9月16日(北京时间),承担人类探测土星重任的“卡西尼号”探测器呈螺旋状下坠,自毁在了遥远的土星大气层中,结束了自己长达近20年的探测使命。
一周后,欧洲行星科学大会举行。一名上台演讲的科学家播放了精心制作的关于“卡西尼号”一生的短片。
台下来自世界各地的行星科学家们,热泪盈眶。其中,一名来自中国的科学家崔峻,也是感慨万千。在过去的十年里,卡西尼为他提供了大量的数据,让他完成了30多篇相关的论文,让他成为土星最大的卫星——土卫六(泰坦星)大气数据分析标准的制定者之一。
为数不多可解读卡西尼的人之一
2005年,已经到美国留学数年的崔峻,在博士生导师的介绍下,开始参与到了卡西尼项目中去,从此与卡西尼结缘。在十多年的数据分析工作中,成为了当前世界上为数不多可以解读卡西尼号数据的科学家之一。
“我的研究对象主要是泰坦的大气研究,以数据分析为主,通过卡西尼携带的质谱仪和兰缪尔探针等装备,对土卫六的大气成分、大气中电子密度等数据进行分析。”崔峻说。
他说,泰坦的大气结构跟地球很相似,地球大气是以氮分子为主。太阳系里面以氮分子作为大气主要成分只有地球、泰坦、冥王星和海王星等少数几个天体。
当前,世界上能够对“卡西尼号”发回的大气数据做分析的科学家很少,原因之一在于这些数据往往受到污染,并不能直接使用。
崔峻介绍说,探测仪器在太空中进行探测时,会受到很多不确定因素的干扰,从而造成了数据的污染,比如卫星进行变轨时所释放燃料会影响背景气体的密度测定。
按照国际惯例,探测形成的原始数据在一年后会公开在网上传播,但是这些数据在当时是怎么处理的、在形成数据的过程中存在怎样的污染和干扰,这些情况都是不会公开的。所以,如果仅仅按照原始数据去做分析,得到的结果就会被质疑到底是真实的科学数据还是探测仪器的效应等。
“对外界来说,不了解这些污染,拿到这些原始数据是没有用的。我当时从2005年、2006年开始做数据分析,直到2008年才发表了4篇论文,中间两年都是在分析这些复杂的数据。其中三篇文章分别是关于泰坦大气氢分子逃逸、甲烷分子逃逸和苯分子形成的。”
探测的意义:为了了解生命的起源之谜
作为一名科学家,对于“卡西尼号”探测项目的价值,显然有着更深刻的理解。
崔峻直白地说,对地外行星进行深空探测,归根结底是为了更好了解地球。
“我们必须通过跟地球去对比,去了解地球的演化历程。研究泰坦的一个重要意义在于研究生命起源。因为通过质谱仪数据的分析我们发现泰坦大气当中存在分子量达到几千甚至上万的大有机分子,而这些大分子被认为代表了生命起源过程中的关键性中间产物。从简单的分子如氮分子、甲烷分子等逐渐演化到形成环环相扣稳定的苯分子,再到更大复杂结构,可以看出生命起源的序列是怎样演化的,所以泰坦有点像地球演化的最早阶段。”
2009年,崔峻发表了一篇长篇幅的论文,根据自己从2005年分析数据的诸多成果,把当时所有探测泰坦大气各种成分的数据发表出来,作为研究泰坦大气的参考标准。
“因为了解大气成分的密度,是从事其他一切跟大气相关的理论计算、数据分析等工作的前提,这是一篇在学术界有一定影响力的论文。在我发表这篇论文之前,大家所采用的标准是根据上世纪80年代末发射的旅行者号探测器所获取的数据,但如今探测设备早已更新换代,已经比当年先进了很多,而且因为旅行者号是对泰坦只进行了一次飞掠探测,数据不具有连续性,而卡西尼则是飞掠了123次。”
发表30篇关于土星的论文
2008年,崔峻在美国取得了博士学会后,来到了英国的帝国理工学院,继续在卡西尼项目组的核心团队中从事科研工作,做了两年的博士后。
崔峻说,迄今他基于卡西尼数据已经发表了30篇左右的论文,而其中最让他感到满意的是关于泰坦大气电离层的研究,对于电离层是怎么形成的提出了新的观点。
“一般来说,白天的电离层都是太阳辐射产生的,但是夜间电离层怎么形成的存在不同看法。普遍认为是高能电子碰撞而形成电离,因为地球和任何行星均不是孤立的,例如地球有来自太阳风的高能粒子,而泰坦的周围也有很强的来自土星的辐射环境。但我们当时并不完全认同这样的观点,因为这个传统观点不能解释很多观测到的现象。我们认为夜间电离层是通过输运过程产生的,也就是面向阳面的电离层,通过水平风场等机制能够有效地流动到背阳面。”
崔峻介绍,在卡西尼项目组工作时,来自多个国家的科学家聚集在了一起,进行通力合作。
“我们的团队是比较有意思的,集齐了美国、英国、法国的科学家,我们不是在一个单位里面,而是通过多年的合作,私下交情较好,才成了一个团队。虽然我们没有固定在一起工作,但通过定期互访、电话会议等方式能够得到有效的交流。”
据崔峻介绍,像卡西尼土星探测这样的项目,会产生很多的科研分支,基本上卡西尼号上携带的一台仪器都会形成一个科学家团队,但不同团队之间也会有深入的合作。
参与这种多国科学家协作的大型深空探测项目,对崔峻来说也是受益匪浅。他表示,美国从上世纪五六十年代就开始了深空探测,在起步的早期,美国人同样在不断地摸索,经过几十年后才最终形成了当前的科研模式,相对而言,中国目前在深空科研方面还不够成熟,所以和美国相比肯定会有一定的差距。中国目前的情况正在不断进步,但肯定不是一蹴而就的。
机缘:差点放弃科研去搞金融
说起个人经历,崔峻却向羊城晚报记者透露,自己曾经差点放弃科研,而去华尔街做金融。
原来,在2001年到美国亚利桑那大学留学后,曾经由于导师的因素,而对他的深造造成了很大的影响,以至于他一度考虑要改行从事金融业务。
只是后来机缘巧合之下,参与了卡西尼项目的美国科学家Yelle,想找一名北大或者清华毕业的中国人,因此与崔峻一拍即合,随即,崔峻成为了Yelle的博士生。
2010年回国之后,崔峻仍然没有中断参与卡西尼项目。他一方面与自己的导师保持紧密合作,一方面在逐步建设自己的科研团队,以民间的方式参与卡西尼项目。
回国后的这几年,崔峻对于国内科研环境的变化也是深有体会。他告诉记者,在回国之初,因为当时没有人才引进计划等支持性的政策,所以一开始一家人的生活过的比较拮据。
但是一路的坚持之下,崔峻发现国内研环境也在不断地完善,对于科学家的重视程度也在不断加强。
“我现在在国内仍然从事行星科学,也参与了一些国内的深空探测项目,主要提供一些参考意见,也参与一些数据分析,譬如嫦娥探月项目、2020年我国自主火星探测项目,以及目前正在论证的彗星探测和木星探测项目等等。”谈及现在,崔峻说。
而对于未来,崔峻则表示 “只要从事科研就可以了,无所谓是以哪种方式。”
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