未來10年中國學科發(fā)展戰(zhàn)略

內容概要

　　《未來10年中國學科發(fā)展戰(zhàn)略:天文學》是國家自然科學基金委員會和中國科學院學部歷時兩年多聯(lián)合開展研究的重要成果，凝聚著600多位院士、專家的智慧和心血，對廣大科技工作者洞悉學科發(fā)展規(guī)律、了解前沿領域和重點方向及開展科技創(chuàng)新等有重要的參考價值，對促進我國學科均衡、協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展必將發(fā)揮積極作用。
　　《未來10年中國學科發(fā)展戰(zhàn)略:醫(yī)學》全面總結了近年來醫(yī)學的研究現(xiàn)狀和研究動態(tài)，客觀分析了學科發(fā)展態(tài)勢，從學科的發(fā)展規(guī)律和研究特點出發(fā)，前瞻性地思考了學科的整體布局，提出了醫(yī)學的重要科學問題、前沿方向及我國發(fā)展該學科領域的政策措施等。
　　《未來10年中國學科發(fā)展戰(zhàn)略:天文學》不僅對相關領域科技工作者和高校師生有重要的參考價值，同時也是科技管理者和社會公眾了解醫(yī)學發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢的權威讀本。

書籍目錄

總序（路甬祥陳宜瑜）
前言
摘要
Abstract
第一章 戰(zhàn)略地位
第二章 發(fā)展規(guī)律與發(fā)展態(tài)勢
第一節(jié) 天文學的發(fā)展規(guī)律
第二節(jié) 天文學的發(fā)展態(tài)勢
一、星系宇宙學
二、銀河系、恒星與太陽系外行星系統(tǒng)
三、太陽物理
四、行星科學和深空探測
五、基本天文學
六、天文技術方法
第三章 發(fā)展現(xiàn)狀
第一節(jié) 我國天文學研究的基本現(xiàn)狀
第二節(jié) 我國已建成的重要天文觀測設備情況
第三節(jié) 我國天文學研究取得的代表性成果
第四節(jié) 我國天文學各分支學科的現(xiàn)狀及分析
一、星系宇宙學
二、銀河系、恒星和行星系統(tǒng)
三、太陽物理
四、行星科學和深空探測
五、基本天文學
六、天文技術方法
第四章 學科發(fā)展布局
第一節(jié) 我國天文學學科發(fā)展目標和發(fā)展戰(zhàn)略
第二節(jié) 我國天文學學科發(fā)展布局和重點發(fā)展方向
一、天體物理設備
二、太陽物理設備
二、天力天測設備
四、重點實驗室建設
第三節(jié) 我國天文學各分支學科發(fā)展布局和發(fā)展方向
一、星系宇宙學
一、銀河系、恒星與行星系統(tǒng)
二、太陽物理
四、行星科學和深空探測
五、基本天文學
六、天文技術方法
第五章 優(yōu)先發(fā)展領域與重大交叉研究領域
第一節(jié) 優(yōu)先發(fā)展領域
一、星系宇宙學
一、銀河系、恒星與行星系統(tǒng)
二、太陽物理
四、行星科學和深空探測
五、基本天文學
六、天文技術方法
第二節(jié) 重大交叉研究領域
一、宇宙學和粒子物理的交叉
一、天文光學／紅外技術與其他學科交叉
二、天文學與地球科學的交叉
四、太陽物理學與空間天氣學的交叉
第六章 國際合作與交流
第一節(jié) 星系宇宙學
第二節(jié) 恒星、銀河系結構
第三節(jié) 太陽物理
第四節(jié) 行星科學與深空探測
第五節(jié) 基本天文學
第六節(jié) 天文技術方法
一、射電天文
二、光學／紅外技術
三、空間天文
第七章 保障措施
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：插圖：第一章 戰(zhàn)略地位 天文學研究宇宙中各種不同尺度的天體，包括太陽和太陽系內各種天體、恒星及其行星系統(tǒng)、星系和星系團，乃至整個宇宙的起源、結構和演化。太陽和地球環(huán)境密切相關，太陽活動對于地球環(huán)境和人類活動有著重要甚至決定性的影響。對其他行星的研究和地外生命的探索有助于理解生命的起源和演化，并可能回答人類在宇宙中是否孤獨的問題。宇宙和生命的起源和演化是全人類共同關心的重大問題，不但具有重要的科學意義，而且對于人類的世界觀也具有深刻的影響。因此天文學的成就是自然科學、人類文化和文明的重要組成部分。先進的天文探測技術、天文儀器發(fā)展帶來的技術進步，以及天文學的研究成果，廣泛應用于導航、定位、航天、深空探測等領域，因此天文學研究對于國家經(jīng)濟建設和國家安全都有重要的作用。 天文學是《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006―2020年）》（以下簡稱《綱要》）重點發(fā)展的六大基礎學科之一。