崔峻：关注太阳系里的科学问题

刘昊林

大千宇宙浩瀚长空，当中国人的足迹第一次踏入这一领域，当“天宫”和“神八”深情“拥吻”，当“嫦娥三”平稳着陆于月球的虹湾，无数鲜花与掌声背后，有谁会关注到这样一些人，他们默默隐于喧嚣热闹的场景之中，谋划着中国涉入太空技术实现之后的系列科学问题——

我从哪里来？要到哪里去？茫茫宇宙中一直飘荡着这样的问题。自人类诞生以来，一直致力于了解和探索我们居住的地球甚至是地球以外太空的秘密——它们是怎么起源如何形成的？它们的未来将向何处去？它们的结构又是怎样的……

2007年10月24日，我国发射了第一颗月球探测卫星“嫦娥1号”。随着我国探月计划的不断实施，探测火星、小行星以及更远的太阳系天体的科学秘密，已经引起有关部门和科技人员的关注。

“上世纪90年代以来，国际上以行星科学为己任的太阳系探测出现了一些积极的变化，从早期以技术实现为主转向以科学驱动为主，并逐渐向科学牵引转变。我国过去很长一段时间以来的深空探测以工程实现为主，随着技术的实现和不断进步，必然也会转向以科学探索为主这一最终目标，而在下一步太空探测开始之前，我们必须沉下心来思索、规划和制定它的探测任务，保证科学成果的最大化……”虽然隐于喧嚣热闹的场景之中，但中国科学院国家天文台研究员、中国科学院月球与深空探测重点实验室副主任崔峻却安于自己所研。探索自然科学、执着科研一直是他的内心所向。

最接“地气”的行星科学研究

“水金地火木土天，海王行星绕外边……”宇宙大千事，朗朗书声传。经历过初高中学习的人一定对茫茫宇宙太阳系中神秘的行星卫星有着或多或少的印象。但您听说过行星科学吗？您又对茫茫太阳系中一颗叫做“泰坦”的卫星了解多少？进入崔峻的研究世界，你会发现这是一个听起来似曾相识却又完全陌生的奥妙世界——

“行星科学是新兴的热门交叉学科之一。它是地球科学的自然延伸。近几十年来随着航天技术的日趋成熟，地球物理学逐步朝着行星物理学方向延伸。一方面在科学基础上，行星系统是验证地球系统已知规律的‘理想实验室，它能够帮助我们更好地认识太阳系的起源和演化；另一方面行星探测科学目标的制定和实现可以推动航天等相关技术的进步。随着嫦娥探月工程的成功实施，我国开始制定宏伟、持续的深空探测计划，将科学目标逐渐延伸到地球以外的其他行星。这为行星物理学在我国的发展提供了一个契机，同时也提出了迫切的需求……”

虽说起自己的研究专业来总显得意犹未尽，但崔峻坦言自己涉足天文这一领域带有一定的随意性和偶然性。二十多年前，当他如愿考入北大这所全国学子都向往的最高学府的的时候，怀抱的只是对父母母校一种懵懂的崇敬，并不能真正体会天文的浩瀚与精深；二十多年过去，走过美国亚利桑那大学、英国帝国理工大学等世界级科学研究殿堂，也走过不少弯路，沿着这条道继续走下去的想法却日渐笃定，只因身体里流淌着的对科学研究与生俱来的存在感，亦如近几年他研究的主体、浩瀚宇宙中那颗神奇的卫星——泰坦所带给他的安乐与宁静一样。

在天文学里，“泰坦”专指土星的第六颗卫星——土卫六。它是太阳系中仅次于木卫三的第二大卫星。它拥有真正的大气层，有对流层、平流层等完整的大气结构；它的表面有“雨”“雪”“湖泊”等特征；它存在有机高分子，因而被很多科学家认为是与地球最相像的天体。有关于泰坦的有趣的探索来自于美国航空航天局，他们表示已经在土卫六上发现生命存在的迹象——某种未知生物正在呼吸着泰坦的大气，并以地表的燃料为食。甚至有科学家相信：40亿年后，地球就会被膨胀了的太阳吞没，而泰坦则会发展为适合地球生命生存的星球，成为第二个人类理想的家园。

