劉昊林

大千宇宙浩瀚長(zhǎng)空，當(dāng)中國(guó)人的足跡第一次踏入這一領(lǐng)域，當(dāng)“天宮”和“神八”深情“擁吻”，當(dāng)“嫦娥三”平穩(wěn)著陸于月球的虹灣，無(wú)數(shù)鮮花與掌聲背后，有誰(shuí)會(huì)關(guān)注到這樣一些人，他們默默隱于喧囂熱鬧的場(chǎng)景之中，謀劃著中國(guó)涉入太空技術(shù)實(shí)現(xiàn)之后的系列科學(xué)問題——

我從哪里來？要到哪里去？茫茫宇宙中一直飄蕩著這樣的問題。自人類誕生以來，一直致力于了解和探索我們居住的地球甚至是地球以外太空的秘密——它們是怎么起源如何形成的？它們的未來將向何處去？它們的結(jié)構(gòu)又是怎樣的……

2007年10月24日，我國(guó)發(fā)射了第一顆月球探測(cè)衛(wèi)星“嫦娥1號(hào)”。隨著我國(guó)探月計(jì)劃的不斷實(shí)施，探測(cè)火星、小行星以及更遠(yuǎn)的太陽(yáng)系天體的科學(xué)秘密，已經(jīng)引起有關(guān)部門和科技人員的關(guān)注。

“上世紀(jì)90年代以來，國(guó)際上以行星科學(xué)為己任的太陽(yáng)系探測(cè)出現(xiàn)了一些積極的變化，從早期以技術(shù)實(shí)現(xiàn)為主轉(zhuǎn)向以科學(xué)驅(qū)動(dòng)為主，并逐漸向科學(xué)牽引轉(zhuǎn)變。我國(guó)過去很長(zhǎng)一段時(shí)間以來的深空探測(cè)以工程實(shí)現(xiàn)為主，隨著技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和不斷進(jìn)步，必然也會(huì)轉(zhuǎn)向以科學(xué)探索為主這一最終目標(biāo)，而在下一步太空探測(cè)開始之前，我們必須沉下心來思索、規(guī)劃和制定它的探測(cè)任務(wù)，保證科學(xué)成果的最大化……”雖然隱于喧囂熱鬧的場(chǎng)景之中，但中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員、中國(guó)科學(xué)院月球與深空探測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任崔峻卻安于自己所研。探索自然科學(xué)、執(zhí)著科研一直是他的內(nèi)心所向。

最接“地氣”的行星科學(xué)研究

“水金地火木土天，海王行星繞外邊……”宇宙大千事，朗朗書聲傳。經(jīng)歷過初高中學(xué)習(xí)的人一定對(duì)茫茫宇宙太陽(yáng)系中神秘的行星衛(wèi)星有著或多或少的印象。但您聽說過行星科學(xué)嗎？您又對(duì)茫茫太陽(yáng)系中一顆叫做“泰坦”的衛(wèi)星了解多少？進(jìn)入崔峻的研究世界，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)聽起來似曾相識(shí)卻又完全陌生的奧妙世界——

“行星科學(xué)是新興的熱門交叉學(xué)科之一。它是地球科學(xué)的自然延伸。近幾十年來隨著航天技術(shù)的日趨成熟，地球物理學(xué)逐步朝著行星物理學(xué)方向延伸。一方面在科學(xué)基礎(chǔ)上，行星系統(tǒng)是驗(yàn)證地球系統(tǒng)已知規(guī)律的‘理想實(shí)驗(yàn)室，它能夠幫助我們更好地認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系的起源和演化；另一方面行星探測(cè)科學(xué)目標(biāo)的制定和實(shí)現(xiàn)可以推動(dòng)航天等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步。隨著嫦娥探月工程的成功實(shí)施，我國(guó)開始制定宏偉、持續(xù)的深空探測(cè)計(jì)劃，將科學(xué)目標(biāo)逐漸延伸到地球以外的其他行星。這為行星物理學(xué)在我國(guó)的發(fā)展提供了一個(gè)契機(jī)，同時(shí)也提出了迫切的需求……”

