崔峻：關注太陽系里的科學問題

劉昊林

大千宇宙浩瀚長空，當中國人的足跡第一次踏入這一領域，當“天宮”和“神八”深情“擁吻”，當“嫦娥三”平穩著陸于月球的虹灣，無數鮮花與掌聲背后，有誰會關注到這樣一些人，他們默默隱于喧囂熱鬧的場景之中，謀劃著中國涉入太空技術實現之后的系列科學問題——

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？它們的結構又是怎樣的……

2007年10月24日，我國發射了第一顆月球探測衛星“嫦娥1號”。隨著我國探月計劃的不斷實施，探測火星、小行星以及更遠的太陽系天體的科學秘密，已經引起有關部門和科技人員的關注。

“上世紀90年代以來，國際上以行星科學為己任的太陽系探測出現了一些積極的變化，從早期以技術實現為主轉向以科學驅動為主，并逐漸向科學牽引轉變。我國過去很長一段時間以來的深空探測以工程實現為主，隨著技術的實現和不斷進步，必然也會轉向以科學探索為主這一最終目標，而在下一步太空探測開始之前，我們必須沉下心來思索、規劃和制定它的探測任務，保證科學成果的最大化……”雖然隱于喧囂熱鬧的場景之中，但中國科學院國家天文臺研究員、中國科學院月球與深空探測重點實驗室副主任崔峻卻安于自己所研。探索自然科學、執著科研一直是他的內心所向。

最接“地氣”的行星科學研究

“水金地火木土天，海王行星繞外邊……”宇宙大千事，朗朗書聲傳。經歷過初高中學習的人一定對茫茫宇宙太陽系中神秘的行星衛星有著或多或少的印象。但您聽說過行星科學嗎？您又對茫茫太陽系中一顆叫做“泰坦”的衛星了解多少？進入崔峻的研究世界，你會發現這是一個聽起來似曾相識卻又完全陌生的奧妙世界——

“行星科學是新興的熱門交叉學科之一。它是地球科學的自然延伸。近幾十年來隨著航天技術的日趨成熟，地球物理學逐步朝著行星物理學方向延伸。一方面在科學基礎上，行星系統是驗證地球系統已知規律的‘理想實驗室，它能夠幫助我們更好地認識太陽系的起源和演化；另一方面行星探測科學目標的制定和實現可以推動航天等相關技術的進步。隨著嫦娥探月工程的成功實施，我國開始制定宏偉、持續的深空探測計劃，將科學目標逐漸延伸到地球以外的其他行星。這為行星物理學在我國的發展提供了一個契機，同時也提出了迫切的需求……”

雖說起自己的研究專業來總顯得意猶未盡，但崔峻坦言自己涉足天文這一領域帶有一定的隨意性和偶然性。二十多年前，當他如愿考入北大這所全國學子都向往的最高學府的的時候，懷抱的只是對父母母校一種懵懂的崇敬，并不能真正體會天文的浩瀚與精深；二十多年過去，走過美國亞利桑那大學、英國帝國理工大學等世界級科學研究殿堂，也走過不少彎路，沿著這條道繼續走下去的想法卻日漸篤定，只因身體里流淌著的對科學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星——泰坦所帶給他的安樂與寧靜一樣。

在天文學里，“泰坦”專指土星的第六顆衛星——土衛六。它是太陽系中僅次于木衛三的第二大衛星。它擁有真正的大氣層，有對流層、平流層等完整的大氣結構；它的表面有“雨”“雪”“湖泊”等特征；它存在有機高分子，因而被很多科學家認為是與地球最相像的天體。有關于泰坦的有趣的探索來自于美國航空航天局，他們表示已經在土衛六上發現生命存在的跡象——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。甚至有科學家相信：40億年后，地球就會被膨脹了的太陽吞沒，而泰坦則會發展為適合地球生命生存的星球，成為第二個人類理想的家園。

“正所謂‘不識廬山真面目，只緣身在此山中只有把地球放在太陽系行星大家族的角度來認識地球，才能跳出地球看地球。泰坦代表了地球系統經歷的早期階段，它被廣泛用于研究地球環境的演化規律，乃至生命的起源。”崔峻如是闡述了自己鐘情于泰坦的原因，這顆被他稱為行星科學里‘最接地氣的衛星猶如一顆磁石，吸引著他不斷探索的腳步——

掀開“土衛六”神秘面紗

1997年10月15日，美國肯尼迪航天中心，隨著一聲轟天巨響，20世紀最大、最復雜的行星探測器“卡西尼”號飛船攜帶登陸器“惠更斯”發射成功。從此踏上耗時7年、長達35億千米的孤獨寂寞土星之旅。它的主要任務是，對土星、土星光環及土星的衛星，尤其是其中的土衛六進行空間探測。那一年，崔峻還只是一名剛從北大燕園物理系畢業，進入中國科學院國家天文臺攻讀碩士的學子。