“正所谓‘不识庐山真面目，只缘身在此山中只有把地球放在太阳系行星大家族的角度来认识地球，才能跳出地球看地球。泰坦代表了地球系统经历的早期阶段，它被广泛用于研究地球环境的演化规律，乃至生命的起源。”崔峻如是阐述了自己钟情于泰坦的原因，这颗被他称为行星科学里‘最接地气的卫星犹如一颗磁石，吸引着他不断探索的脚步——

掀开“土卫六”神秘面纱

1997年10月15日，美国肯尼迪航天中心，随着一声轰天巨响，20世纪最大、最复杂的行星探测器“卡西尼”号飞船携带登陆器“惠更斯”发射成功。从此踏上耗时7年、长达35亿千米的孤独寂寞土星之旅。它的主要任务是，对土星、土星光环及土星的卫星，尤其是其中的土卫六进行空间探测。那一年，崔峻还只是一名刚从北大燕园物理系毕业，进入中国科学院国家天文台攻读硕士的学子。

2004年6月30日，卡西尼非常幸运地抵达了土星这颗带有美丽光环的行星，开始环绕它运转，就此展开了原定为期4年的土星探测任务。而那一年，崔峻已然远跨重洋来到美国亚利桑那大学天文系攻读博士学位，成为当时参与卡西尼项目唯一一名中国人。从此，他与泰坦结下了难解的情缘。

在此后的几年时间里，主要基于卡西尼卫星质谱仪数据分析，崔峻和他所属的研究团队创新性地先后提出了泰坦高空结构的新模型、泰坦电离层形成的新模型和泰坦大气逃逸的新模型，解释了泰坦“如何分布”“从哪里来”“到哪里去”等一系列的问题，由此揭开了泰坦神秘的面纱——

泰坦高空结构的新模型解释了泰坦高空分子“如何分布”这一问题。任何行星高空物理学的研究首先需要一个基于数据的高空结构“经验模型”，而泰坦高空中各种气体成分的密度剖面是了解整个泰坦高层大气物理学，化学，动力学特征所需要的基本信息：例如新模型提供了泰坦高空环境中各种分子随高度、经度和纬度的密度分布规律，包括各种碳氢化合物、腈化物以及惰性气体等。相关成果被认为是“了解卡西尼质谱仪数据复杂性的标准参考文献”，被审稿人评价为“是一篇关于卡西尼质谱仪数据处理的力作……文章对于各方面定标问题的考虑使我印象非常深刻……一个非常棒的工作……”以及“这篇文章展示了新的，原创性的结果……文章在技术角度是非常好的，代表了巨大的工作量和值得作者引以为豪的非常聪明的推理……”。成果被大量引用，为整个泰坦高空物理学界后续工作的展开奠定了坚实的基础。

泰坦电离层形成的新模型解释了泰坦高空中的等离子体“从哪里来”这一问题。任何一个拥有永久大气层的行星或天然卫星，大气顶部是部分电离的，称为电离层。行星电离层的形成机制白天是靠太阳辐射，而夜间则通常认为是靠电子沉降，即来自外部的高能电子撞击高空分子使之发生电离。然而这点并没有任何有力的观测证据。崔峻及其欧美合作者则通过对数据的分析，提出了一个电离层形成的全新输运机制。观点提出后被国际学术界广泛关注，例如在Springer出版社学术专著“Titan from Cassini-Huygens”（泰坦：来自卡西尼-惠更斯的结果，2010年出版）中对崔峻所提出的新模型进行整段的全面阐述。

泰坦大气逃逸的新模型则解释了泰坦高空分子“到哪里去”这一问题。大气逃逸指行星高空的粒子摆脱行星引力场束缚而进入行星际空间，是决定行星长期演化的重要因素。传统的大气热逃逸模型认为粒子在逃逸面上的速度分布为麦克斯韦分布，而当行星逃逸面附近发生显著的非热逃逸过程时，麦克斯韦分布不再适用。针对上述传统观念，崔峻及其合作者提出逃逸面上的粒子速度分布即使在没有非热逃逸过程的情况下也会被向上传导的热流所影响而显著偏离麦克斯韦分布，大致可以用一个动力学13矩近似来描述。此模型称为“大气热逃逸的热传导增强模型”，是对传统热逃逸模型的重要修正，并被成功应用于传统模型所无法解释的泰坦大气H2逃逸现象。

