天体化学的研究

天体化学的研究内容及意义在中国,宇宙化学从历史上来说是作为地球化学的一个分支发展起来的,因此,具有较多的地球科学特征,并或多或少地更侧重于天体的矿物和地质化学的研究。这一现象使得中国的宇宙化学家在对诸如不同地质体中的宇宙尘、无机——有机形成的天然气、比较行星地质学和撞击重大事件对环境及物种灭绝的影响等方面取得许多有特色的研究成果。天体化学又称宇宙化学或空间化学，是地学、空间科学与天文学之间相互杂交渗透而产生的一门新兴学科。天体化学研究宇宙空间化学元素及其同位素的起源与分布、各类天体的化学组成与化学演化。浩翰宇宙中的物质由基本粒子构成了2000多种同位素和10多种元素及各种化合物，天体化学就是研究这几个层次物质的时空分布、存在状态和演化规律。一、天体化学的发展与成就19世纪初太阳光谱的拍摄和对陨石的研究,开拓了对恒星和其它各类天体化学成分的研究领域。本世纪60年代以来,由于行星探测和登月计划的实施,天体化学进人科学研究的前沿,地外物质得到了非常精细与系统的研究,研究领域也大为扩展,成为现代科学中发展最为迅猛的领域之一,其中最为引人注目的成就有:(1)人造地球卫星和各种行星际空间探测器的相继发射,对地球高层大气的成分、密度、磁场、重力场与辐射带的结构进行了精细的测定;对水星、金星、火星、木星、土星、天王星与海王星及其卫星大气层的结构与成分，行星磁场与辐射带,行星表面的温度、压力、地形、表层土壤、岩石的化学成分与矿物组成,行星内部的结构等进行了探测,编制了各行星的“地貌图”、“地质图”与“构造图”等；对行星际空间的温度、磁场、银河宇宙线和太阳风的通量、能谱与成分进行了测量。行星探测的丰硕成果,使天体化学产生了许多新的分支学科。(2)陨石研究的新进展。陨石是研究太阳系形成过程和早期演化的主要样品。目前全世界已收集有2000多次降落的陨石，南极洲及一些沙漠分布区域找到了20000多块各种类型的陨石。陨石的研究表明:对元素丰度和元素起源的理论作了修正;发现太阳星云凝聚时有系外物质的加入；对太阳系的演化历史获得了新的时间序列;对宇宙线的时空变化和生命物质的前期演化，取得了新的实证据;来自月球和火星的陨石的发现，开阔人类的视野;地外物质撞击地球及其滞后效应所引起的气候环境灾变与生物灭绝事件的研究,取得了许多新的观测事实与实验依据,引起了各有关学者的关注。(3)相继九次登月取样研究,不仅从整体上对月球的化学成分、岩浆活动、内部结构、演化历史和地月系的起源增添了新的认识,而且为太阳星云的分馏与凝聚、行星的结构与演化、行星早期地质环境的研究提供了佐证。(4)相邻学科的相互渗透、交叉与发展。宇宙学、天体物理学、射电天文学X射线与Y射线天文学、天体演化学等学科,积累了大量的新的观测事实,产生许多新的理论;空间物理学、空间天文学、空间地质学与空间生物学的蓬勃兴起;地球科学中的地球化学、地球物理学、月球地质学和比较行星地质学的发展等,都促使了天体化学的研究领域不断扩展,研究内容逐渐深化,研究手段日益更新,分支学科相继创立。二、我国天体化学的研究成就我国的天体化学是在地球科学特别是地球化学的领域中孕育发展的,更多地是以地球化学的理论和方法研究地球外物质,因而对其化学成分、矿物组成、结构构造与成因的研究较为深人而系统。我国天体化学研究者充分利用了我国的自然条件和地球科学的学科基础,开展有特色的研究,如地质体中的宇宙尘、地外物体撞击地球诱发气候环境灾变与生物灭绝、非生物成因天然气与太阳系的碳演化、比较行星地质学、月球地质学等;我国天体化学研究的另一个特点是始终关注从更大的时空尺度、从整体上来认识和论证地球的起源与演化,对提高我国地球科学的水平发挥了重大作用。我国天体化学的研究起步于在本世纪60年代初对降落在我国境内的陨石的研究。