雖說起自己的研究專業(yè)來總顯得意猶未盡，但崔峻坦言自己涉足天文這一領(lǐng)域帶有一定的隨意性和偶然性。二十多年前，當(dāng)他如愿考入北大這所全國(guó)學(xué)子都向往的最高學(xué)府的的時(shí)候，懷抱的只是對(duì)父母母校一種懵懂的崇敬，并不能真正體會(huì)天文的浩瀚與精深；二十多年過去，走過美國(guó)亞利桑那大學(xué)、英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)等世界級(jí)科學(xué)研究殿堂，也走過不少?gòu)澛罚刂@條道繼續(xù)走下去的想法卻日漸篤定，只因身體里流淌著的對(duì)科學(xué)研究與生俱來的存在感，亦如近幾年他研究的主體、浩瀚宇宙中那顆神奇的衛(wèi)星——泰坦所帶給他的安樂與寧?kù)o一樣。

在天文學(xué)里，“泰坦”專指土星的第六顆衛(wèi)星——土衛(wèi)六。它是太陽(yáng)系中僅次于木衛(wèi)三的第二大衛(wèi)星。它擁有真正的大氣層，有對(duì)流層、平流層等完整的大氣結(jié)構(gòu)；它的表面有“雨”“雪”“湖泊”等特征；它存在有機(jī)高分子，因而被很多科學(xué)家認(rèn)為是與地球最相像的天體。有關(guān)于泰坦的有趣的探索來自于美國(guó)航空航天局，他們表示已經(jīng)在土衛(wèi)六上發(fā)現(xiàn)生命存在的跡象——某種未知生物正在呼吸著泰坦的大氣，并以地表的燃料為食。甚至有科學(xué)家相信：40億年后，地球就會(huì)被膨脹了的太陽(yáng)吞沒，而泰坦則會(huì)發(fā)展為適合地球生命生存的星球，成為第二個(gè)人類理想的家園。

“正所謂‘不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中只有把地球放在太陽(yáng)系行星大家族的角度來認(rèn)識(shí)地球，才能跳出地球看地球。泰坦代表了地球系統(tǒng)經(jīng)歷的早期階段，它被廣泛用于研究地球環(huán)境的演化規(guī)律，乃至生命的起源?！贝蘧缡顷U述了自己鐘情于泰坦的原因，這顆被他稱為行星科學(xué)里‘最接地氣的衛(wèi)星猶如一顆磁石，吸引著他不斷探索的腳步——

掀開“土衛(wèi)六”神秘面紗

1997年10月15日，美國(guó)肯尼迪航天中心，隨著一聲轟天巨響，20世紀(jì)最大、最復(fù)雜的行星探測(cè)器“卡西尼”號(hào)飛船攜帶登陸器“惠更斯”發(fā)射成功。從此踏上耗時(shí)7年、長(zhǎng)達(dá)35億千米的孤獨(dú)寂寞土星之旅。它的主要任務(wù)是，對(duì)土星、土星光環(huán)及土星的衛(wèi)星，尤其是其中的土衛(wèi)六進(jìn)行空間探測(cè)。那一年，崔峻還只是一名剛從北大燕園物理系畢業(yè)，進(jìn)入中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)攻讀碩士的學(xué)子。

2004年6月30日，卡西尼非常幸運(yùn)地抵達(dá)了土星這顆帶有美麗光環(huán)的行星，開始環(huán)繞它運(yùn)轉(zhuǎn)，就此展開了原定為期4年的土星探測(cè)任務(wù)。而那一年，崔峻已然遠(yuǎn)跨重洋來到美國(guó)亞利桑那大學(xué)天文系攻讀博士學(xué)位，成為當(dāng)時(shí)參與卡西尼項(xiàng)目唯一一名中國(guó)人。從此，他與泰坦結(jié)下了難解的情緣。