几年间，崔峻在卡西尼项目中出色的表现获得了同行的一致肯定，先后获评价为：“在行星高空物理领域的工作具有很高的质量，特别擅长探测器数据的分析和利用基本物理，化学（概念）对数据的合理解释……表明了他是这个领域认可的领军人物”，以及“在泰坦电离层及大气逃逸问题上的工作赢得了广泛的国际认可……在关键性论文中被广泛引用……得到了应有的国际认可度和声誉……是国际行星科学界一个很有价值的成员。”

泰坦卫星的研究为崔峻打响了科研生涯的“重要一炮”，同时也为他继续深入研究金星、火星、月球等太阳系内其他天体高层大气和电离层打下了扎实的基础——

时刻准备“亮剑”火星

2014年06月25日，中国对火星和太阳系的探测计划曝光。中国科学院院士、月球探测工程首席科学家欧阳自远透露：中国预计2020年登陆火星，并在2030年实现火星采样返回。在此期间，中国计划对火星本体展开的科学研究，将针对其磁层、电离层、大气层、地形、地貌特征与分区、表面物质组成与分布、地质特征与构造区划进行探索。同时，火星内部结构、成分，以及其起源与演化将是研究的重点。

曾几何时，载人航天、空间站、探月等重大项目，对中国曾是一个缥缈的梦。在21世纪的今天，它们要么已经“照进现实”，要么即将“荣耀绽放”。这背后凝聚了多少中国航天科学家的心血和汗水。而为圆“登陆火星”这一梦想，又有多少科学家正在竭尽全力地默默付出。崔峻就是其中一员。

2015年，由崔峻主持的“火星电离层形成机制研究”获得国家杰出青年科学基金。这一项目计划时间为2016～2020年，项目将紧密结合我国的深空探测规划，把建立火星电离层形成的全面物理图像作为核心科学目标。正在论证中的我国首次火星探测项目计划搭载一个离子与中性原子探测仪、一部磁场计以及一台次表层穿透雷达，将为我们提供丰富的火星空间环境第一手资料。崔峻这一项目的顺利实施将为充分利用这些资料提供必要的科学准备，促进自主火星项目执行后的第一时间科学产出。

在此之前，崔峻在相关研究方面积累了丰富、扎实的经验，针对火星电离层形成机制、电子温度变化性等科学问题发表了一系列论文。在这些丰富积累的基础上，项目有针对性地创造了很多创新点：

（1）区分不同的电离机制一直以来是火星空间环境的核心科学问题之一。在项目中，崔峻将注重各个不同电离机制之间的比较研究，而不是割裂开来进行独立的分析，这有助于建立火星电离层形成的完整图像，充分认识不同机制各自的特征电离率，作用域及发生的物理条件；

（2）日夜输运是火星电离层形成的一种重要而被广泛忽视的机制，以往的工作无一例外的基于火星电离层随太阳天顶角变化性的推论，然而这一方法是不完善的，因为电离层随太阳天顶角的变化性也可以解释为简单的几何效应，在崔峻的项目计划中，将直接寻找火星电离层结构的时间变化性，为日夜输运机制的确认提供直接、可靠的依据；

（3）以往的研究中默认将每一个观测得到的“电离层”结构均解释为特定的电离机制所诱发，没有明确的观测证据支持（仅为猜测），项目中将考虑“层”结构本质为电离层扰动这一被广泛忽略的可能性，并通过与中性大气波动特性的比较来论证（或否定）这一物理解释；

（4）研究火星电离层的一个核心问题在于建立较完善的光化学-动力学耦合模型，而这一领域目前在国内尚属空白。在项目中，崔峻计划与合作者一起吸收国际上的丰富经验，建立第一套我国自主的相关模型，为后续数据-模型的比较研究打下坚实的基础。

