仰望星空腳踏實地

汲曉奇

謝基偉，2002～2011年在南京大學天文系完成本碩博學習，其中2008～2010在佛羅里達大學博士聯合培養。博士畢業后，2011～2013在多倫多大學天文與天體物理學系進行博士后研究。2013年年底回國，現任職于南京大學天文與空間科學學院副教授。目前主要從事太陽系外行星的理論和觀測工作。曾獲2010年首屆教育部博士研究生學術新人獎，2012年江蘇省優秀博士論文，2013年全國優秀博士論文。在國際期刊核心期刊發表scI論文30余篇，引用500余次。

近期，南京大學副教授謝基偉等我國科研人員利用中科院國家天文臺郭守敬望遠鏡（LAMOST）的觀測數據發現了太陽系外行星軌道分布的規律，解開了長久以來困擾天文研究者的系外行星軌道形狀之謎，相關研究論文于2016年9月26號發表在《美國科學院院刊》（PNAS）。

這一重大發現引起國際天文學界的關注，也被各大媒體爭相報道。

太陽系外行星軌道分布到底有什么規律7這個謎底對人類又有什么幫助？日前，記者專訪了謝基偉。

緣起于星際的浪漫情懷

“從1995年發現第一顆太陽系外行星開始，人類發現并確認的系外行星目前已經超過3500顆了。行星作為宇宙中最基本的天體之一，承載著人類對揭開生命起源和尋找地外生命的強烈愿望。”謝基偉談及遙不可及的系外行星，卻別有一番浪漫情懷。

謝基偉所學的專業是天體力學與天體測量，研究方向為太陽系外行星。作為美國佛羅里達大學天文學系與南京大學聯合培養的博士，謝基偉在美國學習研究了幾年，2011年從南京大學天文與空間科學學院博士畢業后，為了繼續充實自己，他又來到加拿大多倫多大學天文系做博士后研究。

博士后期間，謝基偉主要從事Kepler衛星資料處理研究，通過分析Kepler數據發現了五十多顆系外行星。這些新的發現獲得了權威機構美國航天局（NASA）的認可和報道，也得到了國際科學媒體的廣泛關注。

無論在美國，還是在加拿大，與以往完全不同性格的同學在一起，謝基偉感受到了另一種文化和氛圍。那種狂放的、自我的張揚，融合著謝基偉在導師熏陶下形成的沉穩內斂，競然碰撞出意想不到的效果。謝基偉通過對感興趣的方向進行深入研究工作，來抒發內心的情懷和澎湃的激情。

“最好的研究首先源于興趣”，懷揣著緣起于星際的浪漫情懷，謝基偉的研究成果不斷取得突破，這名年輕的天文研究工作者也一次又一次地得到了同行的關注和認可。

“自2005年本科大三以來，我一直對太陽系外行星有濃厚的興趣。圍繞著系外行星，我的研究包括行星形成理論分析，行星形成數值模擬、行星探測發現以及大數據分析行星性質。系外行星是一個內容十分豐富、交叉性很強的研究領域。它里面不僅有深奧的動力學理論，又有精彩直觀的電腦模擬，還有嘆為觀止的探測技術等。”關于系外行星，謝基偉侃侃而談。

2013年底，滿載學術成果與科研預期的謝基偉回到南京大學天文與空間科學學院任職，以全新的身份續寫著與南京大學的緣分。回國后不久，2014年春天，謝基偉申請了國家自然科學基金項目——《太陽系外行星的凌星時刻變化研究》，經過兩年的科研工作，該項目取得重大進展，與此同時，一項一直困擾著天文科研工作者的謎題也正在揭開神秘面紗。

揭開系外行星軌道分布的謎底

1995年，天文學家用視向速度法發現了圍繞主序恒星的第一顆太陽系外行星（簡稱系外行星）51Pegb，拉開了系外行星研究的序幕。截至現在，發現并確認的系外行星已超過3500顆，其中很大一部分都是最近幾年由美國宇航局（NASA）的開普勒（Kepler）衛星用凌星法發現的。然而，僅通過Kepler衛星本身的零星數據對了解系外行星的性質有很大局限性，其中Kepler數據不能直接測量的一個基本性質就是行星軌道的形狀，即偏心率。

