中国科学院上海技术物理研究所万雄研究员：仪器人眼中的星辰大海

在第三届“逐梦光电”国产分析仪器研制与应用研讨会上，来自中国科学院上海技术物理研究所万雄老师关于《火星表面物质光谱探测技术》的报告受到了大家的关注。火星离我们很远，但又似乎并不遥远，人类积极探索火星的脚步从未停止。2021年5月22日中国首辆火星车 “祝融号”，登陆火星并开始巡视探测。作为参加过“火星探测”、“嫦娥3号”等国家重大科研项目的专家，万老师在会后接受了卓立汉光《视点前沿》栏目组，北京卓立汉光仪器有限公司副总经理董磊的专访，为大家深度解读火星上的光谱探测技术。

 万雄研究员采访现场照片

Q1：请您介绍一下您的课题组和主要研究方向？ 

感谢卓立汉光的邀请，我从事光谱技术为主，在技物所已经工作十几年，组里研究方向主要有两个：深空激光光谱学，利用激光光谱手段对行星表面的物质成分进行探测，利用物质的信息去理解行星的地质演化过程，探究是否有宜居性和生命信号，并与地球的地质演化相互对比，开展比较行星学方面的工作，涉及到的激光光谱手段LIBS（激光诱导击穿光谱），激光诱导拉曼、激光诱导荧光、被动的红外光谱等。第二个方向是利用原子分子光谱技术服务于国家重大研发项目，课题组参与较多的是对于生物安全领域面向国家的需求，如出入境中可能涉及国家重要生物资源的流失，需要开发专业的光谱检测仪器，对重要生物资源进行光谱技术的建库，这就要用到刚才提及的原子光谱和分子光谱技术，并与多光谱成像和超光谱成像结合，采取谱像结合的方法进行探测。仪器是我们的主业，民口称为仪器，深空称为载荷，都是我们的研究方向。

Q2：能登上火星进行探测的仪器都很不简单，请您介绍下目前火星上常用的光谱探测技术，比如“祝融号”火星车上搭载的火星表面成分探测仪具体是怎么进行工作的？

“祝融号”火星车上搭载了MarSCoDe的火星分析仪，使用LIBS对目标元素构成进行探测。基本原理是高能激光脉冲聚焦在目标表面上，由于聚焦点的能量密度比较大，瞬间的高温剥蚀产生高温蒸汽，蒸汽处于等离子状态，当高温等离子体冷却的时候，高能级的电子就会跃迁回到低能级，发射原子谱线，hV=E1-E0，E1是高能级的能量，E0是低能级的能量，h是普朗克常数，v是发射频率。不同频率对应不同原子能极差，通过测定发射波长可以判定原子构成，然后再根据谱线的强度得到元素的含量。

中国“祝融号”火星车（图片源于网络）

Q3：针对于远程Raman和LIBS，是否有工业应用的前景？您是否有计划和研究界以及工业界针对于远程探测有开展合作的打算与规划呢？

我们做科研不能闭门造车，需要和不同领域专家进行交流。比如石油领域，石油在反应釜中不同温度会有不同的化学反应，而反应釜处于高温状态，接触性测量是不现实的。这时候非接触式的远程测量，激光测量就可以满足这种要求。我们这种技术可以对行星、火星这种未知星球进行探测。同样在实验室中也可以应用远程技术进行原位实时检测，光学技术可以和不同领域不同专业研究人员需求结合，寻找合适的切入点。我们也在跟卓立汉光公司进行讨论，看能否在其他行业得到应用和推广，如果可以的话，那我们也是很开心的。

Q4：根据目前的研究数据，火星宜居吗？

我们国家科研管理部门去年有一个重点研发专项，也是颠覆性领域中的一个项目：研究火星的宜居性。因为现有人类能力有限，还不能脱离太阳系，而在太阳系内，目前火星是*接近地球的类地行星。我们也很荣幸作为合作单位拿到这个项目，利用许多国家发射的环绕火星作遥感探测的载荷，以及火星车上原位探测的载荷，收集起来的所有有关火星的数据并分析，就可以对火星的宜居性进行判断。比如35-40亿年前，被海洋覆盖，还有大气，是宜居的，但是随着时间演化宜居性逐渐降低，地球可能是走的反方向，一开始不宜居，后来宜居性越来越强。通过探测并把历史和现今进行对比，找到一些证据和规律，为未来地球的演化提供相应的参考信息。目前我们也在做宜居性和生命信号的探测，包括美国NASA“毅力号”火星车，落在一个陨石坑，据说就是古海洋的遗迹，还有三角洲，三角洲虽然已经干涸，但是不排除在地下深处会有古生物的残骸。

美国“毅力号”火星车拍摄的三角洲遗迹（图片源于网络）

中国也想开展类似研究，因此立项此项目，虽然我们“祝融号”目前技术限制还完不成这样的任务，但是结合“毅力号”，结合不同国家不同环绕器和遥感器的信息，我们有可能在不久的将来，就能破解所谓的谜团。日本“隼鸟二号”探测器从小行星“龙宫“采集的样本，经过化验有超过20种氨基酸，氨基酸是生命重要组成，再一次引发了人们对寻找地球以外生命的热切向往。很多东西虽然目前没有研究结果，但是在将来技术进步后，人类会有更大的发现。

日本“隼鸟2号”探测器拍摄的小行星“龙宫”（图片源于网络）

Q5：请您分享一下与卓立汉光的渊源和对国产仪器的期待。

我从2012年百人计划进入中科院系统，就瞄准国际前沿生物探测技术。实验室有很多购自卓立汉光的设备，至今还在正常工作。我们和卓立汉光的共同点是：卓立汉光是国产仪器先锋，我们也在做国产仪器，只是面向的对象不一样，卓立汉光面向广大的市场需求，我们面对的是国家特殊的需求。而我们采用的技术手段是共通的。我们也希望能通过与卓立汉光的合作，把实验室的仪器技术推广到市场中转换为产品，同为仪器人，让我们共同努力。

万雄研究员与董磊副总经理合影

结束语

在我们的采访中，每当提及专业技术，万老师总是神采奕奕，侃侃而谈。听他深入浅出为我们讲述一个个关于火星的故事，感受人类为探索未知宇宙的所做的不懈努力。正是这份执着和热爱，让万老师在科研领域取得了重大成绩。作为中科院“百人计划”择优资助入选者、国家二级研究员（教授）、博士生导师、Georgia Tech**研究学者、国际空间科学研究所（ISSI）核心专家、省级百千万*一二层次人才、省级学科带头人，万老师已申请 **159项(已授权发明 **95项,实用新型授权38项,实现发明 **转让11项).发表论文140篇(SCI收录57篇). 近年来在激光光谱、生物光子学、仿生光学等研究领域开展了深入的研究工作, 从事相关研究所取得的学术成绩包括参加国家重大科研项目“火星探测”“嫦娥3号”,主持完成及在研国家级科研项目10项、参与完成国家级科研项目1项(排名第2)、主持完成及在研省级科研项目9项。获省部级以上科研奖励5项、教学奖励5项。

    祝愿万老师以后的科研事业更上一层楼，为我们解锁更多星辰大海中的奥秘，*后借用万老师在采访中说过的一句话，“同为仪器人，让我们共同努力”，共勉。