寻找新地球

范佳乐

专家简介：

魏儒义，中国科学院西安光学精密机械研究所研究员。主要研究太阳系外行星探测的光谱成像技术方法和新型干涉光谱成像技术，包括基于相干色散光谱技术的视向速度法和基于消零干涉技术的直接成像法等系外行星探测技术与方法，行星大气分子光谱模拟，FTIR光谱技术及其在大气微量气体成分探测中的应用，新型高光谱分辨率以及抗倾斜FTIR光谱技术。曾主持国家重大科研仪器研制项目、国家重点研发计划重点项目子课题、国家自然科学基金面上项目等，参与载人航天工程TG-2、中国科学院先导专项、中国科学院知识创新项目等，已授权国家发明专利10项，发表SCI/EI论文30余篇。

光谱是一门相对古老的学科，自300多年前牛顿用三棱镜分解太阳光的实验取得成功，开创了现代光谱学研究的先河，小到分子、原子，大到星球、宇宙，人类对自然界的认识很大程度上开始依赖于各种光谱带来的信息。

但古老的光谱学在某种意义上又是一门新的学科，尤其是随着光谱技术的融合与发展，光谱成像这类新技术开始出现，并在太阳系外行星的寻找中扮演着重要的角色。这场意义重大的系外行星寻找点燃了无数光谱科学家参与的热情，中国科学院西安光学精密机械研究所研究员魏儒义就是其中一位。

“和20世纪阿波罗登月相比，在系外行星上发现生命对21世纪人类社会的影响将更加深远。这一发现将会超过近代史中的任何事件，有望带来科学和思想的复兴，并重新燃起人类对保护地球生命的关注和行动。这是一次改变人类历史的机会，值得我们全力以赴。”谈起这项研究的意义时，魏儒义这样说。

大气光谱研究获突破

能与天文光谱结缘，在魏儒义看来是一种偶然也是一种必然。学生时代，书柜中天文书籍藏书过半，足以看出他对天文研究的浓厚兴趣。在武汉大学完成硕士学业走上工作岗位后，魏儒义对它的兴趣仍然有增无减，将所学的光谱知识与天文研究相结合，便成为了他的一个职业理想。

带着这样的理想，魏儒义进入中国科学院西安光学精密机械研究所（以下简称“西光所”）光谱室从事光谱研究工作。作为当时中国科学院唯一的光谱成像重点实验室，虽然光谱科学中许多方向的研究在这里都已展开，但与天文相关的研究却并未开展。在此背景下，大气光谱就成为了魏儒义到西光所光谱室后的第一个研究方向。

从2007年进入西光所至今，通过承担国家重点研发计划重点项目子课题、国家自然科学基金青年项目及参与载人航天工程TG-2项目，在地球大气光谱尤其是温室气体探测技术研发方面，魏儒义已取得了不小的突破。

在作为第一作者的专利成果“一种多光程干涉仪分光方法及应用该方法的多光程干涉仪”的研发中，他带领团队打破了常规技术手段，用多光程的技术方法，将FTIR里动镜行程变大，最终实现了高光谱分辨率。魏儒义的研究不仅解决了更高光谱分辨率下的温室气体成分探测技术方案，更完成了当时“921”国家载人航天工程总体部提出的世界上最高光譜分辨率的FTIR技术指标要求。在温室气体导致全球气候变暖的大背景下，魏儒义无疑为打破国内有关温室气体的研究中数据量缺乏的限制，做出了不容忽视的贡献。

目前，基于此项技术，魏儒义正在筹备一项新专利的申报工作，申报成功后，新专利包含的技术将在光干涉领域发挥更加重要的作用。

如愿与天文光谱结缘

从小对天文感兴趣，并一直想把工作与天文联系起来的魏儒义，在2013年9月终于获得了这样的机会，作为访问学者，他前往麻省理工学院地球大气行星科学（EAPS）系开展交流研究工作。正是在那里，他开始真正接触到了系外行星的光谱，并正式开启了对天文光谱的研究历程。