在此后的幾年時(shí)間里，主要基于卡西尼衛(wèi)星質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)分析，崔峻和他所屬的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地先后提出了泰坦高空結(jié)構(gòu)的新模型、泰坦電離層形成的新模型和泰坦大氣逃逸的新模型，解釋了泰坦“如何分布”“從哪里來”“到哪里去”等一系列的問題，由此揭開了泰坦神秘的面紗——

泰坦高空結(jié)構(gòu)的新模型解釋了泰坦高空分子“如何分布”這一問題。任何行星高空物理學(xué)的研究首先需要一個(gè)基于數(shù)據(jù)的高空結(jié)構(gòu)“經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?，而泰坦高空中各種氣體成分的密度剖面是了解整個(gè)泰坦高層大氣物理學(xué)，化學(xué)，動(dòng)力學(xué)特征所需要的基本信息：例如新模型提供了泰坦高空環(huán)境中各種分子隨高度、經(jīng)度和緯度的密度分布規(guī)律，包括各種碳?xì)浠衔?、腈化物以及惰性氣體等。相關(guān)成果被認(rèn)為是“了解卡西尼質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)復(fù)雜性的標(biāo)準(zhǔn)參考文獻(xiàn)”，被審稿人評(píng)價(jià)為“是一篇關(guān)于卡西尼質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)處理的力作……文章對(duì)于各方面定標(biāo)問題的考慮使我印象非常深刻……一個(gè)非常棒的工作……”以及“這篇文章展示了新的，原創(chuàng)性的結(jié)果……文章在技術(shù)角度是非常好的，代表了巨大的工作量和值得作者引以為豪的非常聰明的推理……”。成果被大量引用，為整個(gè)泰坦高空物理學(xué)界后續(xù)工作的展開奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

泰坦電離層形成的新模型解釋了泰坦高空中的等離子體“從哪里來”這一問題。任何一個(gè)擁有永久大氣層的行星或天然衛(wèi)星，大氣頂部是部分電離的，稱為電離層。行星電離層的形成機(jī)制白天是靠太陽(yáng)輻射，而夜間則通常認(rèn)為是靠電子沉降，即來自外部的高能電子撞擊高空分子使之發(fā)生電離。然而這點(diǎn)并沒有任何有力的觀測(cè)證據(jù)。崔峻及其歐美合作者則通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，提出了一個(gè)電離層形成的全新輸運(yùn)機(jī)制。觀點(diǎn)提出后被國(guó)際學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注，例如在Springer出版社學(xué)術(shù)專著“Titan from Cassini-Huygens”（泰坦：來自卡西尼-惠更斯的結(jié)果，2010年出版）中對(duì)崔峻所提出的新模型進(jìn)行整段的全面闡述。

泰坦大氣逃逸的新模型則解釋了泰坦高空分子“到哪里去”這一問題。大氣逃逸指行星高空的粒子擺脫行星引力場(chǎng)束縛而進(jìn)入行星際空間，是決定行星長(zhǎng)期演化的重要因素。傳統(tǒng)的大氣熱逃逸模型認(rèn)為粒子在逃逸面上的速度分布為麥克斯韋分布，而當(dāng)行星逃逸面附近發(fā)生顯著的非熱逃逸過程時(shí)，麥克斯韋分布不再適用。針對(duì)上述傳統(tǒng)觀念，崔峻及其合作者提出逃逸面上的粒子速度分布即使在沒有非熱逃逸過程的情況下也會(huì)被向上傳導(dǎo)的熱流所影響而顯著偏離麥克斯韋分布，大致可以用一個(gè)動(dòng)力學(xué)13矩近似來描述。此模型稱為“大氣熱逃逸的熱傳導(dǎo)增強(qiáng)模型”，是對(duì)傳統(tǒng)熱逃逸模型的重要修正，并被成功應(yīng)用于傳統(tǒng)模型所無(wú)法解釋的泰坦大氣H2逃逸現(xiàn)象。

