——记南京大学天文与空间科学学院副教授谢基伟

本刊记者　汲晓奇

　　近期，南京大学副教授谢基伟等我国科研人员利用中科院国家天文台郭守敬望远镜（LAMOST）的观测数据发现了太阳系外行星轨道分布的规律，解开了长久以来困扰天文研究者的系外行星轨道形状之谜，相关研究论文于2016年9月26号发表在《美国科学院院刊》（PNAS）。

　　这一重大发现引起国际天文学界的关注，也被各大媒体争相报道。

太阳系外行星轨道分布到底有什么规律？这个谜底对人类又有什么帮助？日前，记者专访了谢基伟。

缘起于星际的浪漫情怀

　　“从1995年发现第一颗太阳系外行星开始，人类发现并确认的系外行星目前已经超过3500颗了。行星作为宇宙中最基本的天体之一，承载着人类对揭开生命起源和寻找地外生命的强烈愿望。”谢基伟谈及遥不可及的系外行星，却别有一番浪漫情怀。

　　谢基伟所学的专业是天体力学与天体测量，研究方向为太阳系外行星。作为美国佛罗里达大学天文学系与南京大学联合培养的博士，谢基伟在美国学习研究了几年，2011年从南京大学天文与空间科学学院博士毕业后，为了继续充实自己，他又来到加拿大多伦多大学天文系做博士后研究。

　　博士后期间，谢基伟主要从事Kepler卫星资料处理研究，通过分析Kepler数据发现了五十多颗系外行星。这些新的发现获得了权威机构美国航天局（NASA）的认可和报道，也得到了国际科学媒体的广泛关注。

　　无论在美国，还是在加拿大，与以往完全不同性格的同学在一起，谢基伟感受到了另一种文化和氛围。那种狂放的、自我的张扬，融合着谢基伟在导师熏陶下形成的沉稳内敛，竟然碰撞出意想不到的效果。谢基伟通过对感兴趣的方向进行深入研究工作，来抒发内心的情怀和澎湃的激情。

　　“最好的研究首先源于兴趣”，怀揣着缘起于星际的浪漫情怀，谢基伟的研究成果不断取得突破，这名年轻的天文研究工作者也一次又一次地得到了同行的关注和认可。

　　“自2005年本科大三以来，我一直对太阳系外行星有浓厚的兴趣。围绕着系外行星，我的研究包括行星形成理论分析，行星形成数值模拟、行星探测发现以及大数据分析行星性质。系外行星是一个内容十分丰富、交叉性很强的研究领域。它里面不仅有深奥的动力学理论，又有精彩直观的电脑模拟，还有叹为观止的探测技术等。”关于系外行星，谢基伟侃侃而谈。

　　2013年底，满载学术成果与科研预期的谢基伟回到南京大学天文与空间科学学院任职，以全新的身份续写着与南京大学的缘分。回国后不久，2014年春天，谢基伟申请了国家自然科学基金项目——《太阳系外行星的凌星时刻变化研究》，经过两年的科研工作，该项目取得重大进展，与此同时，一项一直困扰着天文科研工作者的谜题也正在揭开神秘面纱。

揭开系外行星轨道分布的谜底

　　1995年，天文学家用视向速度法发现了围绕主序恒星的第一颗太阳系外行星（简称系外行星）51 Peg b，拉开了系外行星研究的序幕。截至现在，发现并确认的系外行星已超过3500颗，其中很大一部分都是最近几年由美国宇航局（NASA）的开普勒（Kepler）卫星用凌星法发现的。然而，仅通过Kepler卫星本身的零星数据对了解系外行星的性质有很大局限性，其中Kepler数据不能直接测量的一个基本性质就是行星轨道的形状, 即偏心率。

