顾逸东（中国科学院空间应用工程与技术中心）
空间科学不是一般意义上的一门独立学科，而是在人类进入空间时代后发展起来的主要利用空间飞行器来研究发生在地球、日地空间、太阳系乃至整个宇宙的物理、化学和生命等自然现象及其规律的多个科学领域的总称。
空间科学已取得的成就只是自然界奥秘的冰山一角。空间科学是探索发现、获取新知识的不竭源泉。当今和未来一个时期空间科学呈现出鲜明的特点，即科学问题更加集中，采用最新的高技术手段将取得进一步突破。
1． 集中研究基础前沿和重大科学问题
当今空间科学研究的问题集中在最具挑战性的暗物质和暗能量本质、恒星和星系演化及黑洞性质、太阳和太阳系行星演化、外太空生命探究、基本物理规律，以及地球变化趋势等基础前沿和重大科学问题。
研究表明，宇宙中只有约5% 的天体和星际物质是粒子物理标准模型可以解释的，其余95% 是我们完全不了解的暗物质和暗能量，这对现代物理学提出了巨大挑战，被形容为笼罩在物理学上的“两朵乌云”，引发了科学界的强烈关注；宇宙中有地球上无法模拟企及的超强引力、超强磁场、超高能量和超高密度极端条件，宇观（宇宙/天体）和微观（物质深层结构）研究汇合，成为探究物质本源的前沿；生命作为最复杂的物质存在形式是如何产生的，地外有无生命，是什么形态，生命之谜可能在空间研究中得到解答；月球和行星研究将深入了解太阳系和行星演化，并通过比较加深对地球变化趋势的认识；在空间开展基础物理实验，将推动引力规范场理论、超引力、大统一理论、后粒子标准模型、临界点附近的物质形态和量子理论的发展。地球环境的全球性变化涉及我国和全球经济社会发展，空间研究将有助于解决这一人类共同关心的重大问题。
2． 空间科学研究将推动新的科学革命
发达国家针对科学前沿和重大科学问题在空间科学规划中加大了力度，近期具有代表性的有美国的《NASA科学任务部科学规划2010》、欧洲空间局的《宇宙憧憬2015～2025》等，各国还有各领域详细的约束性计划。未来10年，仅天文、空间物理（含太阳）和行星科学领域就计划发射50多颗卫星，其中不乏哈勃望远镜后继者詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST，图17）、宽视场红外巡天望远镜（WFIRST）、高能天体先进望远镜（ATHENA）、引力波天文台（eLISA/NGO）、太阳探针加强号（SP+）、太阳卫星（Solar-C）、金星着陆器（Venera-D）、火星着陆巡视器（Mars2020）、木星冰月探测器（JUICE）等采用新一代技术的里程碑项目，其中大部分为大型项目（单项任务经费在16亿美元以上），还安排了大量高空气球、火箭探测和地面研究计划，不断发展新的科学思想和技术概念。空间地球科学另有相当大的计划。
詹姆斯·韦伯望远镜6.5米主镜正在测试。主镜由7块子镜拼成，采用主动光学，总造价超过50亿美元，将在2018年发射到日地L2点接替哈勃望远镜
图片来源：http://www.JWST.NASA.gov/mirrors.html
国际空间站已进入科学研究高峰期，各参与国普遍加强了科学任务规划，安排了许多新颖的项目，如冷原子钟组合（ACES）、空间光钟（SOC）、冻结原子实验室（CAL）、等离子体综合实验室（PlasmaLab）、量子破缺等效原理实验（QTEST）、超临界液体和结晶研究（DECLIC）、先进燃烧科学研究（ACME）等（图19）。各国还安排了空间站先进天文和地球科学项目，确定的有日本的暗物质粒子谱仪（CALET）、宇宙线探测器（JEM EUSD），美国暗物质设备（REAM）、中子星观测器（NICER），欧洲的大气关联监测器（ASIM）和日本气候观测设施（CLIMS）等。
国际空间站重达419吨，是人类建造的最大规模的空间研究设施，开展数以千计的空间生命科学、微重力科学、空间天文、地球科学研究和多种技术试验
图片来源：http://www.nipic.com/show/1/31/5362855kbb033407.html
欧洲生命和物理科学计划4 （ELIPS 4）的空间光钟地面实验，该计划基础物理部分包括冷原子钟、Bose-Einstein凝聚、物质波和量子性质等研究
图片来源：IMSPG #22，Orlando，FL，Nov8-9，2013
美国在21世纪初就以“超越爱因斯坦”为题目提出前沿空间科学研究目标。展望空间科学的发展，由于科学导向明确，各国规划突出了重点科学任务的布局安排，计划的针对性、延续性强，加上理论和观测的进一步结合，在21世纪将可能出现物理学、生命科学、宇宙科学研究的重大突破和对地球系统认识的重大飞跃，推动新的科学革命并带动技术革命。
一个多世纪前，以相对论、量子论创立为标志的科学革命奠定了当代科学技术的几乎全部基础，推动了新的产业革命，深刻地改变了人类社会的面貌。我国已经屡次失去了近代历次科技革命中有所作为的机遇，今天和未来我们不能无所作为，不可再错失机会。
本文由刘四旦摘编自中国科学院最新发布的《2015科学发展报告》。《科学发展报告》自1997年起开始发布，今年是第18本。报告全面综述分析2014年度国际科学研究前沿进展，展望研判国际重要科学领域研究发展趋势，报道介绍我国科学家具有代表性的重要研究成果，观察综述国际主要科技领域研究进展及科技战略规划与研究布局，概括介绍我国科学研究整体发展状况，并向国家提出有关中国科学的发展战略和政策咨询建议，为国家宏观科学决策提供重要依据。
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