汲曉奇

劉慧根

10月8日，瑞典皇家科學(xué)院將2019年諾貝爾物理學(xué)獎授予詹姆斯·皮布爾斯、米歇爾·麥耶以及迪迪?！た迤?，以表彰他們在人類理解宇宙演化史和地球在宇宙中所處位置而做的貢獻。其中，麥耶和奎洛茲的獲獎原因是他們曾于1995年發(fā)現(xiàn)首顆圍繞類日恒星運行的系外行星，即51Pegasi b。面對浩瀚的宇宙，人類曾有過無數(shù)次遐想，但他們二人的發(fā)現(xiàn)顛覆了我們對太陽系外的行星世界的固有看法，并引發(fā)了天文學(xué)歷史上的革命。

迄今為止，人類所發(fā)現(xiàn)的4000多顆系外行星千奇百怪，令人難以置信?！昂芏嘞低庑行堑那闆r與我們所在的太陽系大相徑庭，比如，51Pegasi b，它的公轉(zhuǎn)周期只有5天，但是這顆行星的大小又和木星相當(dāng)，這種行星在太陽系里是很難想象的。系外行星的多樣性對基于太陽系的行星形成和行星演化理論構(gòu)成了一定挑戰(zhàn)?！蹦暇┐髮W(xué)（以下簡稱“南大”）天文與空間科學(xué)學(xué)院副教授劉慧根在采訪中解釋說。

多年來，劉慧根一直致力于系外行星領(lǐng)域的研究，探索著璀璨星空的奧妙，樂此不疲。正如哲學(xué)家黑格爾所言，一個民族要有一群仰望星空的人，民族才有希望。“80后”劉慧根就是那群仰望星空、不斷探索未知的天文學(xué)家之一。投身科研以來，他始終秉持著探索、創(chuàng)新的科研精神，希望可以借助南大這個優(yōu)質(zhì)平臺，通過一次次的天體觀測，逐漸揭開系外行星的神秘面紗，為中國天文學(xué)的發(fā)展貢獻自己的一分力量。

結(jié)緣天文學(xué) 鑄就科研路

高考，兩個簡單的字卻構(gòu)成一個神圣而又令人敬畏的詞語。它既承載了萬千學(xué)子的大學(xué)夢想，又承載了萬千父母的殷切希望，更承擔(dān)了為國家選拔人才的重任，可以說是人生中一個重要的轉(zhuǎn)折點。對于劉慧根來講正是如此，“我的天文學(xué)生涯其實就是從進入南大之后開始的，其中最關(guān)鍵的選擇節(jié)點就是高考時填志愿”。正是高考為他開啟了一扇科學(xué)探索的大門，讓他有機會接觸并了解天文學(xué)，逐步走上科研之路，成長為一名年輕的天文學(xué)家。

當(dāng)時正值2002年，互聯(lián)網(wǎng)雖已有一定的發(fā)展，但遠沒有現(xiàn)在這么便捷，劉慧根對天文學(xué)也只是一知半解——“對天文學(xué)的認識也就是停留在看天上的星星”。通過班主任的介紹，劉慧根覺得南大不錯，特別是該校的天文系在全國排名第一，而天文系對本科生的要求是要有扎實的物理和數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)。這對于數(shù)學(xué)和物理成績都很不錯的劉慧根來說，非常具有吸引力?！拔耶?dāng)時就希望能夠繼續(xù)學(xué)習(xí)與數(shù)學(xué)、物理相關(guān)的一些專業(yè)，這樣看來選擇報考天文系也是一種冥冥之中天注定的感覺?！痹谡劶斑x擇天文學(xué)專業(yè)的原因時，劉慧根爽朗地回答道。

南大天文學(xué)系（現(xiàn)為天文與空間科學(xué)學(xué)院）創(chuàng)建于1952年，是中國高校中歷史最悠久、培養(yǎng)人才最多的天文學(xué)專業(yè)院系，被譽為“中國天文學(xué)頂尖人才的搖籃”，擁有目前國內(nèi)唯一的天文學(xué)一級重點學(xué)科。該學(xué)科素以專業(yè)設(shè)置齊全、學(xué)歷層次完備、師資力量雄厚、治學(xué)態(tài)度嚴謹而享有盛譽，在歷次學(xué)科評估中位居國內(nèi)高校天文學(xué)專業(yè)第一。劉慧根就是在這所學(xué)術(shù)氛圍濃郁的大學(xué)中與天文學(xué)結(jié)下了不解之緣。