宇宙中空間和時間尺度跨度達60個量級，能量尺度超過30個量級。宇宙間存在著地面實驗室無法達到的超大尺度、超大質量、超高速、超高（低）密度、超高（低）溫、超高壓、超真空、超強引力和超強磁場等極端物理條件。對宇宙的研究必將大大豐富和深化人類對自然規(guī)律的認識，探索《綱要》的八大前沿問題之一――“物質深層次結構和宇宙大尺度物理學規(guī)律”，必將推動人類認識論和世界觀的發(fā)展。天文學研究中發(fā)展的高靈敏度、高分辨探測技術為高分辨率對地觀測系統(tǒng)，載人航天與探月工程等重大專項的實施提供技術支撐，是國家空天技術發(fā)展的組成部分。 1.人類認識宇宙的帶頭學科 16、17世紀，人類對宇宙的認識發(fā)生了第一次飛躍，天文學取得了劃時代的進展：哥白尼日心說的提出、望遠鏡的發(fā)明以及牛頓力學的創(chuàng)立，推動了數(shù)學和力學的發(fā)展，促進了自然科學的革命。20世紀以來，以相對論和量子論為代表的現(xiàn)代物理學的建立，以及射電、光學和空間天文觀測技術的突飛猛進，天文學特別是天體物理學發(fā)生了革命性變革，促成了人類對宇宙認識的第二次飛躍。人們可以科學地研究從基本粒子到原子、分子的形成，到行星系統(tǒng)、恒星、星系以至整個宇宙的起源和演化。激動人心的發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)，新認識、新理論層出不窮，天文學又成為自然科學中最活躍的前沿學科之一。在21世紀來臨時，系外行星的發(fā)現(xiàn)激發(fā)了人們尋找外星生命的熱情，高紅移超新星巡天表明宇宙在加速膨脹。揭開占宇宙成分90%以上的暗能量和暗物質的神秘面紗是21世紀自然科學面臨的重大挑戰(zhàn)。這意味著天文學在人類認識宇宙的下一次飛躍中將再次成為萬眾矚目的帶頭學科。 2.與現(xiàn)代高技術相互作用、相互促進，滿足國家重大戰(zhàn)略需求 天文學是以觀測為主的科學。觀測手段、技術和方法的改進常是天文發(fā)現(xiàn)和重大突破的先導。天文學研究反過來又常會對技術進步產(chǎn)生重大的影響。歷史上牛頓力學定律的發(fā)現(xiàn)、核聚變概念的發(fā)展，以及恒星大氣輻射轉移理論的完善，都對近代科學技術的發(fā)展起過重大的作用。由于現(xiàn)代天文觀測和研究追求極微弱信號的探測、極高的空間和時間分辨率、極精確的空間導向和定位以及極精密的計時等，因而在天文學研究中發(fā)展起來的探測技術、方法和新概念對技術進步無疑有著巨大的推動作用，在滿足國家安全、載人航天、“嫦娥”探月工程等國家戰(zhàn)略需求方面能夠發(fā)揮巨大的作用。 3.有力地促進其他自然科學的發(fā)展 天文學曾對數(shù)學和力學的發(fā)展起了重要的作用。天文學和物理學的結合產(chǎn)生了天體物理學，成為當代天文學的主流。暗物質和暗能量的發(fā)現(xiàn)為粒子物理、量子場理論的研究注入了巨大活力，產(chǎn)生了粒子天體物理學。宇宙中星際分子和有機分子的發(fā)現(xiàn)，以及地外生命的探索開創(chuàng)了天體化學和天體生物學的研究，并成為生命起源研究的重要領域。天文學同地球物理學和地學的密切結合，開辟了空間天氣學和天文地球動力學等交叉學科。天文學是空間科學的先驅，又是其不可缺少的內容和依托。因此，天文學和自然科學的幾乎所有學科互相滲透、互相促進，成為整個自然科學中不可缺少的重要學科。 4.與人類生存和社會發(fā)展密切相關 當代地球和空間環(huán)境的保護和利用是與人類生存和社會發(fā)展密切相關的重大問題。它涉及全球氣候變化研究、大氣臭氧層保護、厄爾尼諾現(xiàn)象、地震和旱澇的預測，以及小行星撞擊地球的監(jiān)測等。太陽活動的劇烈變化還會造成無線電通信中斷、電力系統(tǒng)故障、人造衛(wèi)星損壞和變軌，以及威脅宇航員安全等重大災害。衛(wèi)星的監(jiān)測、空間碎片的研究，以及自主的時間服務系統(tǒng)可以為國家安全和航天器的安全提供保障。所有這些，無一不同天文學的研究息息相關。 地球是太陽系行星中最重要的一顆。它的大氣、海洋、地殼變形、地核較差自轉等多種因素對天文研究有重要影響，同時也影響到人類居住的環(huán)境。這些問題需要天文學和地球科學的交叉研究，對人類認識和預測地球環(huán)境變化有重大意義。 5.在提高全民素質中有不可替代的作用 宇宙豐富多彩、充滿魅力，自古以來就吸引了人類極大的興趣和關注。以研究宇宙為根本任務的天文學自然就成為傳播科學知識和科學思想方法最積極和最有效的學科之一。