尋找新地球
——記中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員魏儒義

□ 范佳樂(lè)

專家簡(jiǎn)介：魏儒義，中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員。主要研究太陽(yáng)系外行星探測(cè)的光譜成像技術(shù)方法和新型干涉光譜成像技術(shù)，包括基于相干色散光譜技術(shù)的視向速度法和基于消零干涉技術(shù)的直接成像法等系外行星探測(cè)技術(shù)與方法,行星大氣分子光譜模擬，F(xiàn)TIR光譜技術(shù)及其在大氣微量氣體成分探測(cè)中的應(yīng)用，新型高光譜分辨率以及抗傾斜FTIR光譜技術(shù)。曾主持國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目子課題、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等，參與載人航天工程TG-2、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新項(xiàng)目等，已授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利10項(xiàng)，發(fā)表SCI/EI論文30余篇。

光譜是一門(mén)相對(duì)古老的學(xué)科，自300多年前牛頓用三棱鏡分解太陽(yáng)光的實(shí)驗(yàn)取得成功，開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代光譜學(xué)研究的先河，小到分子、原子，大到星球、宇宙，人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)很大程度上開(kāi)始依賴于各種光譜帶來(lái)的信息。

但古老的光譜學(xué)在某種意義上又是一門(mén)新的學(xué)科，尤其是隨著光譜技術(shù)的融合與發(fā)展，光譜成像這類新技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)，并在太陽(yáng)系外行星的尋找中扮演著重要的角色。這場(chǎng)意義重大的系外行星尋找點(diǎn)燃了無(wú)數(shù)光譜科學(xué)家參與的熱情，中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員魏儒義就是其中一位。

“和20世紀(jì)阿波羅登月相比，在系外行星上發(fā)現(xiàn)生命對(duì)21世紀(jì)人類社會(huì)的影響將更加深遠(yuǎn)。這一發(fā)現(xiàn)將會(huì)超過(guò)近代史中的任何事件，有望帶來(lái)科學(xué)和思想的復(fù)興，并重新燃起人類對(duì)保護(hù)地球生命的關(guān)注和行動(dòng)。這是一次改變?nèi)祟悮v史的機(jī)會(huì)，值得我們?nèi)σ愿?。”談起這項(xiàng)研究的意義時(shí)，魏儒義這樣說(shuō)。

大氣光譜研究獲突破

能與天文光譜結(jié)緣，在魏儒義看來(lái)是一種偶然也是一種必然。學(xué)生時(shí)代，書(shū)柜中天文書(shū)籍藏書(shū)過(guò)半，足以看出他對(duì)天文研究的濃厚興趣。在武漢大學(xué)完成碩士學(xué)業(yè)走上工作崗位后，魏儒義對(duì)它的興趣仍然有增無(wú)減，將所學(xué)的光譜知識(shí)與天文研究相結(jié)合，便成為了他的一個(gè)職業(yè)理想。

帶著這樣的理想，魏儒義進(jìn)入中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所（以下簡(jiǎn)稱“西光所”）光譜室從事光譜研究工作。作為當(dāng)時(shí)中國(guó)科學(xué)院唯一的光譜成像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，雖然光譜科學(xué)中許多方向的研究在這里都已展開(kāi)，但與天文相關(guān)的研究卻并未開(kāi)展。在此背景下，大氣光譜就成為了魏儒義到西光所光譜室后的第一個(gè)研究方向。

從2007年進(jìn)入西光所至今，通過(guò)承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目子課題、國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目及參與載人航天工程TG-2項(xiàng)目，在地球大氣光譜尤其是溫室氣體探測(cè)技術(shù)研發(fā)方面，魏儒義已取得了不小的突破。

在作為第一作者的專利成果“一種多光程干涉儀分光方法及應(yīng)用該方法的多光程干涉儀”的研發(fā)中，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)打破了常規(guī)技術(shù)手段，用多光程的技術(shù)方法，將FTIR里動(dòng)鏡行程變大，最終實(shí)現(xiàn)了高光譜分辨率。魏儒義的研究不僅解決了更高光譜分辨率下的溫室氣體成分探測(cè)技術(shù)方案，更完成了當(dāng)時(shí)“921”國(guó)家載人航天工程總體部提出的世界上最高光譜分辨率的FTIR技術(shù)指標(biāo)要求。在溫室氣體導(dǎo)致全球氣候變暖的大背景下，魏儒義無(wú)疑為打破國(guó)內(nèi)有關(guān)溫室氣體的研究中數(shù)據(jù)量缺乏的限制，做出了不容忽視的貢獻(xiàn)。

目前，基于此項(xiàng)技術(shù)，魏儒義正在籌備一項(xiàng)新專利的申報(bào)工作，申報(bào)成功后，新專利包含的技術(shù)將在光干涉領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

如愿與天文光譜結(jié)緣

從小對(duì)天文感興趣，并一直想把工作與天文聯(lián)系起來(lái)的魏儒義，在2013年9月終于獲得了這樣的機(jī)會(huì)，作為訪問(wèn)學(xué)者，他前往麻省理工學(xué)院地球大氣行星科學(xué)（EAPS）系開(kāi)展交流研究工作。正是在那里，他開(kāi)始真正接觸到了系外行星的光譜，并正式開(kāi)啟了對(duì)天文光譜的研究歷程。