“南大天文學(xué)系所涉獵的方向是最廣的，覆蓋的范圍是最全的，包括從天體力學(xué)天體測量，到太陽系的行星、星系，以及宇宙學(xué)，這些領(lǐng)域都有老師在做相應(yīng)的研究。我最大的感受就是，在這里學(xué)天文，你能接觸到天文學(xué)的各個方向?！北究齐A段的學(xué)習(xí)讓年輕的劉慧根大開眼界，讓他意識到天文學(xué)所包含的內(nèi)容是如此豐富，不僅涉及人類熟悉的地球、太陽系，更關(guān)系著銀河系、系外星系，乃至整個宇宙的起源與演化。天文學(xué)本身異常豐富的內(nèi)涵以及學(xué)識淵博的老師們深入淺出講解，使劉慧根逐漸萌生出對天文學(xué)強烈的興趣，并立志走上了科研之路。

大四時，劉慧根的畢業(yè)設(shè)計課題就與系外行星有一定的關(guān)系，他跟隨周濟林老師做一些與系外行星相關(guān)的動力學(xué)方面的研究?！?006年時該領(lǐng)域的研究還比較少，這就給我們很多展示的空間，我們可以有自己的猜測和理解?！眲⒒鄹t虛地說道。那時他對將于2009年發(fā)射的開普勒望遠鏡已略有耳聞，尤其是被其“尋找類地行星和生命存在的跡象”的神圣使命深深吸引，也想去繼續(xù)探索這一類的科學(xué)問題。同時如果開普勒望遠鏡成功發(fā)射的話，那就意味著將會帶來更多有關(guān)系外行星的觀測數(shù)據(jù)。因此無論從理論還是觀測上，選擇系外行星方向的研究對劉慧根來講都是一個機遇。

機遇總是留給有準(zhǔn)備的人。一直勤奮好學(xué)的劉慧根在順利獲得保送研究生的資格后，便將系外行星選為科研方向，師從周濟林教授，開始了5年的碩博連讀?！跋低庑行怯泻芏嗟胤胶吞栂挡灰粯樱浅Ｗ屓顺錆M遐想。隨著系外行星的不斷發(fā)現(xiàn)，證明了此前以太陽系為模板的行星系統(tǒng)建立理論并不一定是普適的，這就引發(fā)了我們的更多思考?！痹诮鉀Q一個問題的過程中，往往會遇到更多新的問題，而當(dāng)你不斷想去解決新問題時，又會提出更多、更新的問題，這不正是科研的魅力所在嗎？正是在強烈求知欲和探索欲的驅(qū)動下，劉慧根一直奔跑在科研的大路上，在探索的同時收獲著快樂。

探索宇宙奧秘 體味科研樂趣

作為一門古老的科學(xué)，自有人類文明史以來，天文學(xué)就占據(jù)著重要的地位，它遵循著觀測—理論—觀測的發(fā)展途徑，不斷把人的視野伸展到宇宙新的深處。古代的天文學(xué)家通過觀測太陽、月球和其他一些天體及天象，確定了時間、方向和歷法；哥白尼的日心說曾使自然科學(xué)從神學(xué)中解放出來；康德和拉普拉斯關(guān)于太陽系起源的星云說，在18世紀(jì)形而上學(xué)的自然觀上打開了第一個缺口……可以說，對人類文明起重要作用的事件都和天文研究有著密切的聯(lián)系。

“我覺得天文學(xué)對于人類建立宇宙觀、價值觀，包括重新認識人類社會，認識地球都有很大的益處。尤其是現(xiàn)在，我們提倡‘人類命運共同體’，當(dāng)你看過茫茫宇宙之后，再回過頭來看地球，看我們生活的家園時，你可能會有不一樣的體會?！睉阎鴮μ煳膶W(xué)的無比熱愛，博士畢業(yè)后，劉慧根加入了母校，成為一名科研工作者，開啟了人生的新征程。

