行星的演化与其热历史密切相关。行星热历史主要是研究行星热能的现状、演化历史及其起源等问题。行星的分异、火山活动、构造活动和岩浆活动是行星热历史的反映。火星的质量介于地球和月球之间，具有过渡型的特征。早期急剧加热熔融，分异形成壳、幔和核，内部物质的分异程度高于水星，低于地球。热量的积累和失散以及演化程度也介于水星和地球之间，火星形成后的20亿年，构造岩浆活动最激烈，通过连续的构造、岩浆活动和火山喷发，逐渐形成火星上的各种火山地形、断岩和峡谷。火星现今没有明显的构造岩浆活动和火山喷发，接近于地质上的宁静期。内部物质除气过程产生的气体仅部分被火星捕获，构成稀薄的大气层。火星表面有明显的风蚀和堆积作用，火星地形受到一定程度的改造，古老地形和环形坑地形的保存程度比地球好。
通过从整体、全局性的探测，到局部详细特征的分析，再到内部组成的研究，解析火星的表面过程、构造特征、地质单元和内部结构，研究火星的地质演化历史，并通过与地球、月球和金星等的对比分析，为地球尤其是地球环境的演化提供重要启示。
结合国际火星探测历程、现状与发展趋势，我国火星探测的主要任务是环绕遥感探测、软着陆巡视探测和取样返回，实现对火星从全球普查到局部详查、再到样品试验室分析的科学递进。其中，环绕遥感探测科学目标着眼于火星全球、全局的探测，建立火星科学总体、全局的科学概念；软着陆巡视探测科学目标着眼于火星局部地区重点探测（火星试验室和巡视探测器），开展火星科学试验；取样返回科学目标着眼于着陆点的现场调查与分析和火星样品的分析研究，开展比较行星学研究。
环绕遥感探测科学目标包括：探测火星地下水冰和极地冰盖中水冰存在的深度、范围和含量，绘制火星水冰分布图；开展火星土壤层特性的探测，研究火星表面土壤分类、分布和结构特征；开展火星全球形貌探测和重点地区详查，绘制火星表面影像图和地形图，研究火星表面水流地貌、火山地貌、风蚀地貌、撞击坑地貌和极地冰川地貌特征及其变化，以及未来火星着陆区形貌特征；开展火星表面物质成分探测，研究火星表面元素、矿物组成和岩石类型的基本分布规律；开展火星大气电离层及行星际环境探测，通过测量不同能量水平的各类粒子（电子、离子、中性粒子）的谱分布及宏观物理性质，分析火星电离层的电导特性、电流分布、等离子体波和粒子辐射环境特性，研究火星的水逃逸过程、火星电离层与太阳风的相互作用。
软着陆火星的巡视探测科学目标包括：开展着陆区地貌与地质调查，研究着陆区构造特征和地质演化过程；开展着陆区土壤成分探测，研究火星表面的土壤元素丰度、矿物组成、岩石类型；开展火星地下水（冰）探测，分析火星表面水（冰）层位和含量；开展火星表面气象观测与环境分析，监测火星表面大气、尘暴等变化特征，分析中性大气和电离层结构与成分；开展火星生命信息探测与科学试验。
取样返回科学目标：着陆点的现场调查和分析包括：开展着陆点区域形貌探测和地质背景勘察，获取与火星样品相关的现场分析数据，建立现场探测数据与试验室分析数据之间的联系；火星样品的分析研究：对火星样品进行系统、长期的试验室研究，分析火星土壤的结构、物理特性、物质组成，深化火星成因和演化历史的研究，开展比较行星学研究。
通过火星环绕、巡视探测及取样返回，实现从全球普查到局部详查、着陆就位分析、再到样品试验室分析的科学递进。1. 获得火星土壤分布图、结构层位信息、非露头层序的结构特征；2. 探测火星电离层的导电性及电流分布和火星电离层中的等离子体波特性；3. 研究火星大气中高能粒子辐射能谱和成分的三维空间分布；4. 利用火星表面特殊环境，进行生物学和物理学试验。同时，获得火星返回样品，并对这些样品进行系统、综合研究，进一步深化对火星起源、演化的认识。火星探测的其他亮点工作还有：奔火过程中甚低频射电测量；分辨率100米左右的火星影像图和分米级局部图像；火星中性大气成分垂直结构；更加精确地探测火星大气中的水逃逸过程；火星中高纬度地下水冰的确认与分布、极地水冰分布；等等。
$太阳探测的科学畅想
太阳既是离人类最近的一颗典型的恒星，对太阳的探索和研究将为我们提供宇宙中其他恒星上所发生的基本的天体物理过程和规律；同时，太阳也是对人类生存环境和地球附近空间作用和影响最大的天体，研究和探索太阳演化和活动的基本规律，增强我国对太阳风暴的监测、预报和警报能力，满足国民经济建设，社会发展和国家安全的需求。
