刘建军 邹小端 李春来（中国科学院国家天文台）
生命源于何处？千万年来，人类从未停止过对这个问题的探索。天文学界普遍认为解开太阳系和生命起源的关键就在于彗星，彗星不仅是行星形成的基础，也可能是地球水和生命的来源之一。和行星系统非常不同，研究彗星能帮助我们解开太阳系和行星形成的演化过程，以及如何从气态星云形成太阳系与今天的地球。
“罗塞塔”号的任务是人类历史上第一次大胆尝试对彗星进行着陆探测。科学家们对“罗塞塔”号寄予了厚望，希望它能解开地球上水和生命的起源之谜，因此以破译古埃及象形文字的关键石碑“罗塞塔”为任务命名。而准备登陆彗星的着陆器“菲莱”，则得名于配合“罗塞塔”石碑进行比照研究的菲莱方尖碑。
“罗塞塔”号项目
“罗塞塔”号由欧洲空间局（ESA）研发，美国国家航空航天局（NASA）也贡献了3个科学仪器。“罗塞塔”号于1993年立项，从研发到发射经历了11年，从发射到抵达目标彗星又经历了10年飞行，行程达60亿千米，项目总耗时21年，斥资14亿欧元。“罗塞塔”号项目最初的目标是彗星“维尔塔宁” （46P/Wirtanen，直径约1.2千米），但在研制过程中由于火箭问题，计划推迟，探测目标变更为67P/楚留莫夫（Churyumov）-格拉西门科（Gerasimenko）（直径4.1千米）。“罗塞塔”号计划工作12年，“菲莱”着陆器计划着陆后寿命为30天。
67P/C-G彗星
关于67P/C-G彗星的数据如下。
1. 尺寸：① “头”：2.5 千米×2.5 千米×2.0 千米。② “身”：4.1 千米×3.2千米×1.3千米。
2. 质量：1013千克。
3. 体积：25千米3。
4. 密度：0.4克/厘米3。
5. 重力加速度：g/10000。
6. 已探测到气体成分：水、一氧化碳、二氧化碳、氨、甲烷、甲醇、钠、镁。
在“罗塞塔”号探测时刻，地球上拍摄到的彗星67P/C-G 的影像。由位于智利的欧洲南方天文台8米口径望远镜于2014年8月11日拍摄，图片来源：https://www.eso.org/public/images/potw1436a/
“罗塞塔”号于2014年8月3日在285千米距离外拍摄的彗星67P/C-G影像，图像像元分辨率5.3米。图片来源：http://sci.esa.int/rosetta/54472-comet-67p-on-3-august-2014/
“罗塞塔”号是首个伴飞彗星、首次着陆彗星、首次采用微波辐射计和紫外光谱仪探测彗星的探测器，也是首个仅以太阳能电池为主要能源飞往木星轨道的探测器。
2004年，“罗塞塔”号携带着当时最顶级的仪器设备开始了漫长的追彗之旅，在它的飞行历程中还执行了多项行星探测任务，包括2005年参与协助“深度撞击” （Deep Impact）任务对彗星Tempel-1的观测；2007年在火星借力轨道调整中途观测火星；2008年观测小行星Steins；2010年观测小行星Lutetia。“罗塞塔”号的飞行路线图如下图所示。
“罗塞塔”号的飞行路线。图片来源：http://www.esaint/apaceinimages/images/2014/10/rosetta_s_journey_and_timeline
2014年8月6日，“罗塞塔”号抵达目标彗星67P/Churyumov-Gerasimenko，11月12日，“罗塞塔”号释放“菲莱”着陆器，在67P彗星成功着陆并传回数据，创造了行星探测的历史。“菲莱”着陆器在彗星着陆的过程通过电视和网络直播，在全球范围内引起了巨大的轰动，“登陆彗星”在网络上成为轰动一时的最热门话题。
惊心动魄的旅程
