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在第三屆“逐夢光電”國產(chǎn)分析儀器研制與應(yīng)用研討會(huì)上，來自中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所萬雄老師關(guān)于《火星表面物質(zhì)光譜探測技術(shù)》的報(bào)告受到了大家的關(guān)注。火星離我們很遠(yuǎn)，但又似乎并不遙遠(yuǎn)，人類積極探索火星的腳步從未停止。2021年5月22日中國首輛火星車 “祝融號(hào)”，登陸火星并開始巡視探測。作為參加過“火星探測”、“嫦娥3號(hào)”等國家重大科研項(xiàng)目的資深專家，萬老師在會(huì)后接受了卓立漢光《視點(diǎn)前沿》欄目組，北京卓立漢光儀器有限公司副總經(jīng)理董磊的專訪，為大家深度解讀火星上的光譜探測技術(shù)。
萬雄研究員采訪現(xiàn)場照片
Q1：請您介紹一下您的課題組和主要研究方向？
感謝卓立漢光的邀請，我從事光譜技術(shù)為主，在技物所已經(jīng)工作十幾年，組里研究方向主要有兩個(gè)：深空激光光譜學(xué)，利用激光光譜手段對(duì)行星表面的物質(zhì)成分進(jìn)行探測，利用物質(zhì)的信息去理解行星的地質(zhì)演化過程，探究是否有宜居性和生命信號(hào)，并與地球的地質(zhì)演化相互對(duì)比，開展比較行星學(xué)方面的工作，涉及到的激光光譜手段LIBS（激光誘導(dǎo)擊穿光譜），激光誘導(dǎo)拉曼、激光誘導(dǎo)熒光、被動(dòng)的紅外光譜等。第二個(gè)方向是利用原子分子光譜技術(shù)服務(wù)于國家重大研發(fā)項(xiàng)目，課題組參與較多的是對(duì)于生物安全領(lǐng)域面向國家的需求，如出入境中可能涉及國家重要生物資源的流失，需要開發(fā)專業(yè)的光譜檢測儀器，對(duì)重要生物資源進(jìn)行光譜技術(shù)的建庫，這就要用到剛才提及的原子光譜和分子光譜技術(shù)，并與多光譜成像和超光譜成像結(jié)合，采取譜像結(jié)合的方法進(jìn)行探測。儀器是我們的主業(yè)，民口稱為儀器，深空稱為載荷，都是我們的研究方向。
Q2：能登上火星進(jìn)行探測的儀器都很不簡單，請您介紹下目前火星上常用的光譜探測技術(shù)，比如“祝融號(hào)”火星車上搭載的火星表面成分探測儀具體是怎么進(jìn)行工作的？
“祝融號(hào)”火星車上搭載了MarSCoDe的火星分析儀，使用LIBS對(duì)目標(biāo)元素構(gòu)成進(jìn)行探測。基本原理是高能激光脈沖聚焦在目標(biāo)表面上，由于聚焦點(diǎn)的能量密度比較大，瞬間的高溫剝蝕產(chǎn)生高溫蒸汽，蒸汽處于等離子狀態(tài)，當(dāng)高溫等離子體冷卻的時(shí)候，高能級(jí)的電子就會(huì)躍遷回到低能級(jí)，發(fā)射原子譜線，hV=E1-E0，E1是高能級(jí)的能量，E0是低能級(jí)的能量，h是普朗克常數(shù)，v是發(fā)射頻率。不同頻率對(duì)應(yīng)不同原子能極差，通過測定發(fā)射波長可以判定原子構(gòu)成，然后再根據(jù)譜線的強(qiáng)度得到元素的含量。
Q3：針對(duì)于遠(yuǎn)程Raman和LIBS，是否有工業(yè)應(yīng)用的前景？您是否有計(jì)劃和研究界以及工業(yè)界針對(duì)于遠(yuǎn)程探測有開展合作的打算與規(guī)劃呢？
我們做科研不能閉門造車，需要和不同領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行交流。比如石油領(lǐng)域，石油在反應(yīng)釜中不同溫度會(huì)有不同的化學(xué)反應(yīng)，而反應(yīng)釜處于高溫狀態(tài)，接觸性測量是不現(xiàn)實(shí)的。這時(shí)候非接觸式的遠(yuǎn)程測量，激光測量就可以滿足這種要求。我們這種技術(shù)可以對(duì)行星、火星這種未知星球進(jìn)行探測。同樣在實(shí)驗(yàn)室中也可以應(yīng)用遠(yuǎn)程技術(shù)進(jìn)行原位實(shí)時(shí)檢測，光學(xué)技術(shù)可以和不同領(lǐng)域不同專業(yè)研究人員需求結(jié)合，尋找合適的切入點(diǎn)。我們也在跟卓立漢光公司進(jìn)行討論，看能否在其他行業(yè)得到應(yīng)用和推廣，如果可以的話，那我們也是很開心的。
Q4：根據(jù)目前的研究數(shù)據(jù)，火星宜居嗎？