幾年間，崔峻在卡西尼項(xiàng)目中出色的表現(xiàn)獲得了同行的一致肯定，先后獲評(píng)價(jià)為：“在行星高空物理領(lǐng)域的工作具有很高的質(zhì)量，特別擅長(zhǎng)探測(cè)器數(shù)據(jù)的分析和利用基本物理，化學(xué)（概念）對(duì)數(shù)據(jù)的合理解釋……表明了他是這個(gè)領(lǐng)域認(rèn)可的領(lǐng)軍人物”，以及“在泰坦電離層及大氣逃逸問題上的工作贏得了廣泛的國(guó)際認(rèn)可……在關(guān)鍵性論文中被廣泛引用……得到了應(yīng)有的國(guó)際認(rèn)可度和聲譽(yù)……是國(guó)際行星科學(xué)界一個(gè)很有價(jià)值的成員?！?/p>

泰坦衛(wèi)星的研究為崔峻打響了科研生涯的“重要一炮”，同時(shí)也為他繼續(xù)深入研究金星、火星、月球等太陽(yáng)系內(nèi)其他天體高層大氣和電離層打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)——

時(shí)刻準(zhǔn)備“亮劍”火星

2014年06月25日，中國(guó)對(duì)火星和太陽(yáng)系的探測(cè)計(jì)劃曝光。中國(guó)科學(xué)院院士、月球探測(cè)工程首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)透露：中國(guó)預(yù)計(jì)2020年登陸火星，并在2030年實(shí)現(xiàn)火星采樣返回。在此期間，中國(guó)計(jì)劃對(duì)火星本體展開的科學(xué)研究，將針對(duì)其磁層、電離層、大氣層、地形、地貌特征與分區(qū)、表面物質(zhì)組成與分布、地質(zhì)特征與構(gòu)造區(qū)劃進(jìn)行探索。同時(shí)，火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)、成分，以及其起源與演化將是研究的重點(diǎn)。

曾幾何時(shí)，載人航天、空間站、探月等重大項(xiàng)目，對(duì)中國(guó)曾是一個(gè)縹緲的夢(mèng)。在21世紀(jì)的今天，它們要么已經(jīng)“照進(jìn)現(xiàn)實(shí)”，要么即將“榮耀綻放”。這背后凝聚了多少中國(guó)航天科學(xué)家的心血和汗水。而為圓“登陸火星”這一夢(mèng)想，又有多少科學(xué)家正在竭盡全力地默默付出。崔峻就是其中一員。

2015年，由崔峻主持的“火星電離層形成機(jī)制研究”獲得國(guó)家杰出青年科學(xué)基金。這一項(xiàng)目計(jì)劃時(shí)間為2016～2020年，項(xiàng)目將緊密結(jié)合我國(guó)的深空探測(cè)規(guī)劃，把建立火星電離層形成的全面物理圖像作為核心科學(xué)目標(biāo)。正在論證中的我國(guó)首次火星探測(cè)項(xiàng)目計(jì)劃搭載一個(gè)離子與中性原子探測(cè)儀、一部磁場(chǎng)計(jì)以及一臺(tái)次表層穿透雷達(dá)，將為我們提供豐富的火星空間環(huán)境第一手資料。崔峻這一項(xiàng)目的順利實(shí)施將為充分利用這些資料提供必要的科學(xué)準(zhǔn)備，促進(jìn)自主火星項(xiàng)目執(zhí)行后的第一時(shí)間科學(xué)產(chǎn)出。

