2019 年，你的研究领域有哪些新趋势，又会面临哪些新挑战？ 第1页

抖个机灵：面临的挑战永远是经费不够[逃]

像我等这种（还是脱离一线的）科研小民工，还不敢妄段学界动向。我等的视野太小了。

不过大佬们肯定时刻在考虑领域的大盘子，而且是几十年的大计。2017 年 3 月的国际天文学会的天体化学会议上，学界大佬 Ewine F. van Dishoeck 发表了一篇前瞻文章，列出了未来二三十年内天体化学领域的挑战，一共 14 条。

大致翻译一下（翻译没有很抠字眼，含义如有出入，以原文为准）。重点在前两条。

1. 保障未来 20 年的新科研设备的建设和运营经费（比如一直跳票的詹姆斯·韦伯空间望远镜，正在运行或建设的 ALMA，SKA 等）
2. 促进化学家、物理学家和天文学家之间的交流，并说服（政府和民间）资本继续为这个领域提供资助
3. 搭建符合实际的尘埃-气相模型
4. 搞清楚弥散云和半透明云的化学组成
5. 搞清楚含碳物质两种形成机制各自的重要性
6. 搞清楚星际尘埃形成和消失的过程
7. 缩短银河系内的天体化学和河外星系的天体化学之间的距离，进一步揭示早期宇宙的恒星形成过程
8. 搞清楚冷分子云中分子（尤其是复杂分子）从尘埃脱附的过程
9. 利用化学特征来明确星云的结构、演化阶段以及时标
10. 搞清楚外流的物理和化学特征
11. 搞清楚冷分子云中复杂有机分子的形成过程，并努力探测更复杂的分子（三个碳以上的有机分子）
12. 搞清楚原行星盘中的化学
13. 搞清楚恒星形成时大块物质的组成，和太阳系形成初期的样本进行关联
14. 搞清楚系外行星大气中的化学组成

3-14 都是具体的科学问题，就不展开说了。前两条，往大了说可以说是任何科学领域面临的挑战。天体化学研究是一个非常交叉的学科，它需要化学家、物理学家和天文学家（甚至地球科学家）的共同参与，也需要实验科学、理论科学和天文观测三方的支持。然而，学科越是交叉，来自不同领域的学者相互沟通、相互了解的成本就越高。而且想要获得研究经费的资助，就需要更努力地说服传统领域中对新兴领域了解还不够充分的资助者。而且，天体化学中的关键一环需要天文观测，而且是非常高灵敏度的天文观测的支持。建设并维持高水平的天文台的运行，是一笔非常可观的开销。这关系到领域未来长期的发展。

那么，为什么要研究天体化学呢？天体化学说到底，期望解答两件事。一是恒星和行星的一生是怎么样的。这其实是天体物理学关心的问题，但化学的加入可以为研究物理过程提供丰富的示踪信息。第二件事则更为意义深远：宇宙中的生命从哪儿来？人类自身就是生命的代表，所以宇宙中肯定是能产生生命的。我们在对太阳系天体的详细研究中也已经知道，彗星啊、其他行星上啊，存在适合生命生存的条件，存在氨基酸等生命相关的物质。但是再往前呢？太阳系是宇宙中的个例，还是普遍现象呢？目前，天体化学的研究已经指出了一个方向：星际空间中普遍存在有机分子。但是从有机分子到生命分子，这「临门一脚」究竟怎么发生的，还没有搞清楚。如果在未来二三十年内，天体化学能够解答这件事情，我们就能够有很大的把握说，生命在宇宙中可能是普遍存在的，我们并不孤独。

