經(jīng)濟(jì)觀察報 記者 宋笛 沈怡然 “我們的搭載小衛(wèi)星也可以叫微信，如果馬化騰愿意資助的話。”中國科學(xué)院上海天文臺講席教授葛健說，葛健將作為主講嘉賓出席11月26日舉行的2022未來科學(xué)大獎周科學(xué)峰會。

這個設(shè)計重量為40公斤，名為pathfinder的小衛(wèi)星計劃在明年底通過搭載其他科學(xué)衛(wèi)星的發(fā)射進(jìn)入地球軌道，來驗證CMOS探測器可否在太空環(huán)境中完成人類首次的恒星超高精度測光。如果驗證成功，這款探測器將會加入一個大項目：地球2.0科學(xué)衛(wèi)星。

“地球2.0”項目是一個由中科院資助，中科院上海天文臺發(fā)起的系外行星巡天衛(wèi)星科學(xué)觀測項目，葛健是項目的牽頭人。項目計劃發(fā)射一個到日-地拉格朗日L2點軌道處的、由6臺凌星望遠(yuǎn)鏡和1臺微引力透鏡望遠(yuǎn)鏡載荷的科學(xué)衛(wèi)星，并在持續(xù)4年中，凌星望遠(yuǎn)鏡將凝視觀測120萬顆以上的類太陽恒星，并從其探測到的3萬多個系外行星中，篩選出“另一個地球”，即“地球2.0”。

當(dāng)然“地球2.0”不會和我們的地球一模一樣，但它們必須符合一些關(guān)鍵條件，比如大小約在地球大小的0.8倍-1.25倍的范圍內(nèi)，擁有巖質(zhì)固體表面，并處在一個恒星系中的適合居住（有液體水存在）的位置，這些條件意味著這顆行星可能具有生命，或者適宜生命生存。

即使拋開宇宙移民這種科幻般的計劃，找到這樣的行星也有更加現(xiàn)實的意義，地球2.0是我們?yōu)榈厍蛟谟钪嬷姓业降囊幻?ldquo;鏡子”，通過對它的觀察，我們可以更深刻地理解我們賴以生存的這顆星球，它的誕生、現(xiàn)狀以及莫測的未來，而在其中形成的技術(shù)工程能力，也將被應(yīng)用于其他領(lǐng)域，包括商業(yè)用途。

這當(dāng)然是一個極具挑戰(zhàn)的計劃，涉及一系列復(fù)雜的技術(shù)問題，此前的探路者是美國于2009年發(fā)射的開普勒科學(xué)衛(wèi)星計劃，開普勒在近十年的運(yùn)營中，發(fā)現(xiàn)了5000余顆系外行星候選者，經(jīng)審查確認(rèn)了2000余顆。

如今，葛健希望中國能夠接過這一棒。

從2019年立項以來，海內(nèi)外80余個科研單位，400多名科研人員加入了這一項目，其中還包括上述美國開普勒計劃的項目科學(xué)家，SteveHowell博士，項目目前已通過第二輪工程立項評審，就等科學(xué)院正式批準(zhǔn)，然后進(jìn)入衛(wèi)星工程項目立項綜合論證。

但由于時間緊迫，葛健的團(tuán)隊還沒來得及從政府相關(guān)基金渠道籌集足夠的資金，支持這個關(guān)鍵衛(wèi)星科學(xué)觀測能力的在軌驗證。現(xiàn)在，他開始寄望中國億萬富翁們的資助。“這個事情可以名留青史。”葛健鼓動道。

葛健曾在2004年-2020年任職美國佛羅里達(dá)大學(xué)終身教授，在他整個科研階段，美國富豪的私人捐助曾數(shù)次支撐了其科研進(jìn)展。

他算過賬，第一步需要1500萬元人民幣。

項目源起

2018年，中科院上海天文臺邀請葛健訪問。在訪問過程中，葛健發(fā)現(xiàn)上海聚集了一批頗具實力的空間技術(shù)的科研機(jī)構(gòu)，涉及衛(wèi)星、光學(xué)、儀器等諸多領(lǐng)域，葛健給出的建議是“可以把空間技術(shù)利用起來，向空間發(fā)展”。一年后，葛健向上海天文臺提及了一個想法——“寬視場開普勒計劃”，這個計劃成為了“地球2.0”的起點。

2019年9月下旬，尚在美國的葛健接到了來自中科院聯(lián)系人的微信，催促他查收一則兩天前就已經(jīng)發(fā)出的信息。聯(lián)系人告訴葛健，中科院的一個項目可以給這個想法提供機(jī)會，需要一份申請。

葛健迅速行動起來，在十幾天的時間中組織起一批涵蓋數(shù)十人的國際科研團(tuán)隊，快速地趕出了這份申請，并很快獲得了中科院先導(dǎo)經(jīng)費(fèi)的支持。

觀測行星的難度要遠(yuǎn)大于觀測恒星，行星體積遠(yuǎn)小于恒星且只能依靠接收和反射恒星的極小部分光線來發(fā)光。目前利用太空望遠(yuǎn)鏡觀測行星主要采用“空間凌星法”，“凌星”是指行星運(yùn)行至恒星面向地球的一側(cè)發(fā)生的擋光現(xiàn)象，高精度探測器可以通過“凌星”時，恒星亮度的微弱變化來探測到行星。