1976年吉林陨石雨的系统研究使我国陨石学的研究水平步入国际先进行列,以此为契机,随后相继开展了中国陨石的系统研究,发现了海底宇宙尘,并进行了阿波罗一17月海玄武岩的综合研究,形成了一大批从事空间化学研究的研究队伍。近50年来,我国天体化学取得的主要成果有:(1)陨石的研究。我国是世界上陨石陨落记载最早和最全的国家,现今收集的陨石已超过100次,其中绝大多数为铁陨石与普通球粒陨石,仅有两次碳质球粒陨石,一次顽辉石球粒陨石与两次石铁陨石。我国的陨石学研究起步较晚。1961年欧阳自远等首先对广西南丹、河北商都与内蒙凉城岱海三块铁陨石进行了研究；石陨石的研究,始于欧阳自远等1962年对降落在内蒙的普通球粒陨石的矿物与化学成分、结构构造、球粒特征与成因的研究。1976年在我国吉林市降落了世界最大规模的陨石雨,中国科学院组织了“吉林陨石雨的多学科综合考察与研究”,在国内外发表了论文120多篇,编辑出版了《吉林陨石雨论文集》和《地球化学》杂志的《吉林陨石研究专号》,并拍摄了科学考察资料片和科教电影《天外来客》吉林陨石的研究开创了我国陨石学与天体化学研究的新阶段,也推动了世界陨石学的新发展。(2)宇宙尘研究。80年代以来,除了行星际宇宙尘外,我国利用38万立方米工程实验气球和自行研制的遥控平板式、卷帘式与高压静电吸附式收集器,开展了平流层宇宙尘的收集和研究，并在南海与黄海海域、太平洋、南极普甲兹湾的海底沉积物中,用采泥器及岩芯钻孔收集到大量宇宙尘与微玻璃陨石。此外,我国学者在太古界、元古界和显生宙的地层中,以及在华南、辽宁、新疆等地某些壳源重熔改造型花岗岩中均发现了大量宇宙尘。(3)月球和比较行星地质学研究自60年代中期开始,我国学者对月球的空间环境、地形地貌、矿物与岩石类型、地层划分、火山与岩浆活动、大地构造、撞击坑的分布与年龄和月球与地月系统的起源与演化历史进行了系统的综合分析与研究,1979年编写了《月质学研究进展》。80年代初,我国学者仅用了美国政府赠送的1.3g月岩样品,进行了系统的岩石学、矿物学、主量元素、微量元素、穆斯鲍尔谱、热释光、14Mev快中子活化分析、仪器中子活化分析、放射化学中子活化分析、质子激发X射线分析、火花源质谱以及电子能谱测试,并对其成因作了初步探讨，共发表论文12篇,这些工作带动了我国微区、微量测试技术在地球化学上的应用。我国的比较行星地质学研究起步较晚,但在行星大气的化学组成与化学演化、类地行星表层特征的对比研究、行星内部结构与热历史、类地行星形成的环境与平均化学组成等诸多方面,进行了系统的研究,提出了许多富有创建性的理论,对认识地球的形成与演化历史具有指导意义。三、天体化学未来的研究方向与研究意义半个世纪以来，太阳系各层次天体的地球化学研究,取得了突飞猛进的发展。天体化学的未来的研究领域主要包括：陨石学的研究；月球化学和行星化学的研究；比较行星地质学的发展，不仅将进一步深化人类对太阳系各行星形成与演化的共性与特性的认识，而且将有力推动地球科学的进一步发展；当代太阳系演化学与天体化学研究比较都赞同行星的星子吸积假说,但对星子成分的差异,从而制约行星、特别是地球的后期演化却从不涉及；撞击事件和撞击效应研究。元素与核素的起源、空间分布及其随时间的演化，地外物质与地球的相互作用及其效应，太阳系化学、星际分子与陨石中有机质等领域的研究可以更加深入的探测宇宙物质及空间。并且能从更大的时空尺度探讨地球的起源、早期历史、水圈与大气层的成因和演化、内部结构形成模式、不均一堆积的地球对地球内部组成与成矿不均一分布的控制;研究地外物体撞击地球诱发气候、环境灾变,引发火山活动、磁极倒转和新冰期的产生及生物灭绝的过程与机制等方面都有重大的意义。