要追上并登陆高速运行的彗星，就需要让“罗塞塔”号和彗星以匹配的速度汇合并实现伴飞。为了与彗星在相似轨道上运行， “罗塞塔”号在发射后经历了三次近地球飞越和一次近火星飞越，借助地球和火星的重力实现助推和变轨，最终在2014年夏天接近了彗星67P/C-G并实现了绕飞。“罗塞塔”号靠太阳能帆板供电，为节省能源，在发射后的10年中它休眠了约31个月。在极其寒冷且有高能射线的宇宙深空沉睡了两年半的“罗塞塔”号，是否能被正常唤醒是对任务的一大挑战。2014年1月，“罗塞塔”号成功醒来，在经历了漫长的10年旅行后， “罗塞塔”号及其搭载的科学载荷依然能开展精密的科学探测，证明其在严苛的空间环境下经受住了考验。
“罗塞塔”号飞抵彗星67P/C-G后，开始了近距离的观测。图像数据显示，67P/C-G的彗核表面地形复杂，有巨大的撞击坑、峭壁和巨石。不仅如此，随着彗星迅速接近太阳，它的挥发作用也逐渐变强，“菲莱”着陆器必须赶在彗星活动大幅增强前尽快降落。于是，选择着陆点就成了科学家们头疼的问题。在综合考虑了阳光照射、通讯、科学意义、降落轨迹和地形等因素后，项目团队提出了5个候选着陆点，并最终选出第一个候选点着陆。
由于“罗塞塔”号和地球距离3个天文单位，指令回复需要等待近1小时，所以“菲莱”的着陆过程只能是自动完成。“菲莱”到达预定着陆点后发生了两次弹跳，最终落在1千米以外的一个峭壁旁，光照条件很糟糕。但是靠着自带的60小时电池，“菲莱”争分夺秒地开展探测工作。红外和可见光分析仪拍摄了全景照片，降落相机拍摄着陆点图像。采样和分发装置开展钻探采样，并测定轻元素的同位素比值和开展样品成分分析。表面与地下科学多用途传感器探测了彗核表面和地下的特征，α粒子-Ｘ射线光谱仪分析了彗核表面的化学成分，SESAME仪器探测了彗核表面的力学和电学性质，并对彗核表面释放的尘埃进行了研究，磁力计和等离子体监测仪探测了磁场和等离子体环境。“罗塞塔”号还发射了无线电波来探测彗核的内部和结构。“菲莱”在传回探测数据之后因电力耗尽而进入休眠，地面科学家们既为之振奋又非常担心，都希望“菲莱”接近太阳后会得以充电并苏醒。“菲莱”的未来仍充满了变数。
“罗塞塔”号的成果和未来
着陆探测数据的第一批结果发布在了《科学》杂志上。初步结果显示了彗星67P/C-G复杂多样的地貌构造、次表面和表面特征、大气成分、磁场、喷流和彗核内部结构与活动特征等，67P/C-G彗星大气的主要成分是水，也包含少量的有机物，该彗星在过去的4年中表面吸附了大量的尘埃。“罗塞塔”号还探测到67P/C-G上的远高于地球的氘氢比，并首次在彗星上检测到了氮分子。
“罗塞塔”号将继续追随彗星67P/C-G，并伴飞观测它进出近日点，近距离观测彗核和彗发，测量彗星活动及其变化；观测彗星在离开太阳系内部轨道过程中，随着极点转向造成的季节变化及相关影响。在今后的旅程中， “罗塞塔”号仍需要适应探测环境的巨大变化，它要从距离太阳3个天文单位的地方一直跟踪彗星到1.2个天文单位附近的近日点。在这个过程中，太阳照射强度的变化会超过6倍，彗星的活动强度变化可能超过10倍。飞船本身需要承受巨大的温度变化，同时要对彗星的难以预测的变化作出迅速反应，并且保护自己不被彗发里的尘埃颗粒损坏。
“罗塞塔”号任务是人类历史上一次伟大的冒险，“罗塞塔”号和“菲莱”着陆器对彗星67P/C-G的探测是人类前所未有的尝试，探测过程极具挑战，而结果也必然是突破性的，值得未来所有的探测任务借鉴。
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。
目 录
深化体制机制改革 释放科技创新潜能（序）白春礼
前言
第一章 科学展望
1.1 空间科学：基础前沿科学探索的先锋
1.2 微纳光子学发展现状与展望
第二章 科学前沿
