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中国天文2035发展战略

  天文学是人类认识宇宙的“先锋队”,在国家学科发展中占有基础性地位。 天文创新水平已成为国家特别是大国科技实力的综合体现和重要标志。 按照研究对象,天文学可分为五个研究领域:星系宇宙学、恒星、星系与星际介质、太阳物理、基础天文学,以及新兴领域包括系外行星、引力波及其对应物、粒子天体物理学等方向。 天文技术方法作为支撑天文学发展的技术基础,是天文学研究的有机组成部分。 天文学是观测与理论紧密结合、相互促进的学科。 天文观测验证、丰富和发展现有的理论框架,甚至催生新的理论体系。 同时,他们为大量观测的高度定量总结、升华理论框架的建立、对新发现的更深入理解建立了新的高度。 天文学与其他学科有很深的交叉。 其他学科的知识是解释复杂天文现象的重要工具。 同时,天文学的发现和理论也推动了其他学科的进步。

  我国天文学现状

  天文学一直是世界科技强国重点发展的学科。 世界科技强国高度重视天文人才培养、科研队伍建设、观测设备建设、创新科研环境培育。 我国的天文研究取得了长足的进步。 人才队伍结构更加合理,规模不断扩大,素质显着提高。 研究领域涵盖理论、观测、仪器设备研制等多个方向。 结果显着增加,可见性和影响力更高。 中国天文学家还担任国际天文学联合会(IAU)副主席、专业委员会主席等重要职务。 总体而言,我国的天文研究水平在发展中国家中处于前列,我国的天文研究团队是世界上一支不可忽视的力量。

  以国际天文学联合会会员数量为参考,中国天文学家的人均论文产出量高于世界平均水平。 从学科指标来看,天文研究在我国整个国家科研队伍中所占比重较低。 以美国、日本、欧洲等发达国家和地区的学科团队为参考,天文学研究团队规模应扩大两倍以上。 。 天文学高影响力论文主要来自一流大型科学装置,而我国大型天文科学装置建设尚处于起步阶段,导致我国学者主导的论文影响力较弱(第一-作者论文)。 平均被引频次为该学科世界平均被引频次的一半。 2010年至2019年,我国在地面和空间设备上建成了一批有特色、多频段的重要设备,形成了具有一定国际竞争力的实测基础,包括LAMOST、FAST、天马望远镜、“悟空”DAMPE等、“慧眼”HXMT等

  我国天文学发展的关键科学问题

  天文学探索天体的起源和演化。 随着检测技术的不断进步,现有的科学问题被重塑,新的科学问题被提出。 天文学的关键科学问题是天文学发展的引擎和科学驱动的基础。 未来5至15年天文学的关键科学问题包括:①暗物质和暗能量的本质以及星系的形成和演化机制; ②恒星、星系的结构和演化机制; ③太阳不同尺度的结构及其喷发机制; ④行星的形成、探测及动力学特征; ⑤下一代望远镜关键技术。

  我国天文学总体发展思路

  针对上述关键科学问题,我国天文学的总体发展思路包括以下几个方面。

  (一)依托已建重大科学设施开展前沿科学研究。 未来5至15年,将围绕现有设备开展系统、前沿的科学研究。 基于LAMOST巡天海量光谱观测数据,开展异常丰度恒星、大样本双星、致密天体的起源与演化研究; 整合LAMOST中高分辨率巡天数据、星震学数据和盖亚(Gaia)数据,再加上银河系化学和运动学研究,构建出银河系演化图景。 通过FAST多科学目标扫描巡天,同时获得脉冲星和中性氢(中性氢)的海量数据,推动射电宇宙学和星系演化研究、各类致密天体及其喷发的系统搜索和大样本统计分析(如快速射电暴)现象。 基于“悟空”DAMPE不断增加的高质量数据,全球最精确的20GeV-10TeV电子宇宙线能谱、50GeV至数百TeV质子和氦核宇宙线能谱以及最宽能量范围的硼碳比例能谱在间接探测暗物质和宇宙线研究方面取得了突破性成果。 系统基于“智慧眼”HXMT,获得一批致密星的高能时变和能谱演化特征,了解致密天体的吸积过程、喷发过程、相对论性喷流和辐射机制。