“偏心率取值0到1之間，值越大則軌道越偏離圓形。95%以上的Kepler行星軌道偏心率還是未知的。”謝基偉介紹，軌道偏心率對了解行星系統的形成至關重要。

“太陽系的8大行星的偏心率非常小，軌道大都是近圓形（平均值0.06）且幾乎在一個平面上（軌道平均相對傾角只有3度左右）。幾百年前，康德和拉普拉斯受到太陽系行星近圓、共面軌道分布規律的啟發，提出了行星系統在盤上誕生的學說。該學說逐步發展成當今行星形成的‘標準模型。但是最初用視向速度方法發現的上百顆系外行星的軌道形狀分布出乎人們的意料。它們大多數的軌道都是偏心率很大的橢圓（平均偏心率達到0.3），與太陽系的行星迥然不同，挑戰了‘標準模型，也成了一直以來困擾天文研究者的謎題。”謝基偉繼續介紹道。

說到謎題的解決，不得不提一件十分重要的工具，可以說它是研究中的一大功臣——郭守敬望遠鏡（LAMOST）。

作為世界上光譜獲取能力最高的望遠鏡，近幾年來，中科院國家天文臺郭守敬望遠鏡（LAMOST）在Kepler，_星觀測天區得到了數萬條光譜，其中包括數百個行星的宿主恒星。通過與其他高精度方法（如星震學和高分辨率光譜）的比較論證，謝基偉等發現LAMOST光譜對恒星基本屬性的測量結果非常可靠，達到相當高的精度。他們意識到LAMOST數據可以用來解開太陽系外行星軌道偏心率的謎題。

拿到了“合手”的“武器”，謝基偉做好了打漂亮仗的準備：“我們分析了近700顆具有LAMOsT宿主恒星參數的Kepler行星樣本，結合LAMOST的光譜數據和Keplerq3星觀測到的凌星光變曲線，得到了這些行星的軌道偏心率和傾角的統計分布規律。最終發現約八成的行星軌道都如同太陽系，平均偏心率小于0.1，軌道為近圓形：只有兩成左右的行星偏心率較大，顯著地偏離了原軌道。”近圓軌道的普遍性意味著行星形成的“主旋律”應該是“溫和”的，而造成高偏心率軌道的劇烈行星軌道演化過程只是“少數派”。

謝基偉說：“系外行星軌道形狀謎底的解開對理解行星形成演化提供了重要的線索。此外，這個謎底也告訴我們，從軌道形狀角度看，太陽系在宇宙中是具有代表性的。這種代表性某種程度上也增強了人類尋找另一個地球和地外生命的信心”。

大有可為的太陽系外行星研究

而從上世紀末到現在短短的二十多年中，人類通過各種探測方法已經發現了數千顆太陽系外行星。很多行星是太陽系中不存在的新種類，比如熱木星、超級地球以及雙星系統中的行星等。一個嶄新的、豐富多樣的行星世界正逐步展現在人類面前。

系外行星從被發現開始便一躍成為國際科學的一大熱點。2005年和2015年的邵逸夫天文獎都給頒了系外行星。國際上最頂尖的地面和太空望遠鏡都把系外行星作為今后的主要和重要科學目標。謝基偉說：“我很幸運，我生活、工作在這個系外行星的黃金時期，我更期待通過這些國際大項目、新設備，做出讓人興奮的科學研究成果。”

據謝基偉介紹，我國的系外行星研究起步較晚，但是最近幾年發展迅速，越來越多的中國人的名字出現在系外行星研究領域。我國的大型天文設備，如現在的郭守敬望遠鏡，以及正在規劃建設的十二米大口徑望遠鏡，也都將系外行星納入為重要科學目標。在高校從事天文研究和教學的謝基偉，當前的工作目標就是用中國的設備在系外行星領域做出一流的科學工作，同時培養更多從事系外行星研究的人才。

回首來時路，14年來，謝基偉穩扎穩打又不失浪漫情懷地走到今天，并收獲累累碩果，最重要的體會便是——仰望星空，腳踏實地。或許，這也正是科學研究的真諦——只有心懷遠大的理想，踏踏實實地進行科學研究，才終能收獲一片璀璨的星空。