太阳物理中还存在着许多重要的问题悬而未决，例如太阳内部结构理论、太阳活动周的起源、太阳耀斑和日冕物质抛射的触发机制、色球和日冕的反常加热问题、太阳风的加速等。认识太阳活动对人类社会生存环境和地球附近空间环境的作用和灾害性的影响，必须寻求采用最新的探测手段、研究新的技术方法，在新的探测领域获得最新的科学发现。对于太阳来说，比如对太阳磁元的多波段同时探测、在全部甚低频波段的宽带动态频谱的连续探测等方向还存在巨大空间去获得有价值的科学新发现。
我国深空太阳探测应立足优势基础，瞄准科学前沿，关注灾害性影响，突出重点方向，按照点、面、体系统布局，实现深空定点太阳观测、太阳极轨观测和太阳风暴的全景观测。探测太阳矢量磁场、速度场和辐射场，研究太阳磁场和太阳活动的起源和演化，揭示太阳耀斑和日冕物质抛射等爆发现象的物理机制；探索太阳风的起源和太阳整体磁场的形成机制；追踪和诊断太阳风暴在日地空间的传播过程及其对近地空间环境的灾害性影响，提高对太阳风暴的预报和警报能力。
定点太阳观测
在距地球约150万千米的第一拉格朗日点（L1）为日地连线的引力平衡点进行太阳探测，与近地轨道相比，可减小多普勒偏离对磁场和光谱测量的影响（一个量级），提高测量精度；可提前0.5—2小时探测到太阳扰动和各种粒子，有利于太阳风暴的监测和预警；任何时候均不受地球遮挡，可连续获得实时数据；不受地球辐射带影响，有利于设备的长期运行；探测器的姿态容易实现稳定指向。因此，L1点是理想的深空太阳观测位置。
因此，可以在日地第一拉格朗日点，通过大口径、高分辨的太阳磁场望远镜，观测太阳磁场、速度场，认识太阳磁场的基本结构和演化特征；通过与高分辨率的极紫外成像仪、Hα和白光成像仪、莱曼阿尔法成像仪、高能辐射谱仪和粒子探测包、太阳和行星际射电频谱仪的协同观测，研究色球和日冕加热、太阳耀斑和日冕物质抛射的源区特性、太阳耀斑的非热过程和粒子加速、太阳风暴在行星际空间的传播过程等，揭示太阳耀斑和日冕物质抛射中能量存储和释放的物理本质，为太阳活动预报提供重要的物理依据。
太阳极轨观测
到目前为止，太阳物理学仍存在几大科学问题：太阳活动周的运行机制、太阳磁场的起源、色球和日冕的加热机制、高速太阳风的加速过程等。这些科学问题在其他天体物理领域也普遍存在。要解决这些问题，必须对太阳极区的磁场结构和演化、等离子体动力学特征进行可靠探测。极区磁场很可能是太阳发电机的种子磁场，但是，从未被俯视观测过，太阳极区是否存在对流过程也从未被确切诊断。因而观测极区磁场的结构和演化，诊断极区对流等离子体动力学特征，就成为太阳物理中一个关键科学问题。另外，高速太阳风和太阳爆发活动是影响人类生存环境最主要的两类太阳物理过程。极区是高速太阳风的源区，迄今人类对太阳风加速的位置、初始高度、磁场和等离子体环境尚无清晰的认识。由此，进行极区太阳风初始加速的直接观测，对认识太阳风的起源有决定性的意义。
通过太阳极轨探测器，首次对太阳极区的磁场、速度场和辐射场进行俯视成像和光谱观测，可揭示太阳极区物理场的基本特征及其变化，探索高速太阳风的起源和太阳整体磁场的形成机制。
由于在黄道面无法对太阳极区进行观测，因此，开展太阳极轨探测是非常必要的。
太阳风暴全景观测
由于地球电离层影响，在地面无法对太阳电磁风暴从太阳表面到近地空间的传播过程进行甚低频射电连续全景成像观测。在偏离日地联线的引力平衡点第四拉格朗日点（L4）或第五拉格朗日点（L5），或者在地球绕日轨道偏离45°的深空位置，由多颗微小探测器编队组阵进行太阳甚低频成像观测，能够跟踪太阳活动现象在日地空间传播过程，获取太阳风暴前兆、初发及其日地空间环境响应的重要信息，结合其他载荷实现从太阳附近到近地空间对太阳风暴的全景观测，研究太阳风暴在日地空间传播的基本规律，为灾害性空间天气事件的预报警报提供可靠依据，并填补国际空白。
因此，可发射多颗微小探测器，在深空进行编队组阵，通过综合孔径技术在0.3—30MHz甚低频频段进行射电干涉成像，结合主星上搭载的磁象仪、日冕仪和硬X射线成像仪等，实现从太阳表面以上4—5个太阳半径处到近地空间的日冕物质抛射、太阳风、高能粒子辐射等现象的连续全景成像跟踪，认识太阳风暴对近地空间环境的灾害性影响。
按照深空太阳观测点、面、体的系统布局，首次任务主要探测太阳磁场的元结构；第二次任务探究太阳磁场的起源；第三次任务是观测和掌握太阳电磁风暴的全过程。对太阳活动的长期监测，则主要靠地面望远镜的系统观测来实现。