虽然需要考虑和注意的细节纷繁复杂，但崔峻依然有条不紊地按计划推进自己的步伐。因为在他身后，有一支日渐成熟的团队正在成型。

作为依托单位，中国科学院国家天文台已于2014年底正式批准崔峻成立一支行星物理方向的研究团队。在未来几年，崔峻拟从海外引进两名科研骨干，同时将招聘4～5名博士后科研人员。此外崔峻己招收2名博士生，分别协助他完成卫星射电掩星数据和高能电子能谱数据的处理及分析。团队的稳步发展将有助于我国行星物理后备人才的培养。

“建立较完善的火星高空数据处理流程、建立较完善的火星电离层模型、发展一支小型行星高空物理研究团队、发表国际SCI论文8～10篇……”与很多获得国家杰出青年科学基金项目的目标不同，崔峻的计划似乎显得很有学究气。

“我自觉自己是一个做不了什么‘大事的人，我只想认认真真做好‘小事，扎扎实实地做科学，这才是我能够掌控的、真正可以实现的东西。”直至今日，“固执”的崔峻依然乐意埋首自己钟情的科研，为此他甚至拒绝了很多找上门来的工程合作，只为坚守一个内心的“自我”——

静待绽放光芒

处事淡然，随心所爱，坚守内心是崔峻留给记者的印象。他对科学有着那份近乎于“固执”的执着，与一般人不同，崔峻的象牙塔攀爬之路要长很多。从2001年踏出国门到2010年回国，飘居海外十年，先是在美国亚利桑那大学攻读了七年博士，之后再到英国帝国理工大学从事了两年博士后研究工作。期间遭遇过导师因病更换，因美国出台政策对中国相关专业求学者进行限制而转到英国从事博士后研究、专业方向不停改变等沟沟坎坎，也曾有过迷茫困惑，也曾想过中途转向就业……但崔峻还是咬咬牙坚持了下来。所幸的是一旦遇上适宜的环境，他的深造很快又步入正轨。

2010年，在外多年的崔峻下定决心回到自己的祖国，虽然没有相关的人才计划支持，回国的时机显得还不是很成熟，但至今他仍不后悔当初的决定。他成为所学方向回国最早的海归之一。

初回国那几年，是他最难熬的一段时光。因为回国之初没有更多地为自己考虑过薪酬的问题，加之不愿勉为其难地迁就只一心专注科研，他的日子过得很清贫。先后辗转在中国科学院国家天文台、南京大学天文与空间科学学院两地从事科学研究工作。或许是因为长期旅居海外受科学殿堂氛围所染，崔峻很是注重科研人的承诺和信誉，虽也曾有过更高待遇的诱惑，但他最终还是选择安然其所，耐着寂寞和清贫，“任性”地走着自己认为最舒服、最适合走的科研路。因为适合，所以不觉得有所迁就；因为适合，所以乐于安守。

如果不是记者一再追问，他都不愿意提及父母科研工作者的身份，这个身份在别人看来或许是便利，但在他看来反倒是限制或者说是鞭策和压力。上一辈传给他的更多的是一种对科学认真的态度、一份走到哪儿都更要严于律己、谦逊低调的品格，在他看来这是成长过程中最宝贵的财富。

如今，除了在中国科学院国家天文台担任“百人研究员”及团组首席科学家之外，他还在澳门科技大学兼职带学生。在他看来，学做科研不一定要有多聪明，但一定要找准自己的定位，还要有非常强的逻辑思维和总结归纳能力，他希望把对科研的那份执着在学生那里延续下去。

点一支烟，泡一杯浓茶或者咖啡就是崔峻打发难得闲暇时光仅有的几种方式，只为寻一份精神之慰藉，保持清醒的头脑。这位刚过不惑之年的研究员身上还保持着“北京大男孩”特有的那份真性情、不功利，认准的事情无论如何都会坚守下去。因为，他始终相信只要坚持，就一定能够有所获，亦如他所坚持的行星科学：伴随着中国深空探测计划的不断推进，他相信不管是对他，还是整个学科都将迎来一次飞跃的契机，而他现在所能做的，就是沉下心来，静待在茫茫太阳系中绽放属于自己的一道光芒。