2004年6月30日，卡西尼非常幸運地抵達了土星這顆帶有美麗光環的行星，開始環繞它運轉，就此展開了原定為期4年的土星探測任務。而那一年，崔峻已然遠跨重洋來到美國亞利桑那大學天文系攻讀博士學位，成為當時參與卡西尼項目唯一一名中國人。從此，他與泰坦結下了難解的情緣。

在此后的幾年時間里，主要基于卡西尼衛星質譜儀數據分析，崔峻和他所屬的研究團隊創新性地先后提出了泰坦高空結構的新模型、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——

泰坦高空結構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的研究首先需要一個基于數據的高空結構“經驗模型”，而泰坦高空中各種氣體成分的密度剖面是了解整個泰坦高層大氣物理學，化學，動力學特征所需要的基本信息：例如新模型提供了泰坦高空環境中各種分子隨高度、經度和緯度的密度分布規律，包括各種碳氫化合物、腈化物以及惰性氣體等。相關成果被認為是“了解卡西尼質譜儀數據復雜性的標準參考文獻”，被審稿人評價為“是一篇關于卡西尼質譜儀數據處理的力作……文章對于各方面定標問題的考慮使我印象非常深刻……一個非常棒的工作……”以及“這篇文章展示了新的，原創性的結果……文章在技術角度是非常好的，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，為整個泰坦高空物理學界后續工作的展開奠定了堅實的基礎。

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。任何一個擁有永久大氣層的行星或天然衛星，大氣頂部是部分電離的，稱為電離層。行星電離層的形成機制白天是靠太陽輻射，而夜間則通常認為是靠電子沉降，即來自外部的高能電子撞擊高空分子使之發生電離。然而這點并沒有任何有力的觀測證據。崔峻及其歐美合作者則通過對數據的分析，提出了一個電離層形成的全新輸運機制。觀點提出后被國際學術界廣泛關注，例如在Springer出版社學術專著“Titan from Cassini-Huygens”（泰坦：來自卡西尼-惠更斯的結果，2010年出版）中對崔峻所提出的新模型進行整段的全面闡述。

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束縛而進入行星際空間，是決定行星長期演化的重要因素。傳統的大氣熱逃逸模型認為粒子在逃逸面上的速度分布為麥克斯韋分布，而當行星逃逸面附近發生顯著的非熱逃逸過程時，麥克斯韋分布不再適用。針對上述傳統觀念，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被向上傳導的熱流所影響而顯著偏離麥克斯韋分布，大致可以用一個動力學13矩近似來描述。此模型稱為“大氣熱逃逸的熱傳導增強模型”，是對傳統熱逃逸模型的重要修正，并被成功應用于傳統模型所無法解釋的泰坦大氣H2逃逸現象。

幾年間，崔峻在卡西尼項目中出色的表現獲得了同行的一致肯定，先后獲評價為：“在行星高空物理領域的工作具有很高的質量，特別擅長探測器數據的分析和利用基本物理，化學（概念）對數據的合理解釋……表明了他是這個領域認可的領軍人物”，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際認可……在關鍵性論文中被廣泛引用……得到了應有的國際認可度和聲譽……是國際行星科學界一個很有價值的成員。”

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

時刻準備“亮劍”火星

2014年06月25日，中國對火星和太陽系的探測計劃曝光。中國科學院院士、月球探測工程首席科學家歐陽自遠透露：中國預計2020年登陸火星，并在2030年實現火星采樣返回。在此期間，中國計劃對火星本體展開的科學研究，將針對其磁層、電離層、大氣層、地形、地貌特征與分區、表面物質組成與分布、地質特征與構造區劃進行探索。同時，火星內部結構、成分，以及其起源與演化將是研究的重點。

曾幾何時，載人航天、空間站、探月等重大項目，對中國曾是一個縹緲的夢。在21世紀的今天，它們要么已經“照進現實”，要么即將“榮耀綻放”。這背后凝聚了多少中國航天科學家的心血和汗水。而為圓“登陸火星”這一夢想，又有多少科學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“火星電離層形成機制研究”獲得國家杰出青年科學基金。這一項目計劃時間為2016～2020年，項目將緊密結合我國的深空探測規劃，把建立火星電離層形成的全面物理圖像作為核心科學目標。正在論證中的我國首次火星探測項目計劃搭載一個離子與中性原子探測儀、一部磁場計以及一臺次表層穿透雷達，將為我們提供豐富的火星空間環境第一手資料。崔峻這一項目的順利實施將為充分利用這些資料提供必要的科學準備，促進自主火星項目執行后的第一時間科學產出。

在此之前，崔峻在相關研究方面積累了豐富、扎實的經驗，針對火星電離層形成機制、電子溫度變化性等科學問題發表了一系列論文。在這些豐富積累的基礎上，項目有針對性地創造了很多創新點：