所以，天体化学的研究，可以说是在试图解答人类的哲学终极三问「我是谁？我从哪儿来？我要到哪儿去？」中的第二个问题。它是人类在茫茫宇宙中寻找同伴的努力。

对中国来说，天体化学领域还面临更大的挑战：缺人，缺认知。

首先，天体化学这个学科概念还没建立起来——中国高校中连天文系都屈指可数，何况下面的交叉学科。从事天体化学研究的人员也不过二三十个人。2017 年的那次国际会议，中国大陆出席的研究人员只有 3 人。（对比，美国有 37 位学者参会）所以，在天体化学的研究中，中国研究者的声音是比较稀少的。对于希望新进回国的相关人员，想要找到好的单位也很困难，和同行之间的交流合作也会面临挑战。

从经费的角度看，也没有专门对口的申请通道。你只能去到传统科学——物理、化学、地学这样的门类中和其他人竞争。这对于偏重化学方向的研究者来说尤其困难：你该怎么和那些搞材料刷引用率的人竞争呢？我想，只有让领导们意识到这个学科的重要性才有可能吧。

我们国家现在在大型天文设备上的投入是不断加大的，这是件很好的事情。我们已经有钱去建造 FAST 这样国际一流的望远镜，也深入参与了国际合作项目（比如 SKA）。这让中国在国际天文学界中的地位和知名度不断提升。相反，美国因为政治原因，近年来不断科研经费的削减。再加上 JWST 和 ALMA 这两个烧钱大户，几乎烧光了 NASA 和 NSF 的钱，导致不得不关停数个其他的天文台。有很多美国同事曾对我说，未来要建设新的天文台，就看中国的了。

不过，对天体化学来说，更需要的是像 ALMA 以及西班牙的 IRAM 这样的毫米波射电望远镜。我们国家有没有能力也参与到这方面的投资建设中来，并且资助一批年轻的科研人员，在天体化学领域也在国际同行中占领一席之地呢？

这或许是中国天体化学领域未来二三十年面临的最大挑战。

14 条挑战的原文如下。这篇文章可以在 arXiv 上找到： Astrochemistry: overview and challenges

1. To secure new facilities for Astrochemistry in the 2030–2040 timeframe.
2. To continue to bring chemists, physicists and astronomers together to characterize and quantify molecular processes that are at the heart of Astrochemistry, to have open lines of communication to prioritize needs, and to convince funding agencies to continue supporting this interdisciplinary research.
3. To build realistic gas-grain models from microscopic to macroscopic scales,
including translation of laboratory ice chemistry experiments into parameters that can be adopted in models.
4. To obtain a full inventory of the chemical constituents of diffuse and translucent clouds, and explain – at the same time – their chemical simplicity and complexity.
5. To quantify the importance of top-down versus bottom-up chemistry in
the production of carbon-bearing molecules.
6. To nail down the dust formation and destruction processes and their efficiencies in the envelopes of evolved low- and high-mass stars, for different metallicities.
7. To bridge the gap between subpc galactic and kpc extragalactic astrochemical studies as functions of metallicity out to the highest redshifts, and to use molecular observations of calibrated tracers to unveil a new understanding of star formation in the
early Universe.
8. To identify and quantify the mechanisms by which molecules, including the more complex ones, are desorbed (intact) from the grain surface in cold clouds.
9. To use chemical signatures to constrain physical structure, evolutionary
stage and the amount of time spent in certain cloud phases.
10. To characterize the chemical and physical structure of outflows, especially near the launching point of the jets and (disk) winds that drive them.
11. To identify the main formation routes of complex molecules in dense clouds, to push detections to even higher levels of complexity including prebiotic species like amino acids, and to assess how dynamics and geometry during star formation can affect their abundances.
12. To make a chemical inventory of disks (from inner to outer, surface to midplane, and young to old) and relate observed molecular structures to underlying gas and dust structures.
13. To determine the (bulk) chemical composition and origin of planet-forming material (inheritance or reset) and relate that to what is found for icy bodies in our own Solar System.
14. To determine exoplanetary atmosphere compositions and to characterize the chemical changes along the many steps to planet formation, necessary to relate
exoplanetary atmosphere compositions to their birth sites in disks.