想要研究天文學(xué)，理論與觀測一個也不能少。在學(xué)生時代側(cè)重于理論學(xué)習(xí)的劉慧根，如今有了更多觀測的機會?！袄碚摵陀^測其實是相輔相成的。雖然在觀測時會有很多重復(fù)性的工作，但正所謂‘不積跬步無以至千里’，科學(xué)發(fā)現(xiàn)就是一點一點逐漸積累下來的。而且在觀測和分析的過程中，不斷會有其他的新東西出來，這種正反饋的存在，不僅能緩解消極的情緒，更能帶來源源不斷的動力。”懂得科研真諦的劉慧根總能在外行人看來枯燥單調(diào)的重復(fù)觀測和計算中，找到科研的樂趣，獲取新的發(fā)現(xiàn)。

尤其是南大作為一所兼有文、理、工科的綜合院校，不僅學(xué)術(shù)氛圍濃厚，還常常會舉辦各種學(xué)科的講座，非常有利于研究的展開?！罢嬲鲇^測時就會發(fā)現(xiàn)，想要去解釋觀測問題時，需要的背景知識可能不光只是天文學(xué)，還有其他學(xué)科的背景，這樣更容易產(chǎn)生一些新的想法，換句話說就是需要學(xué)科交叉。而南大的很多學(xué)科比如說地學(xué)、大氣學(xué)等，在全國高校的專業(yè)排名也很靠前。在南大我很容易跟這些學(xué)科的學(xué)者溝通交流，或者聽他們的學(xué)術(shù)報告，這對我在天文或系外行星方向上的研究很有幫助。”從劉慧根的言語中，不難感受到他對母校南大的感恩之情，和那份身為南大人的驕傲與自信。

借助南大這一優(yōu)質(zhì)平臺，劉慧根先后參加了國家自然科學(xué)基金面重點項目“行星系統(tǒng)觀測分析與軌道構(gòu)型的形成”、國家自然科學(xué)基金國際（地區(qū)）合作與交流項目“近鄰紅矮星周圍行星形成機制和大氣研究”，主持了國家自然科學(xué)基金青年基金項目“南極天區(qū)短周期行星搜尋與短周期行星特征研究”。此外，劉慧根主持的國家自然科學(xué)基金面上項目“利用天體測量數(shù)據(jù)對行星系統(tǒng)進行統(tǒng)計和動力學(xué)分析研究”也已通過評選，即將于2020年開展研究。

在該項目中，他及其團隊將基于Gaia數(shù)據(jù)，并結(jié)合TESS巡天，LAMOST等多個項目的最新數(shù)據(jù)，對系外行星進行統(tǒng)計分析和動力學(xué)特征刻畫。“系外行星參數(shù)的精度依賴恒星參數(shù)精度，因此恒星參數(shù)的確定對系外行星研究至關(guān)重要。這次我們將利用更準(zhǔn)確的恒星、行星參數(shù)，以及長時間尺度的掩星中心時刻變化，來分析行星系統(tǒng)動力學(xué)特征，期望能獲得行星系統(tǒng)更準(zhǔn)確的參數(shù)，從而給出太陽系近鄰的行星系統(tǒng)完備的軌道參數(shù)，揭示行星系統(tǒng)的長期動力學(xué)特征。同時，我們還將研究在大尺度結(jié)構(gòu)下，不同環(huán)境對行星系統(tǒng)的影響，從而揭示行星形成和演化的普遍規(guī)律?！眲⒒鄹敿毜亟忉尩馈?/p>

據(jù)了解，行星形成是隨著恒星形成同時進行的，行星在早期原行星盤中的形成受很多因素影響，除了主星本身的質(zhì)量和金屬豐度等因素外，周圍的環(huán)境如輻射環(huán)境、動力學(xué)環(huán)境等也會對行星形成和演化產(chǎn)生重要影響。如何確定行星的環(huán)境一直以來都是一個難點。天體測量衛(wèi)星——Gaia衛(wèi)星的發(fā)射，開啟了高精度天體測量的新紀(jì)元。作為迄今建造的最精確的光學(xué)天文衛(wèi)星，Gaia衛(wèi)星自2013年12月成功發(fā)射升空以來，已為天文學(xué)界傳送回了關(guān)于銀河系中數(shù)百萬恒星的位置和運動的準(zhǔn)確信息?？梢灶A(yù)見，未來的5年內(nèi)，利用Gaia數(shù)據(jù)進行系外行星的統(tǒng)計分析，對近鄰行星系統(tǒng)的統(tǒng)計研究將成為系外行星研究的熱點。

