尋找新地球
——記中國科學院西安光學精密機械研究所研究員魏儒義

□ 范佳樂

專家簡介：魏儒義，中國科學院西安光學精密機械研究所研究員。主要研究太陽系外行星探測的光譜成像技術方法和新型干涉光譜成像技術，包括基于相干色散光譜技術的視向速度法和基于消零干涉技術的直接成像法等系外行星探測技術與方法,行星大氣分子光譜模擬，FTIR光譜技術及其在大氣微量氣體成分探測中的應用，新型高光譜分辨率以及抗傾斜FTIR光譜技術。曾主持國家重大科研儀器研制項目、國家重點研發計劃重點項目子課題、國家自然科學基金面上項目等，參與載人航天工程TG-2、中國科學院先導專項、中國科學院知識創新項目等，已授權國家發明專利10項，發表SCI/EI論文30余篇。

光譜是一門相對古老的學科，自300多年前牛頓用三棱鏡分解太陽光的實驗取得成功，開創了現代光譜學研究的先河，小到分子、原子，大到星球、宇宙，人類對自然界的認識很大程度上開始依賴于各種光譜帶來的信息。

但古老的光譜學在某種意義上又是一門新的學科，尤其是隨著光譜技術的融合與發展，光譜成像這類新技術開始出現，并在太陽系外行星的尋找中扮演著重要的角色。這場意義重大的系外行星尋找點燃了無數光譜科學家參與的熱情，中國科學院西安光學精密機械研究所研究員魏儒義就是其中一位。

“和20世紀阿波羅登月相比，在系外行星上發現生命對21世紀人類社會的影響將更加深遠。這一發現將會超過近代史中的任何事件，有望帶來科學和思想的復興，并重新燃起人類對保護地球生命的關注和行動。這是一次改變人類歷史的機會，值得我們全力以赴。”談起這項研究的意義時，魏儒義這樣說。

大氣光譜研究獲突破

能與天文光譜結緣，在魏儒義看來是一種偶然也是一種必然。學生時代，書柜中天文書籍藏書過半，足以看出他對天文研究的濃厚興趣。在武漢大學完成碩士學業走上工作崗位后，魏儒義對它的興趣仍然有增無減，將所學的光譜知識與天文研究相結合，便成為了他的一個職業理想。

帶著這樣的理想，魏儒義進入中國科學院西安光學精密機械研究所（以下簡稱“西光所”）光譜室從事光譜研究工作。作為當時中國科學院唯一的光譜成像重點實驗室，雖然光譜科學中許多方向的研究在這里都已展開，但與天文相關的研究卻并未開展。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研究方向。

從2007年進入西光所至今，通過承擔國家重點研發計劃重點項目子課題、國家自然科學基金青年項目及參與載人航天工程TG-2項目，在地球大氣光譜尤其是溫室氣體探測技術研發方面，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用該方法的多光程干涉儀”的研發中，他帶領團隊打破了常規技術手段，用多光程的技術方法，將FTIR里動鏡行程變大，最終實現了高光譜分辨率。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技術方案，更完成了當時“921”國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技術指標要求。在溫室氣體導致全球氣候變暖的大背景下，魏儒義無疑為打破國內有關溫室氣體的研究中數據量缺乏的限制，做出了不容忽視的貢獻。

目前，基于此項技術，魏儒義正在籌備一項新專利的申報工作，申報成功后，新專利包含的技術將在光干涉領域發揮更加重要的作用。

如愿與天文光譜結緣

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

麻省理工學院不一樣的科研氛圍，給魏儒義帶來的是一種全新的感受?！霸谛@內，尊重科研的細節隨處可見。為了不影響做科研，衛生保潔人員總是等實驗結束后才去打掃衛生，特別是晚上，等到凌晨兩三點是非常平常的事。另外，每天經過EAPS系大樓上，看到寫有‘Unlease your natural curiosity’（從興趣出發）的牌子很有感觸?！蔽喝辶x告訴記者，“這樣的細節還有很多，隨時提醒著在這里的人們，時刻要保持對科研純粹的熱情和尊重的態度?！?/p>

在個人興趣的驅動下，一年多的時間內，開展了包括超級熱地球類系外行星的大氣光譜的探索；魏儒義還向EAPS系里申請了科研經費，開展了系外行星探測技術的研發等工作。通過這些鍛煉，相關知識和經驗在魏儒義那里開始慢慢積累起來。

得益于在麻省理工學院的這些經歷和中國科學院的平臺優勢，結合多年來自己在光譜方面的研究積累。回國后，魏儒義通過承擔國家自然科學基金面上項目“基于光頻梳定標的新型共光路DFDI類地行星探測方法研究”，在原有的基礎上又提出了新的方案，并研發出了在技術原理上領先國外技術方案的新技術。目前項目已完成了原理驗證試驗，并申請了國內在這個領域最早的專利技術，除此之外，令魏儒義感到高興的是，在此基礎上申請的國家重大科研儀器研制項目“基于新型相干色散技術的系外行星探測系統研制”通過了國家自然科學基金委的立項審批，并計劃于2018年開始實施。

此項目將以探測K/M矮星周圍太陽系外行星、搜尋宜居/類地行星為主要科學目標，針對傳統視向速度探測儀器設備存在的技術問題，采用共光路技術和非對稱設計等新方法，致力于研制穩定性高、能量利用率高、透過率高、探測精度高，具有完全自主知識產權的基于新型共光路型相干色散技術的太陽系外行星搜索探測系統原理樣機，以實現系外行星科學任務所需的高探測精度指標，從而為觀測K/M類矮星周圍系外行星提供新的可行的技術和方法，積極推動系外行星探測技術、巡天技術和行星科學領域的發展。

為實現目標，在未來開展的工作中，魏儒義將帶領團隊結合科學目標與需求，通過建立完整的儀器理論模型，進行關鍵技術設計與驗證，細化研制方案；并通過制定的儀器詳細研制方案，對儀器各組成模塊進行加工、測試與組裝；針對相干色散光譜儀研制樣機開展實驗室和天文觀測站試觀測試驗；最后根據試驗結果完成高精度視向速度反演模型的建立與相關軟件的設計工作。

魏儒義對項目的順利推進充滿了信心，他告訴記者：“我們的研究屬于國際上一個非常前沿的熱點學科，在國內，相關的研究才剛剛興起，這對于我們是一個很好的機遇。有人才、團隊、項目、經費做支持，如果真想把這件事做好，就沒有什么攻克不了的難關?！?/p>

難忘恩師提攜教誨

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

現在，魏儒義也有了自己的學生，作為研究生導師，除了在科研上孜孜不倦外，在教學上也有自己的想法，除了繼承前輩的方法和思想外，培養具有獨立人格、能獨立思考的學生，給一些“怪才”更大的容忍度，是他對自己的要求。

談起未來的計劃，魏儒義告訴記者，他要沿著天文光譜這個方向一直做下去，希望未來能代領團隊在相關領域為中國在國際上贏得一些話語權。