我們國家科研管理部門去年有一個(gè)重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)：研究火星的宜居性。因?yàn)楝F(xiàn)有人類能力有限，還不能脫離太陽系，而在太陽系內(nèi)，目前火星是最接近地球的類地行星。我們也很榮幸作為合作單位拿到這個(gè)項(xiàng)目，利用許多國家發(fā)射的環(huán)繞火星作遙感探測的載荷，以及火星車上原位探測的載荷，收集起來的所有有關(guān)火星的數(shù)據(jù)并分析，就可以對(duì)火星的宜居性進(jìn)行判斷。比如35-40億年前，被海洋覆蓋，還有大氣，是宜居的，但是隨著時(shí)間演化宜居性逐漸降低，地球可能是走的反方向，一開始不宜居，后來宜居性越來越強(qiáng)。通過探測并把歷史和現(xiàn)今進(jìn)行對(duì)比，找到一些證據(jù)和規(guī)律，為未來地球的演化提供相應(yīng)的參考信息。目前我們也在做宜居性和生命信號(hào)的探測，包括美國NASA“毅力號(hào)”火星車，落在一個(gè)隕石坑，據(jù)說就是古海洋的遺跡，還有三角洲，三角洲雖然已經(jīng)干涸，但是不排除在地下深處會(huì)有古生物的殘骸。
中國也想開展類似研究，因此立項(xiàng)此項(xiàng)目，雖然我們“祝融號(hào)”目前技術(shù)限制還完不成這樣的任務(wù)，但是結(jié)合“毅力號(hào)”，結(jié)合不同國家不同環(huán)繞器和遙感器的信息，我們有可能在不久的將來，就能破解所謂的謎團(tuán)。日本“隼鳥二號(hào)”探測器從小行星“龍宮“采集的樣本，經(jīng)過化驗(yàn)有超過20種氨基酸，氨基酸是生命重要組成，再一次引發(fā)了人們對(duì)尋找地球以外生命的熱切向往。很多東西雖然目前沒有研究結(jié)果，但是在將來技術(shù)進(jìn)步后，人類會(huì)有更大的發(fā)現(xiàn)。
Q5：請您分享一下與卓立漢光的淵源和對(duì)國產(chǎn)儀器的期待。
我從2012年百人計(jì)劃進(jìn)入中科院系統(tǒng)，就瞄準(zhǔn)國際前沿生物探測技術(shù)。實(shí)驗(yàn)室有很多購自卓立漢光的設(shè)備，至今還在正常工作。我們和卓立漢光的共同點(diǎn)是：卓立漢光是國產(chǎn)儀器先鋒，我們也在做國產(chǎn)儀器，只是面向的對(duì)象不一樣，卓立漢光面向廣大的市場需求，我們面對(duì)的是國家特殊的需求。而我們采用的技術(shù)手段是共通的。我們也希望能通過與卓立漢光的合作，把實(shí)驗(yàn)室的儀器技術(shù)推廣到市場中轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品，同為儀器人，讓我們共同努力。
萬雄研究員與董磊副總經(jīng)理合影
結(jié)束語
在我們的采訪中，每當(dāng)提及專業(yè)技術(shù)，萬老師總是神采奕奕，侃侃而談。聽他深入淺出為我們講述一個(gè)個(gè)關(guān)于火星的故事，感受人類為探索未知宇宙的所做的不懈努力。正是這份執(zhí)著和熱愛，讓萬老師在科研領(lǐng)域取得了重大成績。作為中科院“百人計(jì)劃”擇優(yōu)資助入選者、國家二級(jí)研究員（教授）、博士生導(dǎo)師、Georgia Tech高級(jí)研究學(xué)者、國際空間科學(xué)研究所（ISSI）核心專家、省級(jí)百千萬第一二層次人才、省級(jí)學(xué)科帶頭人，萬老師已申請專利159項(xiàng)(已授權(quán)發(fā)明專利95項(xiàng),實(shí)用新型授權(quán)38項(xiàng),實(shí)現(xiàn)發(fā)明專利轉(zhuǎn)讓11項(xiàng)).發(fā)表論文140篇(SCI收錄57篇). 近年來在激光光譜、生物光子學(xué)、仿生光學(xué)等研究領(lǐng)域開展了深入的研究工作, 從事相關(guān)研究所取得的學(xué)術(shù)成績包括參加國家重大科研項(xiàng)目“火星探測”“嫦娥3號(hào)”,主持完成及在研國家級(jí)科研項(xiàng)目10項(xiàng)、參與完成國家級(jí)科研項(xiàng)目1項(xiàng)(排名第2)、主持完成及在研省級(jí)科研項(xiàng)目9項(xiàng)。獲省部級(jí)以上科研獎(jiǎng)勵(lì)5項(xiàng)、教學(xué)獎(jiǎng)勵(lì)5項(xiàng)。
祝愿萬老師以后的科研事業(yè)更上一層樓，為我們解鎖更多星辰大海中的奧秘，最后借用萬老師在采訪中說過的一句話，“同為儀器人，讓我們共同努力”，共勉。
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