　　“偏心率取值0到1之间，值越大则轨道越偏离圆形。95%以上的Kepler行星轨道偏心率还是未知的。”谢基伟介绍，轨道偏心率对了解行星系统的形成至关重要。

　　“太阳系的8大行星的偏心率非常小，轨道大都是近圆形（平均值0.06）且几乎在一个平面上（轨道平均相对倾角只有3度左右）。几百年前，康德和拉普拉斯受到太阳系行星近圆、共面轨道分布规律的启发，提出了行星系统在盘上诞生的学说。该学说逐步发展成当今行星形成的‘标准模型’。但是最初用视向速度方法发现的上百颗系外行星的轨道形状分布出乎人们的意料。它们大多数的轨道都是偏心率很大的椭圆（平均偏心率达到0.3），与太阳系的行星迥然不同，挑战了‘标准模型’，也成了一直以来困扰天文研究者的谜题。”谢基伟继续介绍道。

　　说到谜题的解决，不得不提一件十分重要的工具，可以说它是研究中的一大功臣——郭守敬望远镜（LAMOST）。

　　作为世界上光谱获取能力最高的望远镜，近几年来，中科院国家天文台郭守敬望远镜（LAMOST）在Kepler卫星观测天区得到了数万条光谱，其中包括数百个行星的宿主恒星。通过与其他高精度方法（如星震学和高分辨率光谱）的比较论证，谢基伟等发现LAMOST光谱对恒星基本属性的测量结果非常可靠，达到相当高的精度。他们意识到LAMOST数据可以用来解开太阳系外行星轨道偏心率的谜题。

　　拿到了“合手”的“武器”，谢基伟做好了打漂亮仗的准备：“我们分析了近700颗具有LAMOST宿主恒星参数的Kepler行星样本，结合LAMOST的光谱数据和Kepler卫星观测到的凌星光变曲线，得到了这些行星的轨道偏心率和倾角的统计分布规律。最终发现约八成的行星轨道都如同太阳系，平均偏心率小于0.1，轨道为近圆形；只有两成左右的行星偏心率较大，显著地偏离了原轨道。”近圆轨道的普遍性意味着行星形成的“主旋律”应该是“温和”的，而造成高偏心率轨道的剧烈行星轨道演化过程只是“少数派”。

谢基伟说：“系外行星轨道形状谜底的解开对理解行星形成演化提供了重要的线索。此外，这个谜底也告诉我们，从轨道形状角度看，太阳系在宇宙中是具有代表性的。这种代表性某种程度上也增强了人类寻找另一个地球和地外生命的信心”。

大有可为的太阳系外行星研究

　　而从上世纪末到现在短短的二十多年中，人类通过各种探测方法已经发现了数千颗太阳系外行星。很多行星是太阳系中不存在的新种类，比如热木星、超级地球以及双星系统中的行星等。一个崭新的、丰富多样的行星世界正逐步展现在人类面前。

　　系外行星从被发现开始便一跃成为国际科学的一大热点。2005年和2015年的邵逸夫天文奖都给颁了系外行星。国际上最顶尖的地面和太空望远镜都把系外行星作为今后的主要和重要科学目标。谢基伟说：“我很幸运，我生活、工作在这个系外行星的黄金时期，我更期待通过这些国际大项目、新设备，做出让人兴奋的科学研究成果。”

　　据谢基伟介绍，我国的系外行星研究起步较晚，但是最近几年发展迅速，越来越多的中国人的名字出现在系外行星研究领域。我国的大型天文设备，如现在的郭守敬望远镜，以及正在规划建设的十二米大口径望远镜，也都将系外行星纳入为重要科学目标。在高校从事天文研究和教学的谢基伟，当前的工作目标就是用中国的设备在系外行星领域做出一流的科学工作，同时培养更多从事系外行星研究的人才。

　　回首来时路，14年来，谢基伟稳扎稳打又不失浪漫情怀地走到今天，并收获累累硕果，最重要的体会便是——仰望星空，脚踏实地。或许，这也正是科学研究的真谛——只有心怀远大的理想，踏踏实实地进行科学研究，才终能收获一片璀璨的星空。