（1）區分不同的電離機制一直以來是火星空間環境的核心科學問題之一。在項目中，崔峻將注重各個不同電離機制之間的比較研究，而不是割裂開來進行獨立的分析，這有助于建立火星電離層形成的完整圖像，充分認識不同機制各自的特征電離率，作用域及發生的物理條件；

（2）日夜輸運是火星電離層形成的一種重要而被廣泛忽視的機制，以往的工作無一例外的基于火星電離層隨太陽天頂角變化性的推論，然而這一方法是不完善的，因為電離層隨太陽天頂角的變化性也可以解釋為簡單的幾何效應，在崔峻的項目計劃中，將直接尋找火星電離層結構的時間變化性，為日夜輸運機制的確認提供直接、可靠的依據；

（3）以往的研究中默認將每一個觀測得到的“電離層”結構均解釋為特定的電離機制所誘發，沒有明確的觀測證據支持（僅為猜測），項目中將考慮“層”結構本質為電離層擾動這一被廣泛忽略的可能性，并通過與中性大氣波動特性的比較來論證（或否定）這一物理解釋；

（4）研究火星電離層的一個核心問題在于建立較完善的光化學-動力學耦合模型，而這一領域目前在國內尚屬空白。在項目中，崔峻計劃與合作者一起吸收國際上的豐富經驗，建立第一套我國自主的相關模型，為后續數據-模型的比較研究打下堅實的基礎。

雖然需要考慮和注意的細節紛繁復雜，但崔峻依然有條不紊地按計劃推進自己的步伐。因為在他身后，有一支日漸成熟的團隊正在成型。

作為依托單位，中國科學院國家天文臺已于2014年底正式批準崔峻成立一支行星物理方向的研究團隊。在未來幾年，崔峻擬從海外引進兩名科研骨干，同時將招聘4～5名博士后科研人員。此外崔峻己招收2名博士生，分別協助他完成衛星射電掩星數據和高能電子能譜數據的處理及分析。團隊的穩步發展將有助于我國行星物理后備人才的培養。

“建立較完善的火星高空數據處理流程、建立較完善的火星電離層模型、發展一支小型行星高空物理研究團隊、發表國際SCI論文8～10篇……”與很多獲得國家杰出青年科學基金項目的目標不同，崔峻的計劃似乎顯得很有學究氣。

“我自覺自己是一個做不了什么‘大事的人，我只想認認真真做好‘小事，扎扎實實地做科學，這才是我能夠掌控的、真正可以實現的東西。”直至今日，“固執”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，只為堅守一個內心的“自我”——

靜待綻放光芒

處事淡然，隨心所愛，堅守內心是崔峻留給記者的印象。他對科學有著那份近乎于“固執”的執著，與一般人不同，崔峻的象牙塔攀爬之路要長很多。從2001年踏出國門到2010年回國，飄居海外十年，先是在美國亞利桑那大學攻讀了七年博士，之后再到英國帝國理工大學從事了兩年博士后研究工作。期間遭遇過導師因病更換，因美國出臺政策對中國相關專業求學者進行限制而轉到英國從事博士后研究、專業方向不停改變等溝溝坎坎，也曾有過迷茫困惑，也曾想過中途轉向就業……但崔峻還是咬咬牙堅持了下來。所幸的是一旦遇上適宜的環境，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，雖然沒有相關的人才計劃支持，回國的時機顯得還不是很成熟，但至今他仍不后悔當初的決定。他成為所學方向回國最早的海歸之一。

初回國那幾年，是他最難熬的一段時光。因為回國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。先后輾轉在中國科學院國家天文臺、南京大學天文與空間科學學院兩地從事科學研究工作。或許是因為長期旅居海外受科學殿堂氛圍所染，崔峻很是注重科研人的承諾和信譽，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”地走著自己認為最舒服、最適合走的科研路。因為適合，所以不覺得有所遷就；因為適合，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科學認真的態度、一份走到哪兒都更要嚴于律己、謙遜低調的品格，在他看來這是成長過程中最寶貴的財富。

如今，除了在中國科學院國家天文臺擔任“百人研究員”及團組首席科學家之外，他還在澳門科技大學兼職帶學生。在他看來，學做科研不一定要有多聰明，但一定要找準自己的定位，還要有非常強的邏輯思維和總結歸納能力，他希望把對科研的那份執著在學生那里延續下去。

點一支煙，泡一杯濃茶或者咖啡就是崔峻打發難得閑暇時光僅有的幾種方式，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，認準的事情無論如何都會堅守下去。因為，他始終相信只要堅持，就一定能夠有所獲，亦如他所堅持的行星科學：伴隨著中國深空探測計劃的不斷推進，他相信不管是對他，還是整個學科都將迎來一次飛躍的契機，而他現在所能做的，就是沉下心來，靜待在茫茫太陽系中綻放屬于自己的一道光芒。