麻省理工學(xué)院不一樣的科研氛圍，給魏儒義帶來(lái)的是一種全新的感受?！霸谛@內(nèi)，尊重科研的細(xì)節(jié)隨處可見(jiàn)。為了不影響做科研，衛(wèi)生保潔人員總是等實(shí)驗(yàn)結(jié)束后才去打掃衛(wèi)生，特別是晚上，等到凌晨?jī)扇c(diǎn)是非常平常的事。另外，每天經(jīng)過(guò)EAPS系大樓上，看到寫(xiě)有‘Unlease your natural curiosity’（從興趣出發(fā)）的牌子很有感觸?！蔽喝辶x告訴記者，“這樣的細(xì)節(jié)還有很多，隨時(shí)提醒著在這里的人們，時(shí)刻要保持對(duì)科研純粹的熱情和尊重的態(tài)度?！?/p>

在個(gè)人興趣的驅(qū)動(dòng)下，一年多的時(shí)間內(nèi)，開(kāi)展了包括超級(jí)熱地球類系外行星的大氣光譜的探索；魏儒義還向EAPS系里申請(qǐng)了科研經(jīng)費(fèi)，開(kāi)展了系外行星探測(cè)技術(shù)的研發(fā)等工作。通過(guò)這些鍛煉，相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)在魏儒義那里開(kāi)始慢慢積累起來(lái)。

得益于在麻省理工學(xué)院的這些經(jīng)歷和中國(guó)科學(xué)院的平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合多年來(lái)自己在光譜方面的研究積累。回國(guó)后，魏儒義通過(guò)承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“基于光頻梳定標(biāo)的新型共光路DFDI類地行星探測(cè)方法研究”，在原有的基礎(chǔ)上又提出了新的方案，并研發(fā)出了在技術(shù)原理上領(lǐng)先國(guó)外技術(shù)方案的新技術(shù)。目前項(xiàng)目已完成了原理驗(yàn)證試驗(yàn)，并申請(qǐng)了國(guó)內(nèi)在這個(gè)領(lǐng)域最早的專利技術(shù)，除此之外，令魏儒義感到高興的是，在此基礎(chǔ)上申請(qǐng)的國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目“基于新型相干色散技術(shù)的系外行星探測(cè)系統(tǒng)研制”通過(guò)了國(guó)家自然科學(xué)基金委的立項(xiàng)審批，并計(jì)劃于2018年開(kāi)始實(shí)施。

此項(xiàng)目將以探測(cè)K/M矮星周圍太陽(yáng)系外行星、搜尋宜居/類地行星為主要科學(xué)目標(biāo)，針對(duì)傳統(tǒng)視向速度探測(cè)儀器設(shè)備存在的技術(shù)問(wèn)題，采用共光路技術(shù)和非對(duì)稱設(shè)計(jì)等新方法，致力于研制穩(wěn)定性高、能量利用率高、透過(guò)率高、探測(cè)精度高，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于新型共光路型相干色散技術(shù)的太陽(yáng)系外行星搜索探測(cè)系統(tǒng)原理樣機(jī)，以實(shí)現(xiàn)系外行星科學(xué)任務(wù)所需的高探測(cè)精度指標(biāo)，從而為觀測(cè)K/M類矮星周圍系外行星提供新的可行的技術(shù)和方法，積極推動(dòng)系外行星探測(cè)技術(shù)、巡天技術(shù)和行星科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。

為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，在未來(lái)開(kāi)展的工作中，魏儒義將帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)結(jié)合科學(xué)目標(biāo)與需求，通過(guò)建立完整的儀器理論模型，進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，細(xì)化研制方案；并通過(guò)制定的儀器詳細(xì)研制方案，對(duì)儀器各組成模塊進(jìn)行加工、測(cè)試與組裝；針對(duì)相干色散光譜儀研制樣機(jī)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室和天文觀測(cè)站試觀測(cè)試驗(yàn)；最后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果完成高精度視向速度反演模型的建立與相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)工作。

魏儒義對(duì)項(xiàng)目的順利推進(jìn)充滿了信心，他告訴記者：“我們的研究屬于國(guó)際上一個(gè)非常前沿的熱點(diǎn)學(xué)科，在國(guó)內(nèi)，相關(guān)的研究才剛剛興起，這對(duì)于我們是一個(gè)很好的機(jī)遇。有人才、團(tuán)隊(duì)、項(xiàng)目、經(jīng)費(fèi)做支持，如果真想把這件事做好，就沒(méi)有什么攻克不了的難關(guān)?！?/p>

難忘恩師提攜教誨

在求學(xué)和科研中，魏儒義坦言他也遇到過(guò)不少困難，但他始終相信“勤能補(bǔ)拙”。但他更忘不了幾位恩師在人生不同階段的提攜與教誨。在武漢攻讀碩士學(xué)位時(shí)，是曾立波老師將他帶入了神奇的光譜世界；在中國(guó)科學(xué)院大學(xué)攻讀在職博士時(shí)，是周泗忠老師幫助他提高了理論水平；工作后，是師兄兼導(dǎo)師的周錦松老師，幫助他端正了工作態(tài)度；是西光所光譜室主任胡炳樑研究員，教會(huì)了他為人處世的道理。

現(xiàn)在，魏儒義也有了自己的學(xué)生，作為研究生導(dǎo)師，除了在科研上孜孜不倦外，在教學(xué)上也有自己的想法，除了繼承前輩的方法和思想外，培養(yǎng)具有獨(dú)立人格、能獨(dú)立思考的學(xué)生，給一些“怪才”更大的容忍度，是他對(duì)自己的要求。

談起未來(lái)的計(jì)劃，魏儒義告訴記者，他要沿著天文光譜這個(gè)方向一直做下去，希望未來(lái)能代領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在相關(guān)領(lǐng)域?yàn)橹袊?guó)在國(guó)際上贏得一些話語(yǔ)權(quán)。