麻省理工学院不一样的科研氛围，给魏儒义带来的是一种全新的感受。“在校园内，尊重科研的细节随处可见。为了不影响做科研，卫生保洁人员总是等实验结束后才去打扫卫生，特别是晚上，等到凌晨两三点是非常平常的事。另外，每天经过EAPS系大楼上，看到写有‘Unlease your natural curiosity（从兴趣出发）的牌子很有感触。”魏儒义告诉记者，“这样的细节还有很多，随时提醒着在这里的人们，时刻要保持对科研纯粹的热情和尊重的态度。”

在个人兴趣的驱动下，一年多的时间内，开展了包括超级热地球类系外行星的大气光谱的探索；魏儒义还向EAPS系里申请了科研经费，开展了系外行星探测技术的研发等工作。通过这些锻炼，相关知识和经验在魏儒义那里开始慢慢积累起来。

得益于在麻省理工学院的这些经历和中国科学院的平台优势，结合多年来自己在光谱方面的研究积累。回国后，魏儒义通过承担国家自然科学基金面上项目“基于光频梳定标的新型共光路DFDI类地行星探测方法研究”，在原有的基础上又提出了新的方案，并研发出了在技术原理上领先国外技术方案的新技术。目前项目已完成了原理验证试验，并申请了国内在这个领域最早的专利技术，除此之外，令魏儒义感到高兴的是，在此基础上申请的国家重大科研仪器研制项目“基于新型相干色散技术的系外行星探测系统研制”通过了国家自然科学基金委的立项审批，并计划于2018年开始实施。

此项目将以探测K/M矮星周围太阳系外行星、搜寻宜居/类地行星为主要科学目标，针对传统视向速度探测仪器设备存在的技术问题，采用共光路技术和非对称设计等新方法，致力于研制稳定性高、能量利用率高、透过率高、探测精度高，具有完全自主知识产权的基于新型共光路型相干色散技术的太阳系外行星搜索探测系统原理样机，以实现系外行星科学任务所需的高探测精度指标，从而为观测K/M类矮星周围系外行星提供新的可行的技术和方法，积极推动系外行星探测技术、巡天技术和行星科学领域的发展。

为实现目标，在未来开展的工作中，魏儒义将带领团队结合科学目标与需求，通过建立完整的仪器理论模型，进行关键技术设计与验证，细化研制方案；并通过制定的仪器详细研制方案，对仪器各组成模块进行加工、测试与组装；针对相干色散光谱仪研制样机开展实验室和天文观测站试观测试验；最后根据试验结果完成高精度视向速度反演模型的建立与相关软件的设计工作。

魏儒义对项目的顺利推进充满了信心，他告诉记者：“我们的研究属于国际上一个非常前沿的热点学科，在国内，相关的研究才刚刚兴起，这对于我们是一个很好的机遇。有人才、团队、项目、经费做支持，如果真想把这件事做好，就没有什么攻克不了的难关。”

难忘恩师提携教诲

在求学和科研中，魏儒义坦言他也遇到过不少困难，但他始终相信“勤能补拙”。但他更忘不了几位恩师在人生不同阶段的提携与教诲。在武汉攻读硕士学位时，是曾立波老师将他带入了神奇的光谱世界；在中国科学院大学攻读在职博士时，是周泗忠老师帮助他提高了理论水平；工作后，是师兄兼导师的周锦松老师，帮助他端正了工作态度；是西光所光谱室主任胡炳樑研究员，教会了他为人处世的道理。

现在，魏儒义也有了自己的学生，作为研究生导师，除了在科研上孜孜不倦外，在教学上也有自己的想法，除了继承前辈的方法和思想外，培养具有独立人格、能独立思考的学生，给一些“怪才”更大的容忍度，是他对自己的要求。

谈起未来的计划，魏儒义告诉记者，他要沿着天文光谱这个方向一直做下去，希望未来能代领团队在相关领域为中国在国际上赢得一些话语权。