球之外的行星周围观测到这种太阳光辐射，与地球气辉有一定的相似性。
2011年宇航员从国际空间站观测到的地球大气气辉（印刷版有误，此处已更正）
火星内部结构的新认知来自“洞察号”，它揭示出火星上小地震此起彼伏、大风肆虐，拥有较强的局部地壳磁场和奇特磁场脉动。
金星、木星等深空探测
促进行星科学发展
金星超级旋转成因
科学家利用拂晓号对金星云层的紫外观测数据，结合全球大气环流模型（GCM）模拟，发现由太阳辐射加热驱动的金星大气热潮汐导致了金星的超级旋转现象。
金星大气主要由一个双环流系统控制，而正是热潮汐（橙色线）向赤道运动导致了向西的超级环流，这为理解潮汐锁定的系外行星宜居性问题打开了思路。
木星浅闪电之谜
朱诺号探测数据对木星大气的小且浅的“闪电”和木星冰雹“蘑菇球”（mushball）等现象给出了解释。木星深层大气中冰晶被氨融化，形成氨-水液体云，然后下沉的氨水液滴会与来自更底层的上升水-冰晶体碰撞并发生电荷分离，随后就发生了浅闪电现象。
此过程中水-氨混合物亦会形成黏糊糊的木星冰雹，最终落到木星表面后，因较高温度蒸发消失。这解释了氨在木星大气层的不均匀分布现象，也说明氨并没有消失，而是通过与水混合隐藏和输运。
“心”形地貌控制冥王星大气循环
基于新视野号飞越冥王星的数据，科学家分析了冥王星的地形及氮冰覆盖情况，并利用GCM模型模拟了氮循环，发现冥王星标志性的心脏形地区（Tombaugh Regio）控制着冥王星的大气循环。占心形地区面积一半的斯普特尼克（Sputnik）氮冰平原对于冥王星的气候，可能与海洋对地球的气候同样重要，心形地区北/南部氮冰昼夜融冻循环推动了冥王星的大气环流并影响其地质景观。
小行星采样任务科学产出丰硕
嫦娥五号采样返回任务的成功实施，不由让人们畅想太阳系探测和行星科学研究将进入一个样品采集和回收的黄金时代。
隼鸟二号（Hayabusa-2）携带着162173 龙宫（Ryugu）小行星的样本返回舱成功着陆，使日本成为全球首个连续两次成功完成小行星采样回收的国家。
NASA的OSIRIS-REx采样臂的圆形铲完成了贝努表面收集样本的工程目标，研究人员相信已超额完成采集60 g小行星物质的任务要求。据NASA官网2021年1月消息，探测器计划今年3月返航、2023年9月抵达地球。
实际上，为了实施这次采样任务，OSIRIS-REx自抵达贝努后，就一直在对其进行高分辨率探测，获取了贝努的组成和结构数据、全球地形地貌图。
用红外光谱法绘制的贝努全球地图表明，贝努表面广泛分布有含碳物质。特别的，观测到的明亮岩脉（veins）具有明显的红外吸收，提示它们是碳酸盐矿物，显示贝努的母体小行星在数千年甚至数百万年的时间内，经历过大量的热液/水蚀变活动。
贝努的形状和地形存在半球差异，南半球更圆、更光滑，而其北半球的坡度更高、形状更不规则。
研究表明，贝努可能由2种不同类型的卵石组成，它们有相似的矿物成分，但具有不同的颜色和反照率，也可能具有不同的结构特性。贝努赤道和中心区域密度较低，这可能缘于早期的YORP效应或吸积过程所致的快速旋转。
多个深空天文台揭秘深远宇宙
基于盖亚数据的深空研究进展
科学家根据盖亚（Gaia）的第2批数据，构建了全新视角下的银河系星际物质的3D地图，发现了迄今为止最大的波浪状气体结构，长约9000光年，宽约400光年，在银河系星系盘中央平面上下延伸了约500光年。此外，国际研究团队首次揭示太阳和太阳系的形成以及地球上生命的出现，可能是银河系与人马座（银河系的卫星星系）之间发生碰撞的结果。
值得一提的是，Gaia任务的第3批科学数据已于2020年 12月发布，包括近 20亿颗恒星的位置、运动、亮度和颜色的高精度数据，以及对太阳系在银河系轨道的加速度的首次光学测量原始结果。
基于光谱-伦琴-伽玛的深空研究进展
俄罗斯和德国合作任务Spektr-RG主科学载荷eROSITA已完成首次全天空巡天，绘制了包含超100万个天体的宇宙地图。发现的X 射线源数量是X射线天文学60年发现数量的2倍，其中大部分是宇宙空间尺度上的活跃星系核，标志着宇宙时间尺度上巨型黑洞的增长。Spektr-RG启动第2次全天空巡天后，计划在未来3年绘制7张详细宇宙地图。
基于斯皮策空间望远镜的深空研究进展
2020年初，美国关闭了在轨运行超过16 年斯皮策空间望远镜。运用其科学数据发表的科学论文已超过9000篇，在宇宙红外观测、恒星和星系演化、系外行星证认等多个领域取得了重大发现。利用SST海量数据的科学研究仍在不断深化，斯皮策任务的开放技术创新、科学目标与时俱进以及协同一体化观测等实现科学产出最大化的系列实践做法值得借鉴。
然而，要步入月球以远的深空，限于人类现有的抵达能力，每个深空探测任务都需要足够的耐心去等待，海量的宝贵数据有待挖掘。
在开拓深空第五疆域的路上，让我们继续与日月星辰对话，穿越时空，找寻“我们是谁，从哪里来，到哪里去”的终极答案。
本文作者：时蓬，王琴，白青江，范全林
作者简介：时蓬，中国科学院国家空间科学中心、空间科学与深空探测规划论证中心，副研究员，研究方向为空间科学任务规划、空间科学战略；王琴（共同第一作者），中国科学院国家空间科学中心、空间科学与深空探测规划论证中心，副研究员，研究方向为深空探测战略规划、组合导航；白青江（共同第一作者），中国科学院国家空间科学中心、空间科学与深空探测规划论证中心，副研究员，研究方向为空间科学发展战略；范全林（通信作者），中国科学院国家空间科学中心、空间科学与深空探测规划论证中心，正高级工程师，研究方向为空间科学发展战略和政策、空间天气学。
论文全文发表于《科技导报》2021年第1期
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