這意味著，要找到系外行星，需要觀測恒星，而要進(jìn)一步找到地球2.0，需要觀測很多恒星。

在2019年的一次關(guān)鍵的論證會上，與會專家問了葛健一個關(guān)鍵的問題，“找到一顆地球2.0的概率有多大？”

“如果計算概率，至少要觀測約2000顆類太陽恒星才能找到一顆地球2.0。”葛健說。

要完成這一觀測量，望遠(yuǎn)鏡需要更廣闊的視場和更穩(wěn)定持久地運(yùn)行。2009年發(fā)射的開普勒計劃盡管取得了諸多突出成果，首席科學(xué)家WilliamBorucki并因此獲得了2015年的邵逸夫科學(xué)獎，但在探測其核心科學(xué)目標(biāo)，發(fā)現(xiàn)“地球2.0”難言成功，其中有兩點經(jīng)驗：第一是開普勒計劃視場較小，僅有100平方度，視場是指望遠(yuǎn)鏡能夠觀測到的天空范圍，較小的視場意味著更低的觀測效率；第二點是設(shè)備穩(wěn)定性出現(xiàn)問題，導(dǎo)致運(yùn)行四年后，用于調(diào)整望遠(yuǎn)鏡觀測動作及軌道定位的兩個輪子開始陸續(xù)出現(xiàn)問題，后續(xù)四年的運(yùn)營實際上已經(jīng)無法穩(wěn)定的指向預(yù)定的天區(qū)。“地球2.0”衛(wèi)星，即從開普勒的失利出發(fā)，進(jìn)一步拓寬望遠(yuǎn)鏡的視場，完成更有效的行星探測。

“地球2.0”衛(wèi)星將攜帶7臺望遠(yuǎn)鏡，任務(wù)期為4年。其中6臺望遠(yuǎn)鏡將攜手觀測天鵝座和天琴座附近的天區(qū)，6臺望遠(yuǎn)鏡的視場擴(kuò)大至500平方度，相較于開普勒視場提升5倍，同時采用了更加敏銳的CMOS探測器。這樣就可以保證項目能夠觀測到至少4萬顆適合搜尋地球2.0的系外太陽，經(jīng)過四年觀測，預(yù)計可以發(fā)現(xiàn)約20個地球2.0。

全球合作

截至11月，“地球2.0”項目已經(jīng)完成衛(wèi)星立項工程論證，從8月份開始，葛健的團(tuán)隊就著手設(shè)計用來驗證CMOS探測器的實驗衛(wèi)星。

CMOS探測器是整個項目的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是這次項目的創(chuàng)新之處之一，葛健認(rèn)為，CMOS探測器擁有更高的測量精度，寄望于通過更具精度的傳感器感受到凌星時恒星光亮的微弱變化，但CMOS探測器還缺乏太空環(huán)境的實際驗證。

CMOS探測器的制造商是國內(nèi)企業(yè)長春辰芯。在2022年7月參加一次國際天文儀器和技術(shù)大會時，葛健發(fā)現(xiàn)美國和歐洲的一些實驗室也正在考慮使用這款新型的探測器。

中國正在提升的技術(shù)能力為“地球2.0”項目提供了支撐，比如在去年發(fā)射的驗證衛(wèi)星中已經(jīng)成功驗證了項目所需要的一項姿態(tài)控制的關(guān)鍵技術(shù)。在葛健的論證中，項目所需要的大部分技術(shù)和產(chǎn)品在國內(nèi)都已趨成熟。

“這個項目的技術(shù)工程我們可以做到自主，剩下的就是國際上的科學(xué)合作。”葛健說，這種合作不僅包括頂級科學(xué)家的科學(xué)想法，還包括既有的觀測數(shù)據(jù)和處理方法等。“科學(xué)是人類集體智慧的結(jié)晶，科研成果需要共同努力才能實現(xiàn)，不可能閉門造車。”

在“地球2.0”項目剛起步之時，葛健曾經(jīng)組織過一次國際論壇，全球約200位科學(xué)家參加了此次會議。從2019年立項以來，吸引到了海內(nèi)外80余個科研單位，400多名科研人員加入，其中包括德國普朗克天文學(xué)研究所所長，Hans-WalterRix博士、和國際著名星震學(xué)專家，日震學(xué)、星震學(xué)“教父”級人物，JorgenChristensen-Dalsgaard教授以及中國臺灣地區(qū)葉永煊教授團(tuán)隊的加盟。

其中包括在NASA工作的開普勒衛(wèi)星的項目科學(xué)家SteveHowell博士——這位科學(xué)家通過中國一所高校的教授聯(lián)系到了葛健，最終也順利加入了團(tuán)隊。

“尋找第二個地球，是人類的夢想，也是這位科學(xué)家的夢想。”葛健說。

呼喚私人捐助

1998年，葛健博士畢業(yè)后一路開掛，一年多時間獲得助理教授職位，短暫過渡后于2004年就任職美國佛羅里達(dá)大學(xué)終身教授。在2018年，葛健和其團(tuán)隊曾因發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實版的“瓦肯星”——科幻電影《星際迷航》中瓦肯人的母星——被國際媒體廣泛報道。