在此之前，崔峻在相關(guān)研究方面積累了豐富、扎實(shí)的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)火星電離層形成機(jī)制、電子溫度變化性等科學(xué)問題發(fā)表了一系列論文。在這些豐富積累的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目有針對(duì)性地創(chuàng)造了很多創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）區(qū)分不同的電離機(jī)制一直以來是火星空間環(huán)境的核心科學(xué)問題之一。在項(xiàng)目中，崔峻將注重各個(gè)不同電離機(jī)制之間的比較研究，而不是割裂開來進(jìn)行獨(dú)立的分析，這有助于建立火星電離層形成的完整圖像，充分認(rèn)識(shí)不同機(jī)制各自的特征電離率，作用域及發(fā)生的物理?xiàng)l件；

（2）日夜輸運(yùn)是火星電離層形成的一種重要而被廣泛忽視的機(jī)制，以往的工作無(wú)一例外的基于火星電離層隨太陽(yáng)天頂角變化性的推論，然而這一方法是不完善的，因?yàn)殡婋x層隨太陽(yáng)天頂角的變化性也可以解釋為簡(jiǎn)單的幾何效應(yīng)，在崔峻的項(xiàng)目計(jì)劃中，將直接尋找火星電離層結(jié)構(gòu)的時(shí)間變化性，為日夜輸運(yùn)機(jī)制的確認(rèn)提供直接、可靠的依據(jù)；

（3）以往的研究中默認(rèn)將每一個(gè)觀測(cè)得到的“電離層”結(jié)構(gòu)均解釋為特定的電離機(jī)制所誘發(fā)，沒有明確的觀測(cè)證據(jù)支持（僅為猜測(cè)），項(xiàng)目中將考慮“層”結(jié)構(gòu)本質(zhì)為電離層擾動(dòng)這一被廣泛忽略的可能性，并通過與中性大氣波動(dòng)特性的比較來論證（或否定）這一物理解釋；

（4）研究火星電離層的一個(gè)核心問題在于建立較完善的光化學(xué)-動(dòng)力學(xué)耦合模型，而這一領(lǐng)域目前在國(guó)內(nèi)尚屬空白。在項(xiàng)目中，崔峻計(jì)劃與合作者一起吸收國(guó)際上的豐富經(jīng)驗(yàn)，建立第一套我國(guó)自主的相關(guān)模型，為后續(xù)數(shù)據(jù)-模型的比較研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

雖然需要考慮和注意的細(xì)節(jié)紛繁復(fù)雜，但崔峻依然有條不紊地按計(jì)劃推進(jìn)自己的步伐。因?yàn)樵谒砗?，有一支日漸成熟的團(tuán)隊(duì)正在成型。

作為依托單位，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)已于2014年底正式批準(zhǔn)崔峻成立一支行星物理方向的研究團(tuán)隊(duì)。在未來幾年，崔峻擬從海外引進(jìn)兩名科研骨干，同時(shí)將招聘4～5名博士后科研人員。此外崔峻己招收2名博士生，分別協(xié)助他完成衛(wèi)星射電掩星數(shù)據(jù)和高能電子能譜數(shù)據(jù)的處理及分析。團(tuán)隊(duì)的穩(wěn)步發(fā)展將有助于我國(guó)行星物理后備人才的培養(yǎng)。

“建立較完善的火星高空數(shù)據(jù)處理流程、建立較完善的火星電離層模型、發(fā)展一支小型行星高空物理研究團(tuán)隊(duì)、發(fā)表國(guó)際SCI論文8～10篇……”與很多獲得國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目的目標(biāo)不同，崔峻的計(jì)劃似乎顯得很有學(xué)究氣。

“我自覺自己是一個(gè)做不了什么‘大事的人，我只想認(rèn)認(rèn)真真做好‘小事，扎扎實(shí)實(shí)地做科學(xué)，這才是我能夠掌控的、真正可以實(shí)現(xiàn)的東西。”直至今日，“固執(zhí)”的崔峻依然樂意埋首自己鐘情的科研，為此他甚至拒絕了很多找上門來的工程合作，只為堅(jiān)守一個(gè)內(nèi)心的“自我”——

