空间天文学的战略地位 | 中国空间科学2035发展战略

空间天文学的兴起是天文学发展史上的重要里程碑，更是人类认识宇宙的重大飞跃。空间天文观测是天文观测的重要组成部分，更是传统天文学的革命性进展，开拓了全电磁波段天文、粒子天文和引力波天文观测的多信使新时代。

空间天文学主要基于空间平台，进行天体观测，研究天体的形态、结构、组成、运动、物理状态、演化规律。空间天文学的主要研究内容包括恒星形成与演化、星系和宇宙学、粒子天体物理、系外行星、高能天体物理，以及与天文紧密相关的基本物理重大问题，如暗物质、暗能量、宇宙微波背景和引力波等。空间天文学根据观测波段、探测技术或研究对象等可分成许多分支，如空间射电天文、空间红外和亚毫米波天文、空间光学天文、空间紫外天文、空间X 射线和γ 射线天文、空间粒子天文、空间引力波天文、系外行星探测等。

太阳是距离地球最近的恒星，也是空间天文观测的最重要对象之一，因此空间太阳物理是空间天文的一个重要组成部分。这不仅是因为一系列空间天文探测新技术首先是在太阳的探测中获得技术验证，更是因为太阳本身就是一个极佳的宇宙实验室。太阳近距离使得可以对其表面细节开展全波段辐射、高能粒子和物质流探测，为我们提供了认识宇宙的独一无二的恒星样本。

空间天文学利用各种空间观测技术所获得的观测数据开展研究，并研究为实现这些观测而采用的空间探测技术。在地球大气以外的空间进行天文观测的主要优点如下。

• 克服地球大气对于大部分电磁波的吸收。在地面上开展天文观测只能“看到”整个电磁波段里几个较窄的来自天体和宇宙的辐射，主要集中在可见光、部分红外和射电波段的中频部分，因而地基天文只能观测到宇宙天体的较少信息。然而，空间观测实现了全波段电磁辐射观测，可以获得反映天体和宇宙不同物理过程（包括高能过程）及不同发展阶段的丰富信息，极大促进了天体物理研究。

▲ 地球大气对不同波长电磁辐射的透过率

▲ 银河系的多波段图像

• 克服地球大气对观测质量的影响。透过大气到达地面可见光、射电等天体辐射会受地球大气（包括其等离子体层）的不稳定性影响。大气干扰了到达地面的天体的辐射信号，影响天体光观测的观测精度和清晰度。对比之下，空间天文观测大多能够以仪器观测极限能力获取清晰和高质量的观测数据，更有利于科学研究。

• 克服昼夜和区域限制。由于地球昼夜变换以及天气条件影响，地面观测很难做到对天体不间断观测，损失了很多天体的重要信息。空间天文观测可以脱离地球的影响，做到不间断、全天区的天文观测。

• 克服地球尺度局限。望远镜角分辨率的大幅度提高只能依赖于扩展望远镜阵列的尺度（不同望远镜之间的距离），而地基望远镜阵列的最大尺度只能是地球大小。未来放置于太空中的引力波观测平台，具有极高的稳定性，平台之间具有可超越地球尺度的巨大距离，其望远镜阵列具有更高的分辨率。这些优势使得这些空间引力波观测平台能够直接探测低频引力波。

• 克服地球大气对初级宇宙线探测的限制。只有在空间才能开展初级宇宙线粒子（质子、电子、各种原子和同位素）的电荷、方向、质量和能量的直接测量。此外，在空间飞行器上的测量可以避免地球磁场对初级宇宙线粒子方向的影响。

截至2019 年，世界各国已经发射了约200 颗天文卫星（约70 颗与太阳观测有关），开展了大量空间天文任务。这些天文任务观测到了宇宙最早的星系，发现了各种黑洞/ 中子星等致密天体系统、宇宙γ 射线暴的多样性和大批系外行星，确定了类星体性质以及对于宇宙演化的作用。其中，宇宙微波背景辐射和宇宙年龄的精细测定对发现宇宙加速膨胀起到关键作用。丰富的发现有力推动了天体物理和宇宙学研究，以前所未有的深度和广度迅速地延拓人类对于宇宙和自然规律的认识。

空间天文领域的探测和研究对实现我国基础科学前沿突破具有重大意义。

• 空间天文涉及当代自然科学中宇观和微观两大科学前沿及其交叉科学，对于认识包括宇宙的起源演化、星系和各类天体的形成与演化、中子星和黑洞等致密天体的物理过程，理解从量子到引力现象，以及各种极端条件下的物理规律，甚至回答人类在宇宙中是否孤独等一系列重大科学问题具有不可取代的作用。

• 空间天文研究富于新的发现机遇，孕育着科学上的重大突破和发现，涵盖了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020 年）》基础研究科学前沿问题“物质深层次结构和宇宙大尺度物理学规律”的核心内容。

• 此外，我国的航天活动进入21 世纪后发展迅猛，日地空间的灾害性天气事件对航天器安全和可靠运行的影响十分明显，太阳空间探测具有预报空间灾害性天气的重大现实意义。

本文摘编自《中国空间科学 2035发展战略》[“ 中国学科及前沿领域发展战略研究（2021—2035）”项目组编. 北京：科学出版社，2024.1]一书“第二章　空间天文学”，有删减修改，标题为编者所加。

（中国学科及前沿领域2035 发展战略丛书）

ISBN 978-7-03-076948-0

责任编辑：石　卉 李嘉佳

进入太空时代以来，空间科学蓬勃发展，有力地推动了人类文明的发展进步、提升了国家的综合实力、促进了社会经济的整体向上。本书面向2035 年，探讨国际空间科学前沿发展趋势和我国空间科学未来发展策略，深入阐述空间科学及其各分支学科的科学意义与战略价值、发展规律与研究特点，系统分析空间科学的发展现状与态势，凝练空间科学的发展思路与发展方向，并提出我国空间科学的优先发展领域和政策建议。

本书为相关领域战略与管理专家、科技工作者、企业研发人员及高校师生提供了研究指引，为科研管理部门提供了决策参考，也是社会公众了解空间科学发展现状及趋势的重要读本。

（本文编辑：刘四旦）

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