  (二)发展独立大科学机构,力争在多个领域引领国际前沿。 大型科学装置的缺乏是影响我国天文学发展的关键因素,规划下一代大型科学装置是我国天文学未来发展的重要条件。 中长期计划建设以下重大科学设施:载人空间站工程巡天空间望远镜(中国空间站望远镜,CSST)、500m口径球面射电望远镜阵列(FAST阵列,FASTA)、南极昆仑站光学红外大视场巡天望远镜和亚毫米波望远镜、大型光学红外望远镜(Large Optical-Infrared Telescope,LOT)、6.5 m宽视场光谱巡天望远镜(Multiplexed Survey Telescope,MUST)、大口径亚毫米波望远镜、巨型太阳望远镜望远镜、天问四号木星探测器、热宇宙重子勘测者(HUBS)计划、新疆奇台110 m口径全可移动射电望远镜(奇台望远镜,QTT)、12 m级大视场光谱巡天望远镜(12米多目标光谱望远镜) 、TMOST)、紫外线发射线图探测小卫星(Census of Warm-Hot Intergactic Medium、Accretion、FeedbackExplorer、CAFE)等。

  (三)参与国际大科学设施建设。 国际合作是现代天文研究的重要手段,将进一步推动我国天文技术的进步。 基于国际设备的多波段天文观测也是提高我国天文研究水平的重要途径。 中长期来看,我国将参与多个国际重大天文科学设施的建设。 平方公里阵列(SKA)是一个巨型射电望远镜阵列,有效聚光面积为1平方公里。 我国是SKA的七个创始成员国之一。 SKA的研究对象涵盖宇宙各个层面的天体,将开启射电天文学研究新的里程碑。 30m望远镜(Thirty-meter Telescope,TMT)是为国际合作准备的口径30m的光学/红外望远镜。 它是世界三大30m级光学望远镜之一。 有效互补,提供高空间分辨率、高光谱分辨率、高灵敏度的观测,TMT将是未来5至15年光学/红外天文学发展的主力之一。

  (四)注重理论研究,发展数值模拟天文学。 我国天文研究在理论和数值模拟方面有着优良传统,在国际上占有重要地位。 中长期来看,我国将继续大力发展理论研究和数值模拟天文学。

  我国天文学未来发展目标

  根据总体思路,我国天文学未来的发展目标包括:①依托已建立的设备,开展大规模星系巡天,了解暗能量和早期宇宙的本质,发展暗物质候选粒子的探测方法。 ,推动星系大生态环境的观测与研究; ②基于LAMOST巡天,结合国际多波段巡天,建立银河系演化图像; ③建设国家观测平台,实现对太阳的厘秒级观测,在空间天气领域取得突破; ④参与月球、火星、小行星和木星的深空探测,探索太阳系中存在水和其他生命物质的可能性,揭示太阳系的起源和生命的起源; ⑥ 完成多个国际顶尖大科学装置建设,并通过国际合作参与多个国际大科学装置建设。

  我国天文学未来的重要研究方向

  围绕关键科学问题,根据总体思路和发展目标,未来天文学的重要研究方向包括:①宇宙起源及暗物质、暗能量的本质; ②宇宙大尺度结构和星系的形成与演化; ③超大质量黑洞和星系核。 ④银河系的形成历史、结构和演化; ⑤恒星和星际介质的形成、结构和演化; 磁场产生、储能和释放的物理机制及预测; ⑨行星系统的形成、探测和动力学; ⑩时空参考系、轨道动力学及其应用; 光学/红外/紫外关键技术和方法; 无线电/毫米波/亚毫米波关键技术与方法; 高能辐射与粒子探测关键技术与方法。

  我国天文资助机制及政策建议

  (一)推进LOT等装置预研、立项和建设。 科学驱动的重大设施建设对天文学的发展至关重要。 未来5到15年,要确保建成一批重大科学设施,为我国天文学的进一步发展打下坚实的基础。

  (2)围绕已建重大观测设备的科学研究,成立项目组和研究中心。 由于我国长期缺乏有竞争力的天文观测设备,天文学家一直主要利用国外天文观测设备的存档数据或使用少量国外观测设备进行研究。 因此,引导和鼓励我国学者逐步利用我国近期正在运行或即将运行的重大观测设备进行研究是非常有必要的。

  (三)加强重大科学问题终端科学仪器的研制和优化利用。 与望远镜本身不同,终端科学仪器的更新速度更快,一般每10年更新一次,可以充分利用新技术探索新的科学问题或深入回答现有的科学问题。 国际大型天文设备的仪器配置通常分为三个阶段,即建设的“第一代”、规划的“第二代”和前瞻性的“第三代”。 目前,我国的望远镜口径和数量都有限。 要大力支持重大科学问题接入终端仪器的研制,并在国际先进的望远镜观测平台上使用,让中国天文学家有机会获得更多的国际望远镜观测时间,实现中国天文学的实现。 自己的科学目标。