$小行星探测的科学畅想
小行星是围绕太阳运行的岩石或金属天体，它们的体积相当小，内部演化程度低，较完整地保留了太阳系早期形成和演化历史的遗迹，通过探测小行星可为探索太阳系早期形成和演化过程提供重要的线索，也为解开地球生命起源之谜提供重要的证据。此外，近地小行星运行轨道与地球相交，对地球上生命的安全造成了极大的威胁。迄今科学家已经在地球上发现了168个撞击坑，6500万年前以恐龙为代表的70%的地球生物物种的灭绝就是源于一次直径约10千米大小的小行星撞击地球。2004年发现了有史以来危险等级最高的一颗小行星“阿波菲斯”，很有可能在2029年和地球擦肩而过，在2036年撞击地球，释放的能量将比广岛原子弹爆炸高10万倍。因此，通过发射探测器对小行星进行系统的科学研究，不仅可了解小行星的形成和演化过程，对与探索防范其撞击地球而所采取有效的规避措施是非常必要和紧迫的。
由于地面观测小行星具有一定的局限性，而深空探测则是对小行星和彗星特性的深入探索和全面认知。传统地面小行星观测可获得基本轨道参数和一些物理特性（但仅局限于千米级以上的目标），对小行星物质成分的分类和形状的解析度则是非常有限，而对体积大小、物质组成、内部结构、引力场，磁场等参数的测定几乎是空白。然而，空间探测是全波段探测，从早期的可见光探测，逐渐扩展到γ射线、X射线、紫外、可见光、红外、微波和无线电波的整个电磁波谱；无论是影像还是成分探测，时空分辨率越来越高；分析手段也从遥感分析、就位分析到返回样品的试验室分析。这些探测活动将对小行星和彗星的各方面特性进行深入的了解及对其运动规律进行全面的掌握，对小天体撞击地球的可能性和灾害程度进行系统的研究和评估，特别是为将来规避小行星的威胁而采取有效的防范或规避措施提供了重要的科学依据，从而最终保护地球和人类的安全。
小行星的空间探测一般是经过飞越、伴飞、附着和采样返回等历程，如伽利略号、深空1号、星尘号和罗塞塔探测任务。其中伽利略号任务飞越的小行星Ida是人类第一次发现拥有自己天然卫星的小行星。尼尔号探测器是人类第一次针对近地小行星的探测任务，探测方式为伴飞和附着。隼鸟号探测器针对系川小行星已经成功附着并实施采样返回。目前国际上小行星深空探测主要是围绕采样返回任务开展，以及实现由无人探测到载人探测，如NASA已制订“移民石”计划拟登陆小行星。
我国开展小行星探测的基本科学目标应该围绕太阳系起源、地球生命起源和水起源以及地外生命物质存在等重大科学问题。通过对碳质（和其他原始）小行星开展深空探测，直接取得太阳系原始成分来探索原始组成生命的有机化合物的存在形式和探索地球生命在外太空的适应能力，深化认识太阳系的形成过程和演化历史；探测小行星的轨道、大小、形态、成分与结构，分析小行星撞击地球的几率，研究规避小行星撞击地球的方式，保护地球和人类安全。
根据太阳系中小行星的位置分布，大体上可分为主带小行星、特洛伊小行星、柯依伯带天体、半人马天体和近地小行星。从目前人类已获得成功的空间探测任务和研究成果来看，绝大多数威胁地球的小行星为近地小行星。因此，首先将开展对近地小行星的多目标多任务探测，在此基础上开展对主带小行星的探测。此外，随着技术的不断发展，柯依伯带天体将是继主带探测之后的目标。
小行星的空间探测本身是一项多学科、高科技集成的系统工程，将推进航天工程系统集成、深空测控通信、新型运载火箭和航天发射等航天技术实现跨越式发展，从而保持中国进入空间能力的不断提高。同时，它也必将带动信息、材料、能源、微机电、遥感科学等其他新技术的提高，对于促进中国社会经济的发展具有重要意义。
我国太阳系小天体的探测科学目标可主要围绕太阳系内原始天体进行探测，即开展对小行星、彗星、矮行星、柯伊伯带天体、火星卫星、巨行星不规则卫星和其样本——陨石和行星际尘埃等的探测研究。以飞越、伴飞、附着、取样返回等探测方式，对近地目标小行星进行整体性探测和局部区域的就位分析，对主带目标小行星实现取样返回。因为这些天体不仅记录了关于太阳系形成和早期历史的独特信息（太阳系形成的初始状态、条件和过程），而且对于理解太阳系原始有机物起源和地球组成生命的有机化合物的起源，对于保护地球的生物圈和环境气候等有着重要的科学价值和现实意义。