天文學的每一項重大成就都大大地豐富了人類的知識寶庫，給愚昧和迷信以沉重打擊。哥白尼的日心說把自然科學從神學中解放出來，開創(chuàng)了人類思想史上第一次偉大的革命，就是最好的例證。 培養(yǎng)數(shù)以億計高素質的勞動者和數(shù)以千萬計的專門人才，對我國21世紀社會和經(jīng)濟的發(fā)展有重大戰(zhàn)略意義。天文學在提高全民族素質的歷史性任務中無疑有著不可替代的作用。天文學不僅可以培養(yǎng)人們強烈的求知欲、勇于創(chuàng)新的精神和科學的思維方法，還可以幫助人們認識人類在自然界和宇宙中的地位，樹立起辯證唯物主義的認識論和正確的世界觀。 第二章 發(fā)展規(guī)律與發(fā)展態(tài)勢 天文學研究宇宙中各種不同尺度的天體的起源、結構和演化。按照研究的對象，天文學可以分為5個研究領域：星系宇宙學，銀河系、恒星與太陽系外行星系統(tǒng)，太陽物理，行星科學和深空探測，基本天文學。天文技術方法作為支撐天文學發(fā)展的技術基礎，是天文學研究的組成部分。本書將對這6個領域的發(fā)展分別進行研究和討論。在天文技術方法領域，由于探測技術與觀測波段密切相關，這一領域又按射電天文、光學紅外、空間天文學三個方向分別討論。 第一節(jié) 天文學的發(fā)展規(guī)律 20世紀人類在探索宇宙奧秘的漫長道路上取得了輝煌的成就。從學科發(fā)展的全局來看，這些成就突出地表現(xiàn)為兩個方面。 第一，建立了兩大理論框架。它們是：①恒星的內部結構與演化理論。這一理論框架令人信服地描述了作為天體最基本單元的恒星在形成之后，如何簡單地只要用兩個初始參量，即質量和化學豐度，便可決定恒星一生演化的主要特征，并獲得觀測上的驗證。②宇宙大爆炸標準模型。這一理論框架描述了作為自然界最大物質系統(tǒng)的宇宙的創(chuàng)生、演化和未來的命運，并為一切物質包括基本粒子、原子和分子的產(chǎn)生和形成提供統(tǒng)一的科學圖像，受到越來越豐富的觀測的支持。這兩大理論框架的建立也在宇宙尺度上驗證和極大地支持了作為其基礎的廣義相對論。 第二，天文學再度成為新現(xiàn)象、新思想和新概念的源泉。宇宙作為自然界天然的實驗室，由于它時空的廣延、對象的多樣、條件的極端、系統(tǒng)的復雜和過程的激烈，從而成為不竭的知識源泉。隨著探測能力的進步，在人類永無止境的探索宇宙發(fā)展規(guī)律的進程中，新發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)。類星體、脈沖星、星際有機分子、微波背景輻射、宇宙伽馬暴、暗物質、黑洞、引力波、引力透鏡、暗能量、太陽系外行星等的發(fā)現(xiàn)，有力地刺激并推動了天文學自身及相關學科的發(fā)展。 天文學的這兩方面的成就是相互補充的：理論框架的建立，不是認識的終結，相反，它為更深刻地了解新發(fā)現(xiàn)確立了新的高度；而新發(fā)現(xiàn)又反過來豐富、發(fā)展舊的理論框架乃至催生新的理論體系。 探索宇宙奧秘的好奇心是天文學發(fā)展的源泉，為此人類不斷地研制設備，觀測更多、更遠、更暗的天體和天體中更精細的結構，以了解宇宙和天體的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律。現(xiàn)代物理學的應用，大大豐富了人類對宇宙的規(guī)律性認識，產(chǎn)生了天體物理學。由上述現(xiàn)代天文學的成就看出，目前天文學的發(fā)展是由觀測和理論研究共同推動的。在各國政府和民間團體的支持下，人類不斷建造的新的天文儀器全面拓展了人類的視野，使人類能夠在全電磁波波段，包括射電、紅外、可見光、紫外、X射線和伽馬射線等所有波段，具有更高靈敏度、更高角分辨率、全天巡天和全時域觀測的能力。最近幾年，中微子和宇宙射線天文學更是打開了觀測宇宙的新窗口，引力波望遠鏡也在建造之中，將使人類能夠全面觀測宇宙。這些新的天文望遠鏡和天文觀測儀器所帶來的新的觀測能力，使天文學家不斷發(fā)現(xiàn)新類型的天體和發(fā)現(xiàn)新的天文現(xiàn)象。在天文觀測的基礎上，天文學家利用大規(guī)模數(shù)值模擬計算、數(shù)據(jù)分析和理論研究進一步理解發(fā)現(xiàn)的天文現(xiàn)象，探索新的天文學、天體物理和基本物理規(guī)律；而新的理論又向天文觀測提出更深層次的觀測要求，由此推進新一代觀測設備和方法的發(fā)展。因此近代天文學的發(fā)展主要是由一系列新的天文發(fā)現(xiàn)和對天文發(fā)現(xiàn)的定量理解組成的。

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