  (四)加强计算天体物理研究。 计算机模拟(或数值实验)研究在理论研究和指导天文观测方面发挥着巨大作用。 我国应积极与国内计算科学界合作,开发自主仿真程序,充分发挥国内先进超算中心的计算能力优势,在部分天体物理领域取得国际领先的仿真结果和理论成果,为我国天体物理研究做出贡献。国家天文科学工程 该项目提供科学支撑。

  (五)支持国际观测合作项目和国际大型观测设备合作。 积极开展国际合作可以弥补我国在设备类型、频段、检测能力等方面的短板,是实现学科发展目标的重要途径。 随着新一批国际地面和空间设备的出现,支持国际合作项目成为为我国学者提供前沿研究条件的必然需要。 具体合作可包括:参与专题国际网络观测; 共享国际望远镜观测时间; 支持参与(主办)大型国际地面和空间观测计划; 支持国际开放装备时间竞赛; 支持观测主题的双边或多边合作。

  (六)引进人才,发展高等院校天文教育,壮大天文研究队伍。 近年来,我国天文研究队伍的规模和素质迅速提高、年轻化。 但从国际上看,我国研究团队规模仍小于法国、意大利等发达国家。 与我国经济总量相比,位居世界第一。 第二个位置还是很不相称; 与其他数理学科尤其是物理学相比,我国的体量还太小。 要继续呼吁科技界和教育界充分认识天文学作为自然科学六大基础学科之一的科学和社会作用,通过支持高校培养天文学研究和教育人才。国家基础科学人才培养基金等专项资金。

  (七)推动新兴方向研究。 新兴天文学包括多信使天文学、时域天文学和行星科学三个主要方向。 与国际先进水平相比,我国新兴方向人才队伍严重不足,必须积极推动新兴方向观测和理论研究的蓬勃发展。

  (八)促进交叉研究。 天文学研究的主流是天体物理学,天文学和物理学的融合变得越来越重要。 未来,我国将进一步加强天文学与物理学、地球科学、力学、数学与信息学的交叉研究,特别是粒子物理与宇宙学、天体物理与核物理、天体物理与等离子体物理与磁流体动力学、天体物理与实验室等离子体的交叉研究、天体物理与计算科学、天体物理与地球科学等

  (9)建议资助项目一定比例的论文在国内期刊上发表。 我国缺乏高影响力的天文学专业期刊。 为进一步推动我国天文学的发展,增强我国天文学的国际影响力,我们鼓励一定比例的重要成果,特别是依托我国大科学装置的核心工作成果在国内期刊上发表。 推动《天文学与天体物理学研究》《我国科学:物理、力学与天文学》等国内期刊成为国际主流天文学期刊。 同时,建议在项目终评中实行代表性作品评价制度,代表性作品应至少包括一篇在国内期刊发表的论文。

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  本文节选自《中国天文学2035发展战略》。 项目组长为中国科学院院士景一鹏。 标题和内容已调整。 科人文在线将与您一起关注科技史、科技哲学、科技前沿和科学传播,关注人类社会可持续发展,创造有价值的阅读! 欢迎点赞、转发、留言讨论。 我们每月都会评选出互动活跃、留下精彩评论的读者,赠送图书礼物作为奖励。 在公众号对话框中输入“图书赠送”,了解图书赠送活动详情。 联系电子邮件:kxrw@mail.sciencep.com。

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  简单的介绍

  天文学是探索宇宙天体起源和演化的一门基础学科。 《中国天文学2035发展战略》面向2035年,在系统分析天文学的战略地位、发展规律和研究特点、发展现状和趋势的基础上,分析了关键科学问题、总体发展思路、发展目标和天文学的优先事项。 深入探讨发展方向,提出加快天文学发展的政策措施建议。 本书还详细阐述了宇宙学、恒星、星系与星际介质、太阳物理、基础天文学、新兴方向、天文技术方法等天文学主要分支发展策略的研究成果。

  本书为战略与管理专家、科技工作者、企业研发人员以及相关领域的大学师生提供研究指导。 为科研管理部门提供决策参考。 也是公众了解天文学发展现状和趋势的重要书籍。

  项目组组长简介

  景一鹏,天体物理学家,上海交通大学讲座教授,中国科学院院士,天文学与天体物理研究中心主任。 现任教育部科委数学科学司副司长、国家基金委数学科学司咨询专家。 曾担任国家重点基础研究发展计划(973计划)“宇宙大尺度结构与星系形成与演化”、国家自然科学基金项目首席科学家。 委员会创新团队负责人“星系形成与星系活动”等。荣获国家自然科学奖二等奖、上海市自然科学奖一等奖等科技奖励和荣誉。

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