靜待綻放光芒

處事淡然，隨心所愛，堅(jiān)守內(nèi)心是崔峻留給記者的印象。他對(duì)科學(xué)有著那份近乎于“固執(zhí)”的執(zhí)著，與一般人不同，崔峻的象牙塔攀爬之路要長(zhǎng)很多。從2001年踏出國(guó)門到2010年回國(guó)，飄居海外十年，先是在美國(guó)亞利桑那大學(xué)攻讀了七年博士，之后再到英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)從事了兩年博士后研究工作。期間遭遇過導(dǎo)師因病更換，因美國(guó)出臺(tái)政策對(duì)中國(guó)相關(guān)專業(yè)求學(xué)者進(jìn)行限制而轉(zhuǎn)到英國(guó)從事博士后研究、專業(yè)方向不停改變等溝溝坎坎，也曾有過迷茫困惑，也曾想過中途轉(zhuǎn)向就業(yè)……但崔峻還是咬咬牙堅(jiān)持了下來。所幸的是一旦遇上適宜的環(huán)境，他的深造很快又步入正軌。

2010年，在外多年的崔峻下定決心回到自己的祖國(guó)，雖然沒有相關(guān)的人才計(jì)劃支持，回國(guó)的時(shí)機(jī)顯得還不是很成熟，但至今他仍不后悔當(dāng)初的決定。他成為所學(xué)方向回國(guó)最早的海歸之一。

初回國(guó)那幾年，是他最難熬的一段時(shí)光。因?yàn)榛貒?guó)之初沒有更多地為自己考慮過薪酬的問題，加之不愿勉為其難地遷就只一心專注科研，他的日子過得很清貧。先后輾轉(zhuǎn)在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院兩地從事科學(xué)研究工作。或許是因?yàn)殚L(zhǎng)期旅居海外受科學(xué)殿堂氛圍所染，崔峻很是注重科研人的承諾和信譽(yù)，雖也曾有過更高待遇的誘惑，但他最終還是選擇安然其所，耐著寂寞和清貧，“任性”地走著自己認(rèn)為最舒服、最適合走的科研路。因?yàn)檫m合，所以不覺得有所遷就；因?yàn)檫m合，所以樂于安守。

如果不是記者一再追問，他都不愿意提及父母科研工作者的身份，這個(gè)身份在別人看來或許是便利，但在他看來反倒是限制或者說是鞭策和壓力。上一輩傳給他的更多的是一種對(duì)科學(xué)認(rèn)真的態(tài)度、一份走到哪兒都更要嚴(yán)于律己、謙遜低調(diào)的品格，在他看來這是成長(zhǎng)過程中最寶貴的財(cái)富。

如今，除了在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)擔(dān)任“百人研究員”及團(tuán)組首席科學(xué)家之外，他還在澳門科技大學(xué)兼職帶學(xué)生。在他看來，學(xué)做科研不一定要有多聰明，但一定要找準(zhǔn)自己的定位，還要有非常強(qiáng)的邏輯思維和總結(jié)歸納能力，他希望把對(duì)科研的那份執(zhí)著在學(xué)生那里延續(xù)下去。

點(diǎn)一支煙，泡一杯濃茶或者咖啡就是崔峻打發(fā)難得閑暇時(shí)光僅有的幾種方式，只為尋一份精神之慰藉，保持清醒的頭腦。這位剛過不惑之年的研究員身上還保持著“北京大男孩”特有的那份真性情、不功利，認(rèn)準(zhǔn)的事情無(wú)論如何都會(huì)堅(jiān)守下去。因?yàn)椋冀K相信只要堅(jiān)持，就一定能夠有所獲，亦如他所堅(jiān)持的行星科學(xué)：伴隨著中國(guó)深空探測(cè)計(jì)劃的不斷推進(jìn)，他相信不管是對(duì)他，還是整個(gè)學(xué)科都將迎來一次飛躍的契機(jī)，而他現(xiàn)在所能做的，就是沉下心來，靜待在茫茫太陽(yáng)系中綻放屬于自己的一道光芒。