《科學通報》2025年10月下旬刊(“中國天文化學發展專題”）| 文章速遞

天文化學作為天文學、化學與生命科學交叉融合的重要領域, 旨在揭示分子在宇宙極端環境下的形成、演化與消亡機制, 并探索生命化學起源這一根本問題. 自分子射電天文學興起以來, 人類對星際分子的認識不斷拓展,從簡單分子走向復雜有機分子, 研究的深度和廣度持續提升. 隨著大口徑望遠鏡與多波段觀測的發展, 結合實驗室高精度模擬與理論建模, 天文化學已進入多尺度、多手段相互支撐的新階段. “中國天文化學發展”專題匯集我國學者在若干前沿方向的最新進展: 從氘化分子反應網絡的拓展, 到恒星形成區復雜分子的觀測; 從原行星盤化學過程的探討, 到水分子光化學與塵埃表面相互作用的研究; 再到人工智能在譜線識別與反應預測中的應用, 均展現了觀測、實驗與模型的深度交匯.面向未來, 天文化學將在觀測手段的不斷突破、實驗方法的持續完善與智能化工具的加速融入下, 進一步拓展科學邊界, 為揭示宇宙演化規律和生命起源奧秘作出新的貢獻. 封面圖片展示了以觀測、實驗和理論多維驅動天文化學研究的概念. 詳見本期專題.

悅讀科學

界面超導新進展: BaAs/FeAs基異質結中的全能隙超導

程強軍, 任明強, 宋燦立, 馬旭村, 薛其坤

湍流驅動超細卷曲纖維的“超羽絨”材料制備及高效隔熱

程澤堃, 黃浮嘉, 崔智文, 趙善宇, 趙立豪, 伍暉

鄧樂全, 劉宏, 陳皓

仿生MOF功能膜的界面組裝構建人工細胞和人工組織

喬燕

王淼垚鑫, 王佐仁

傅伯杰, 武旭同

科技前沿

肺臟與呼吸道黏膜區域免疫十大科學問題

第778次香山科學會議專家組

觀點

地球系統科學向何處去?——地球春秋之一

汪品先

中國天文化學發展專題

編者按

觀測、實驗與模型交匯, 多維探索天文化學

全冬暉, 勾茜, 李娟

進展

包含氘化分子的天體化學反應網絡

沙浩, 常強, 宋子文, 陳龍飛, 盧楊

本文對氘化分子的化學反應網絡進行了介紹, 闡述了氘化反應的主要途徑及計算各類反應的反應速率系數所用到的公式. 在KIDA數據庫所提供的氣相化學反應網絡的基礎上, 加入了塵埃表面吸附、解吸、合成等反應過程, 為氘化分子的天體化學模擬提供了理論支持. 本文還展示了在典型冷分子云條件下的初步模擬結果, 為后續氘化分子研究奠定了基礎.

銀河系內恒星形成區中含硫和含氮分子觀測研究進展

羅睿, 徐雅霓, 王均智

天體化學結合天文觀測、實驗室化學與理論模型, 解析星際介質分子輻射及吸收特性. 本文介紹如何以含硫與含氮的相對簡單的分子作為切入點研究天體化學, 總結了含硫和含氮分子在恒星形成區的觀測現狀和理論研究進展, 指出需要高空間分辨率觀測以深入理解天體化學過程.

人馬座B2化學性質的觀測研究

李娟, 鄭思琪, 王均智

人馬座B2是位于銀心的巨分子云復合體, 與銀盤上的分子云相比, 它的物理環境非常特殊, 化學組成也異常豐富.本文回顧了我們在人馬座B2的復雜有機分子和前生命分子搜尋方面所做的工作, 并結合國際上的相關工作對未來研究進行了簡要展望.

評述

天體化學中的氣相分子反應動力學

宋凱勝, 李俊龍, 李軍

天體化學研究星際物質的化學成分、形成與演化, 分子反應動力學在其中發揮重要作用. 本文綜述了天體化學中的氣相反應類型、動力學理論處理方法和應用及相關數據集, 以期分子反應動力學為天體化學的深入研究提供幫助.

原行星狀星云中盤的化學簡述

孫浩民, 張泳

中小質量恒星瀕死時拋出的物質會經歷一個短暫的原行星狀星云階段, 其形態逐漸轉變為非球對稱, 盤狀結構開始顯現. 原行星狀星云盤是理解天文環境中分子增豐的關鍵. 本文全面回顧了原行星狀星云盤的觀測成果、形成機制、化學特性, 以及其區別于原行星盤之處.