精心育人才 促學(xué)科發(fā)展

科技是第一生產(chǎn)力，而科研人才更是科技發(fā)展中最核心的力量。作為一名高校教師，劉慧根肩負著教書育人的神圣使命，他希望能讓學(xué)生們清醒地認識到——“天賦對于大部分人而言，并不是最重要的。因為一個人只要足夠努力，也能取得很不錯的成績。在學(xué)習(xí)和科研過程中，更重要的還是人的主觀能動性?！?/p>

“從事科學(xué)研究首先要有質(zhì)疑精神，更要勤奮，做到堅持不懈?？茖W(xué)研究是一個長期堅持的過程，就像2019年獲得諾貝爾物理學(xué)獎的皮布爾斯，他從20世紀(jì)60年代初期就開始去構(gòu)建有關(guān)宇宙大爆炸的理論，2019年獲獎時已經(jīng)84歲了。當(dāng)然了，一個健康的身體是前提條件，就像2019年的諾貝爾化學(xué)獎的獲得者——97歲的古迪納夫?！辈稍L中，劉慧根坦言道。

劉慧根

如同一年有四季，在人生不同的階段也會有不同的需求，求學(xué)方面亦是如此。在劉慧根看來，讀大學(xué)時，學(xué)生們開始有機會接觸一些前沿性的理論，可能也會開展一些科研訓(xùn)練，這時要培養(yǎng)他們敢于質(zhì)疑的科研精神；在研究生階段，希望他們將來能成為一名具有創(chuàng)新性的人才，就需要培養(yǎng)他們獨立思考問題的能力?！皩?dǎo)師的重要職責(zé)就是要能給學(xué)生指出一個科研方向，接下來就放手，讓學(xué)生自己去探索、去思考、去解決問題。當(dāng)遇到瓶頸時，導(dǎo)師則要為學(xué)生們指明一些方向，使他們能少走一些彎路?！币笄邢Ｍ麑W(xué)生能早日成才的劉慧根，正用這種教學(xué)理念引導(dǎo)著學(xué)生們在科研路上大步行進。

此外，劉慧根還強調(diào)在科研上也要避免“只見樹木，不見森林”，要學(xué)會全面宏觀地看問題?！斑@個跟現(xiàn)在提倡的通識教育有點異曲同工。學(xué)生不僅要對自己的研究方向勤于鉆研、有所建樹，還應(yīng)當(dāng)對所學(xué)領(lǐng)域有一個宏觀的認識，在各個方向上都有所涉獵，具備該領(lǐng)域不同科研方向的一些基本認識。為未來的發(fā)展提供一個更廣闊的選擇空間，才能在選擇時做到游刃有余?！眲⒒鄹忉尩馈５拇_，天文學(xué)研究與高精尖的觀測設(shè)備密不可分，一旦有新的技術(shù)、設(shè)備產(chǎn)生，例如，LIGO探測到引力波，就會引出新的科研方向。如果有堅實而博大的知識做基礎(chǔ)，就能更快地投入新方向的研究。

遼闊而深邃的星空，蘊含著無窮的真理。千百年來，璀璨的星光一直啟迪著人類的智慧。在科技快速發(fā)展的今天，天文學(xué)家們將有機會破解更多的星空奧秘，這是他們的幸運，更是他們的使命。身處中國研究系外行星最大的團組之中，劉慧根將和其他隊員一同借助南大這一優(yōu)秀科研平臺，通過學(xué)科間的交流碰撞產(chǎn)生出更多新想法，結(jié)合國內(nèi)空間科學(xué)的快速發(fā)展，共同助力中國天文學(xué)，在系外行星領(lǐng)域取得更多、更有影響力的科研成果。