這顆行星的發(fā)現(xiàn)有賴于位于亞利桑那州的達(dá)摩基金會天文望遠(yuǎn)鏡(DEFT)，項目的資金主要來源于一名富豪的捐助，捐助發(fā)生于一次巧合。

葛健的一名美國本科學(xué)生在當(dāng)?shù)匾患矣袡C(jī)食品超市兼職調(diào)酒師，一位顧客在與其閑聊時對葛健的科研表示出強(qiáng)烈的興趣，這名顧客是美國一名鮮少在公共媒體中出現(xiàn)的企業(yè)家。

企業(yè)家參觀了葛健的實驗室，并邀請葛健參觀他的企業(yè)，在葛健上車即將離去前，企業(yè)家問道：“我這里有一筆錢，你能干什么？”

“我這個人雖然傻，但在一開始去的時候已經(jīng)想過這個問題了。”葛健告訴企業(yè)家，他要做一臺世界上領(lǐng)先的視向速度測量儀。

企業(yè)家很快把錢捐到學(xué)校，學(xué)校則把捐款撥給葛健，進(jìn)行視向速度測量儀的研發(fā)。

葛健利用一根大光纖和四根小光纖耦合的原始創(chuàng)新方式，保證了速度測量儀的精度達(dá)到彼時世界的最高水準(zhǔn)，同時成本和尺寸又僅有當(dāng)時世界領(lǐng)先的HARPS速度測量儀的約四分之一，更小的尺寸意味著儀器更容易實現(xiàn)溫控和真空運(yùn)營環(huán)境。

“你這個儀器比我想象的好得多。”三年后，儀器要往天文臺運(yùn)輸前，這位企業(yè)家對葛健說。

這位企業(yè)家此后還資助過葛健的達(dá)摩天文臺項目，天文臺望遠(yuǎn)鏡來自另一所高校的退休教授，但天文臺的建設(shè)、柏油馬路的鋪設(shè)都需要大量的資金。

葛健曾經(jīng)提議以這位資助人的姓名命名望遠(yuǎn)鏡，但資助人拒絕了，他更希望以基金會的形式出現(xiàn)，最終命名為達(dá)摩基金會望遠(yuǎn)鏡(DEFT)。

在葛健海外的科研經(jīng)歷中，這種來自于企業(yè)家、富豪的個人資助并不是個例，諸如凱克基金會、斯隆基金會都曾經(jīng)資助過葛健科研項目。

“我們教授，最愛干的事情，就是raisemoney(籌錢)。”葛健說。

中國的企業(yè)、個人慈善捐助尚處于起步階段，但政策已經(jīng)開始探尋路徑，2018年出臺的《國務(wù)院關(guān)于全面加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)研究的若干意見》中已經(jīng)提出“探索共建新型研發(fā)機(jī)構(gòu)、聯(lián)合資助、慈善捐贈等措施，激勵企業(yè)和社會力量加大基礎(chǔ)研究投入”。

一位科技體制研究者介紹，目前國內(nèi)私人捐助制度上沒有太大的障礙，只是企業(yè)家還沒有這樣的習(xí)慣和傳統(tǒng)，少部分案例也集中在生物醫(yī)藥領(lǐng)域。目前，天文學(xué)領(lǐng)域，清華大學(xué)已獲得了私人資助支持他們的6.5米望遠(yuǎn)鏡項目建設(shè)。

葛健希望能夠在“地球2.0”復(fù)制其在海外的經(jīng)歷。

比如，CMOS探測器的實驗衛(wèi)星設(shè)計已經(jīng)完成，但建造、發(fā)射的經(jīng)費(fèi)尚未到位，如果要等待其他方面的經(jīng)費(fèi)，可能無法實現(xiàn)明年年底首次發(fā)射驗證的計劃，衛(wèi)星制造、發(fā)射費(fèi)用大約在1500萬人民幣。

此外，項目運(yùn)行后，需要大量CPU核、內(nèi)存、SSD硬盤，以及為滿足神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算需求的 GPU進(jìn)行運(yùn)算，但這部分屬于科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，科學(xué)衛(wèi)星項目一般能提供的經(jīng)費(fèi)支持不到實際需求的約1/3，葛健希望能通過別的渠道籌集足夠的運(yùn)算設(shè)備來支持我們的海量數(shù)據(jù)處理和分析，最大化地在大數(shù)據(jù)中挖掘大量的系外行星信號以及其他科學(xué)信號，讓科學(xué)產(chǎn)出最大化。

如果有更多基金支持，葛健還希望能建自己的地面衛(wèi)星信號接收和指令上傳的觀測站，以盡可能多地接收衛(wèi)星觀測的數(shù)據(jù)，同時能夠快速上傳更多的指令，有效獲得更多有科學(xué)價值的數(shù)據(jù)等。

“好像說中國億萬富翁比美國都要多了，能不能呼吁一下大佬？”葛健說。