機器學習在天體化學中的應用

李廣平, 王均智, 王昭

本文綜述了近年來機器學習方法在天體化學領域的應用進展, 重點探討了其在星際分子預測、化學模型優化、分子光譜分析以及反應動力學建模等方面的突破. 隨著觀測技術的不斷提升, 機器學習不僅大幅提高了數據處理效率, 還為揭示星際化學過程的復雜性提供了新的視角. 本文分析了這些技術如何推動天體化學研究的進程, 并展望了它們在未來研究中的潛力和面臨的挑戰.

分子云天體化學模型的進展

葛繼興, 蔡文仲, 張霞, 李芳芳, 王晶晶

分子云為研究恒星形成的初始條件提供了場所. 通過射電波段的分子譜線觀測, 分子云的物理性質和化學性質被詳細地刻畫出來. 天體化學結合了射電觀測、實驗室測量和數值模擬等方面的前沿技術手段, 在近30年來取得了令人矚目的成就. 本文主要闡述分子云天體化學模型方面的研究成果和進展, 并結合典型的分子觀測數據, 展望未來的研究方向.

星際水分子光化學研究進展

楊帥康, 王興安, 袁開軍, 楊學明

分子光化學是研究化學反應機理的基礎學科, 尤其對星際化學和理論化學具有重要意義. 宇宙早期, 小分子的光化學反應對理解分子演化和生命起源至關重要. 大連相干光源的建成為極紫外光化學研究提供了新機遇. 本文重點探討該光源在星際水分子光化學中的應用, 及其對宇宙分子演化的潛在影響.

星際塵埃表面分子脫附能的實驗室測量與模擬

何佼

脫附能是星際化學模型中的關鍵參數, 它決定了分子從星際塵埃表面的固態升華為氣態的溫度. 星際塵埃表面復雜, 脫附過程需要依靠實驗室測量來確定. 本文介紹了測量脫附能的實驗流程及技術細節, 分析了現有實驗的不足并提出了改進建議, 闡述了如何通過速率方程模型描述脫附過程, 從而獲取脫附能的數值.

星際生命前分子的回顧與展望

盧楊, 全冬暉

近年來,星際分子研究取得重大突破,已探測到327種分子, 其中生命前分子(如氨基乙腈、羥胺)為DNA/RNA合成提供關鍵中間體. 然而, 超大規模巡天時代下, 未辨識譜線遠超已認證譜線, 傳統方法難以應對. 人工智能為譜線認證與理論建模提供了新方向, 但生命前分子的生成及消耗機制仍缺乏系統性研究. 本文綜述觀測與建模進展, 分析挑戰并展望未來發展方向.

自然科學基金項目進展專欄

評述/地球與環境科學

地理信息服務研究進展與技術實踐

樂鵬, 王凱旋, 吳浩儒, 劉瑞祥

如何有效提供地理信息服務, 促進全球地理信息互聯與標準制定, 是地理信息研究的重要內容. 本文總結了地理信息服務的若干發展階段, 提出了地理信息服務研究的9個核心議題, 介紹了地理信息服務技術標準實踐, 展示了基于開放地球引擎OGE的新型基礎設施服務模式.

評述

地球與環境科學

污水中微納米塑料的去除技術及其機理研究進展

劉慕涵, 劉霞, 王儲, 杜可欣, 趙子怡, 張樹棟, 林媛, 竇連玉, 趙建

污水處理廠是天然水環境中微納米塑料(MNPs)的重要來源, 明晰污水處理廠中MNPs的去除機理對于提高污水中MNPs的去除效率至關重要. 本文總結了污水處理廠污水中MNPs的去除方法及其優缺點, 重點闡述了每種去除方法的去除機理, 以期為污水中MNPs的有效去除提供技術參考.

論文

地球與環境科學

中國喀斯特生態系統碳匯對氣候變化和人類活動的響應

李明會, 譚秋, 羅光杰, 冉晨, 張思蕊, 熊練, 廖晶晶, 杜朝超, 羅青, 張小蕓, 楊姝, 沈曉倩, 謝元歡, 白曉永

聚焦中國喀斯特地區碳匯潛力, 采用多種數據結合熱力學溶蝕模型與偏導數分析等方法, 明確了該地區碳匯的時空變化特征, 并深入探討了氣候變化和人類活動對其碳匯功能的影響機制, 為喀斯特生態系統碳循環研究提供了新見解, 助力全球變化研究.

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