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在第三屆“逐夢光電”國產分析儀器研制與應用研討會上，來自中國科學院上海技術物理研究所萬雄老師關于《火星表面物質光譜探測技術》的報告受到了大家的關注。火星離我們很遠，但又似乎并不遙遠，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”，登陸火星并開始巡視探測。作為參加過“火星探測”、“嫦娥3號”等國家重大科研項目的資深專家，萬老師在會后接受了卓立漢光《視點前沿》欄目組，北京卓立漢光儀器有限公司副總經理董磊的專訪，為大家深度解讀火星上的光譜探測技術。
萬雄研究員采訪現場照片
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，我從事光譜技術為主，在技物所已經工作十幾年，組里研究方向主要有兩個：深空激光光譜學，利用激光光譜手段對行星表面的物質成分進行探測，利用物質的信息去理解行星的地質演化過程，探究是否有宜居性和生命信號，并與地球的地質演化相互對比，開展比較行星學方面的工作，涉及到的激光光譜手段LIBS（激光誘導擊穿光譜），激光誘導拉曼、激光誘導熒光、被動的紅外光譜等。第二個方向是利用原子分子光譜技術服務于國家重大研發項目，課題組參與較多的是對于生物安全領域面向國家的需求，如出入境中可能涉及國家重要生物資源的流失，需要開發專業的光譜檢測儀器，對重要生物資源進行光譜技術的建庫，這就要用到剛才提及的原子光譜和分子光譜技術，并與多光譜成像和超光譜成像結合，采取譜像結合的方法進行探測。儀器是我們的主業，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，比如“祝融號”火星車上搭載的火星表面成分探測儀具體是怎么進行工作的？
“祝融號”火星車上搭載了MarSCoDe的火星分析儀，使用LIBS對目標元素構成進行探測。基本原理是高能激光脈沖聚焦在目標表面上，由于聚焦點的能量密度比較大，瞬間的高溫剝蝕產生高溫蒸汽，蒸汽處于等離子狀態，當高溫等離子體冷卻的時候，高能級的電子就會躍遷回到低能級，發射原子譜線，hV=E1-E0，E1是高能級的能量，E0是低能級的能量，h是普朗克常數，v是發射頻率。不同頻率對應不同原子能極差，通過測定發射波長可以判定原子構成，然后再根據譜線的強度得到元素的含量。
Q3：針對于遠程Raman和LIBS，是否有工業應用的前景？您是否有計劃和研究界以及工業界針對于遠程探測有開展合作的打算與規劃呢？
我們做科研不能閉門造車，需要和不同領域專家進行交流。比如石油領域，石油在反應釜中不同溫度會有不同的化學反應，而反應釜處于高溫狀態，接觸性測量是不現實的。這時候非接觸式的遠程測量，激光測量就可以滿足這種要求。我們這種技術可以對行星、火星這種未知星球進行探測。同樣在實驗室中也可以應用遠程技術進行原位實時檢測，光學技術可以和不同領域不同專業研究人員需求結合，尋找合適的切入點。我們也在跟卓立漢光公司進行討論，看能否在其他行業得到應用和推廣，如果可以的話，那我們也是很開心的。
Q4：根據目前的研究數據，火星宜居嗎？
我們國家科研管理部門去年有一個重點研發專項：研究火星的宜居性。因為現有人類能力有限，還不能脫離太陽系，而在太陽系內，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項目，利用許多國家發射的環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火星的數據并分析，就可以對火星的宜居性進行判斷。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。通過探測并把歷史和現今進行對比，找到一些證據和規律，為未來地球的演化提供相應的參考信息。目前我們也在做宜居性和生命信號的探測，包括美國NASA“毅力號”火星車，落在一個隕石坑，據說就是古海洋的遺跡，還有三角洲，三角洲雖然已經干涸，但是不排除在地下深處會有古生物的殘骸。
中國也想開展類似研究，因此立項此項目，雖然我們“祝融號”目前技術限制還完不成這樣的任務，但是結合“毅力號”，結合不同國家不同環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。日本“隼鳥二號”探測器從小行星“龍宮“采集的樣本，經過化驗有超過20種氨基酸，氨基酸是生命重要組成，再一次引發了人們對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果，但是在將來技術進步后，人類會有更大的發現。
Q5：請您分享一下與卓立漢光的淵源和對國產儀器的期待。
我從2012年百人計劃進入中科院系統，就瞄準國際前沿生物探測技術。實驗室有很多購自卓立漢光的設備，至今還在正常工作。我們和卓立漢光的共同點是：卓立漢光是國產儀器先鋒，我們也在做國產儀器，只是面向的對象不一樣，卓立漢光面向廣大的市場需求，我們面對的是國家特殊的需求。而我們采用的技術手段是共通的。我們也希望能通過與卓立漢光的合作，把實驗室的儀器技術推廣到市場中轉換為產品，同為儀器人，讓我們共同努力。
萬雄研究員與董磊副總經理合影
結束語
在我們的采訪中，每當提及專業技術，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個關于火星的故事，感受人類為探索未知宇宙的所做的不懈努力。正是這份執著和熱愛，讓萬老師在科研領域取得了重大成績。作為中科院“百人計劃”擇優資助入選者、國家二級研究員（教授）、博士生導師、Georgia Tech高級研究學者、國際空間科學研究所（ISSI）核心專家、省級百千萬第一二層次人才、省級學科帶頭人，萬老師已申請專利159項(已授權發明專利95項,實用新型授權38項,實現發明專利轉讓11項).發表論文140篇(SCI收錄57篇). 近年來在激光光譜、生物光子學、仿生光學等研究領域開展了深入的研究工作, 從事相關研究所取得的學術成績包括參加國家重大科研項目“火星探測”“嫦娥3號”,主持完成及在研國家級科研項目10項、參與完成國家級科研項目1項(排名第2)、主持完成及在研省級科研項目9項。獲省部級以上科研獎勵5項、教學獎勵5項。
祝愿萬老師以后的科研事業更上一層樓，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。