2.1 追逐彗星的“罗塞塔”号探测器
2.2 核物理前沿科学问题
2.3 中微子物理研究进展与趋势
2.4 手性科学与技术——一个跨尺度、跨领域的物质科学前沿方向
2.5 光子功能金属有机框架材料研究进展
2.6 煤炭清洁高效转化中的碳一化学与催化研究进展
2.7 新一代基因组编辑技术的崛起与发展趋势
2.8 “脑功能联结图谱”研究进展
2.9 乳腺癌分子靶向治疗的现状及展望
2.10 艾滋病病毒的潜伏与治疗研究新进展
2.11 大气中超细颗粒物的健康效应研究进展
2.12 冷冻电子显微学研究与应用进展
2.13 高效蓝光二极管——2014年诺贝尔物理学奖评述
2.14 超分辨率荧光显微技术——2014年诺贝尔化学奖评述
2.15 大脑的“内置GPS”——2014年诺贝尔生理学或医学奖评述
第三章 2014年中国科研代表性成果
3.1 希尔伯特第十八问题获重要进展
3.2 黑洞热吸积领域的研究突破
3.3 在常温固态系统中实现抗噪的几何量子计算
3.4 纳米催化剂的活性界面从一维向三维发展
3.5 麦克斯韦妖式量子算法冷却的实现
3.6 等离激元诱导的非线性电子散射现象
3.7 核酸适体在分子药物中的应用
3.8 高性能、低成本的量子点发光二极管
3.9 过渡金属元素高氧化研究获得重要进展
3.10 乙炔法制氯乙烯无汞催化剂的研究进展——氮掺杂的纳米碳复合催化材料SiC@N—C
3.11 染色质二级结构的突破——30纳米染色质双螺旋结构解析
3.12 肌肉细胞分化过程中小RNA的调控机制
3.13 互补序列介导的外显子环形RNA产生机制研究进展
3.14 TET蛋白家族在体细胞诱导重编程中的作用
3.15 水稻代谢组的生化及遗传基础研究进展
3.16 极体基因组移植预防遗传线粒体疾病
3.17 中国手足口病疫苗研发的最新临床研究成果
3.18 肝硬化患者肠道菌群的改变
3.19 卵透明带缺失致病基因的发现
3.20 天然免疫与自身免疫疾病分子机制研究
3.21 鸟类起源整合性研究进展
3.22 热带生态系统碳源汇功能对气候变化的响应
3.23 地球深部与高压晶体学研究进展
3.24 近百年气候变暖叠加于500年自然周期暖相位的发现
3.25 我国灰霾PM2.5中二次气溶胶首次精准定量研究
第四章 科技领域发展观察
4.1 基础前沿领域发展观察
4.2 人口健康与医药领域发展观察
4.3 生物科学领域发展观察
4.4 农业科技领域发展观察
4.5 环境科学领域发展观察
4.6 地球科学领域发展观察
4.7 海洋科学领域发展观察
4.8 空间科学领域发展观察
4.9 信息科技领域发展观察
4.10 能源科技领域发展观察
4.11 材料制造领域发展观察
4.12 重大研究基础设施领域发展观察
第五章 中国科学的发展概况
5.1 2014年科技部基础研究管理工作进展
5.2 2014年国家自然科学基金项目申请与资助情况
5.3 中国科学五年产出评估——基于WoS数据库论文的统计分析（2009~2013年）
第六章 中国科学发展建议
6.1 关于建立“生态草业特区”探索草原牧区新发展模式的建议
6.2 气候变化对青藏高原环境与生态安全屏障功能影响及适应对策
6.3 关于京津冀大城市群各部分功能定位及协同发展的建议
6.4 关于进一步深化我国医药卫生体制改革的建议
6.5 关于实施“材料基因组计划”推进我国高端制造业材料发展的建议
附录
附录一 2014年中国与世界十大科技进展
附录二 香山科学会议2014年学术讨论会一览表
附录三 2014年中国科学院学部“科学与技术前沿论坛”一览表
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