科苑人物

他们和导师一起,在火星上找水

  •   编者按:遥远的火星上是否存在水,一直吸引着我们去求索。祝融号水环境项目,便是对这个问题的的初步回答。利用祝融号火星车相关数据,中国科学院大学博士生导师、中国科学院国家空间科学中心研究员刘洋带领团队和合作者,在地质年代较为年轻的着陆区,发现了一种岩化的含水板状硬壳层,并揭示了其中亮色岩石的形成机制。本期,一起来看看找水之旅中,团队成员的收获与感悟。

      “这次寒假追剧重温了青春挚爱,让我又一次开启对地外生命的思考,也想起了那段我们并肩奋斗的日子……”作为《三体》迷,这次上映的电视剧版,让2022级空间物理学专业硕博连读生张朝琳好好过了一把“原汁原味”的瘾,剧中许多画面勾连起了祝融号水环境小组并肩攻坚的点点滴滴:大家跟随导师,一起在火星上找水,努力解码地外世界传来的消息。

      浩瀚宇宙,我们是否孤独?这个问题,千百年来一直引发我们追问和思考。作为各方面与地球十分相似的“邻居”,火星无疑是众多星球中备受关注的一颗。

      回首与盘点2022年中国航天科研成就,祝融号的火星探测之旅捷报频传。祝融号水环境项目,便是其中坚实的一步,《科学进展》留下了团队并肩奋斗的足迹——“发现火星水活动迹象”。

      “这是国际上第一次利用巡视器上的短波红外光谱仪在火星原位探测到含水矿物。”

      利用天问一号任务车——祝融号火星车相关数据,国科大博士生导师、中科院国家空间科学中心研究员刘洋带领团队与合作者,在地质年代较为年轻的着陆区,发现了一种岩化的含水板状硬壳层。

      那段“披星戴月”的日子,成为团队共同的难忘记忆。

      “新数据十分宝贵,蕴含巨大科研价值,当然,对新数据的‘解码’也要求我们分秒必争,还好我们此前做过相关工作,有一定的经验积累,上手比较快。”日常的科研实验训练,帮助2020级空间物理学专业硕士研究生周翔与同伴能够“来之能战”,迅速进入“战斗”状态。

      集中攻坚的战场就是刘洋的办公室,较大的外间里放着投屏电视和一张大办公桌,师生围坐在一起指导请教,分工协作、随时沟通、头脑风暴。

    刘洋和学生们在讨论

    张朝琳在研究数据

      “刚刚成为一名研究生,我第一次感受到那种‘齐心协力为同一个目标努力’的科研团队氛围。”

      在国科大雁栖湖校区集中教学时接触的基础知识,在这次实战中从书本中鲜活起来,跳跃生姿。张朝琳感慨这场“有机组合”带给自己的成长。“那段时光充实又幸福,科研之余,大家还会一起锻炼身体、分享美食,成为‘团结、紧张、严肃、活泼’的最好写照。”

      奇妙的时光魔力里,导师的角色,像透过三棱镜的一束阳光,色散成多彩的样子。“老师也不再仅仅局限在讲台授课这一面,是身边共同攻坚每日任务的规划者,也是带领大家运动聚餐调整状态的领路人。”那个导师带头在阳光下打篮球的下午,成为小组记忆中共同的闪光时刻。

      带着好奇,团队继续开展对“亮色岩石”相关成分分析的集中攻坚,之后的一连串收获让人兴奋不已。

      根据岩石对光谱的吸收特征推测,这种特殊的亮色岩石里含有水硅或含水硫酸盐,在此基础上,团队提出了亮色岩石的形成机制:沉积期前的土壤风化层在富含盐类的地下水上升或渗透期间,经历了胶结和岩化作用,形成了观察到的板状岩石。

      简单讲,团队整体工作是将祝融号获取的光谱和实验室光谱库进行对比,挑选出相似光谱,提供解译参考。而一系列解码出的意外之喜,是建立在跨学科的多种处理工作之上,立足在小组成员各自研究方向以及同心协力上。

      其中,2020级空间物理学专业研究生周翔和赵振兴参与其中的计算光谱的处理、分析比较和制图。

      光谱库的巨大体量和实际操作中“千变万化”的干扰考验着耐心和恒心。最长的一次代码调整和对比,周翔和赵振兴花费了三天的时间,才将对应光谱库处理计算完毕,挑选出相似光谱,并立即更新到文章的光谱对比图中。


    周翔(上)和赵振兴(下)在整理数据和材料

      具有地球信息科学与技术基础的2020级空间物理学专业博士生武雨纯,和张朝琳一起参与到光谱筛选和相关资料调研工作中。

      “回顾整个工作过程,我意识到导师的安排确实是经过深思熟虑的,他在向我们解释研究思路的时候,就已经把我们每个人能够最大程度发挥各自特长的分工全部构思好了。”武雨纯说。

    武雨纯在完善报告

      在发表的文章中,一张比较核心的模式示意图清晰地解释了乌托邦平原的层状石块的形成过程,这是其中赵振兴最满意的一份“作品”。

      图示所带来的视觉体验和深刻内蕴,早在雁栖湖校区研一期间的《沉积岩工作方法》课程中,赵振兴就深有体会。

      在老师的指导下,他第一次使用显微镜观察到了沉积岩薄片的内部形态,窥探到其中岁月积淀的故事。如今的科研实战里,赵振兴也将一段历史“描绘”出来,解读镜头下看到的画面。

    乌托邦平原的层状石块的形成的解释模型

    祝融号火星车探测目标的照片和光谱

    《沉积岩工作方法》课程中鲕状结构的沉积岩



      火星找水之旅,带来了很多颠覆原有认知的发现,团队成员们的科研视野也被无限打开。火星水活动期比想象的要长;火星在亚马逊纪时期的水活动可能比以往认为的更加活跃;祝融号着陆区以及火星北部平原的广泛区域可能含有大量以含水矿物形式存在的可利用水,可供未来载人火星探测的原位资源利用……

      “曾经电视新闻和科幻电影里的画面,现在就在我手中的资料里。”这份探索,亦成为一次双向奔赴的成长,从此结缘。

      对祝融号着陆区继续深入开展研究,成为团队成员不约而同的未来方向。“来自火星源源不断的返回数据,蕴含极大的科学价值,相信通过数据分析解译,不仅能帮助我们看清火星,也有助于我们了解地球的过去和未来。”周翔说。

      2022年以来,祝融号的火星探测之旅捷报频传。继发现水之后,祝融号火星车又开始了在乌托邦平原实施的全球首个雷达探测科研项目......浩瀚宇宙的探索征程上,我们不断描摹着古代“荧惑”的清晰模样。
      乘着火星探测任务全面推进的时代列车,国科大科研青年在并肩攻坚里培植默契,于互相学习中优势互补,品味科研路途的苦与乐。
      “我想我们都是幸运的,在恰好的时间与璀璨的前沿相遇。”

    责编 :贺静蕾