——记南京大学天文与空间科学学院副教授刘慧根
　　
汲晓奇

　　
　　
　　10月8日，瑞典皇家科学院将2019年诺贝尔物理学奖授予詹姆斯·皮布尔斯、米歇尔·麦耶以及迪迪埃·奎洛兹，以表彰他们在人类理解宇宙演化史和地球在宇宙中所处位置而做的贡献。其中，麦耶和奎洛兹的获奖原因是他们曾于1995年发现首颗围绕类日恒星运行的系外行星，即51Pegasi b。面对浩瀚的宇宙，人类曾有过无数次遐想，但他们二人的发现颠覆了我们对太阳系外的行星世界的固有看法，并引发了天文学历史上的革命。
　　迄今为止，人类所发现的4000多颗系外行星千奇百怪，令人难以置信。“很多系外行星的情况与我们所在的太阳系大相径庭，比如，51Pegasi b，它的公转周期只有5天，但是这颗行星的大小又和木星相当，这种行星在太阳系里是很难想象的。系外行星的多样性对基于太阳系的行星形成和行星演化理论构成了一定挑战。”南京大学（以下简称“南大”）天文与空间科学学院副教授刘慧根在采访中解释说。
　　多年来，刘慧根一直致力于系外行星领域的研究，探索着璀璨星空的奥妙，乐此不疲。正如哲学家黑格尔所言，一个民族要有一群仰望星空的人，民族才有希望。“80后”刘慧根就是那群仰望星空、不断探索未知的天文学家之一。投身科研以来，他始终秉持着探索、创新的科研精神，希望可以借助南大这个优质平台，通过一次次的天体观测，逐渐揭开系外行星的神秘面纱，为中国天文学的发展贡献自己的一分力量。
　　
结缘天文学 铸就科研路
　　高考，两个简单的字却构成一个神圣而又令人敬畏的词语。它既承载了万千学子的大学梦想，又承载了万千父母的殷切希望，更承担了为国家选拔人才的重任，可以说是人生中一个重要的转折点。对于刘慧根来讲正是如此，“我的天文学生涯其实就是从进入南大之后开始的，其中最关键的选择节点就是高考时填志愿”。正是高考为他开启了一扇科学探索的大门，让他有机会接触并了解天文学，逐步走上科研之路，成长为一名年轻的天文学家。
　　当时正值2002年，互联网虽已有一定的发展，但远没有现在这么便捷，刘慧根对天文学也只是一知半解——“对天文学的认识也就是停留在看天上的星星”。通过班主任的介绍，刘慧根觉得南大不错，特别是该校的天文系在全国排名第一，而天文系对本科生的要求是要有扎实的物理和数学的基础。这对于数学和物理成绩都很不错的刘慧根来说，非常具有吸引力。“我当时就希望能够继续学习与数学、物理相关的一些专业，这样看来选择报考天文系也是一种冥冥之中天注定的感觉。”在谈及选择天文学专业的原因时，刘慧根爽朗地回答道。
　　南大天文学系（现为天文与空间科学学院）创建于1952年，是中国高校中历史最悠久、培养人才最多的天文学专业院系，被誉为“中国天文学顶尖人才的摇篮”，拥有目前国内唯一的天文学一级重点学科。该学科素以专业设置齐全、学历层次完备、师资力量雄厚、治学态度严谨而享有盛誉，在历次学科评估中位居国内高校天文学专业第一。刘慧根就是在这所学术氛围浓郁的大学中与天文学结下了不解之缘。
　　“南大天文学系所涉猎的方向是最广的，覆盖的范围是最全的，包括从天体力学天体测量，到太阳系的行星、星系，以及宇宙学，这些领域都有老师在做相应的研究。我最大的感受就是，在这里学天文，你能接触到天文学的各个方向。”本科阶段的学习让年轻的刘慧根大开眼界，让他意识到天文学所包含的内容是如此丰富，不仅涉及人类熟悉的地球、太阳系，更关系着银河系、系外星系，乃至整个宇宙的起源与演化。天文学本身异常丰富的内涵以及学识渊博的老师们深入浅出讲解，使刘慧根逐渐萌生出对天文学强烈的兴趣，并立志走上了科研之路。
　　大四时，刘慧根的毕业设计课题就与系外行星有一定的关系，他跟随周济林老师做一些与系外行星相关的动力学方面的研究。“2006年时该领域的研究还比较少，这就给我们很多展示的空间，我们可以有自己的猜测和理解。”刘慧根谦虚地说道。那时他对将于2009年发射的开普勒望远镜已略有耳闻，尤其是被其“寻找类地行星和生命存在的迹象”的神圣使命深深吸引，也想去继续探索这一类的科学问题。同时如果开普勒望远镜成功发射的话，那就意味着将会带来更多有关系外行星的观测数据。因此无论从理论还是观测上，选择系外行星方向的研究对刘慧根来讲都是一个机遇。
　　机遇总是留给有准备的人。一直勤奋好学的刘慧根在顺利获得保送研究生的资格后，便将系外行星选为科研方向，师从周济林教授，开始了5年的硕博连读。“系外行星有很多地方和太阳系不一样，非常让人充满遐想。随着系外行星的不断发现，证明了此前以太阳系为模板的行星系统建立理论并不一定是普适的，这就引发了我们的更多思考。”在解决一个问题的过程中，往往会遇到更多新的问题，而当你不断想去解决新问题时，又会提出更多、更新的问题，这不正是科研的魅力所在吗？正是在强烈求知欲和探索欲的驱动下，刘慧根一直奔跑在科研的大路上，在探索的同时收获着快乐。
　　
探索宇宙奥秘 体味科研乐趣
　　作为一门古老的科学，自有人类文明史以来，天文学就占据着重要的地位，它遵循着观测—理论—观测的发展途径，不断把人的视野伸展到宇宙新的深处。古代的天文学家通过观测太阳、月球和其他一些天体及天象，确定了时间、方向和历法；哥白尼的日心说曾使自然科学从神学中解放出来；康德和拉普拉斯关于太阳系起源的星云说，在18世纪形而上学的自然观上打开了第一个缺口可以说，对人类文明起重要作用的事件都和天文研究有着密切的联系。
　　“我觉得天文学对于人类建立宇宙观、价值观，包括重新认识人类社会，认识地球都有很大的益处。尤其是现在，我们提倡‘人类命运共同体’，当你看过茫茫宇宙之后，再回过头来看地球，看我们生活的家园时，你可能会有不一样的体会。”怀着对天文学的无比热爱，博士毕业后，刘慧根加入了母校，成为一名科研工作者，开启了人生的新征程。
　　想要研究天文学，理论与观测一个也不能少。在学生时代侧重于理论学习的刘慧根，如今有了更多观测的机会。“理论和观测其实是相辅相成的。虽然在观测时会有很多重复性的工作，但正所谓‘不积跬步无以至千里’，科学发现就是一点一点逐渐积累下来的。而且在观测和分析的过程中，不断会有其他的新东西出来，这种正反馈的存在，不仅能缓解消极的情绪，更能带来源源不断的动力。”懂得科研真谛的刘慧根总能在外行人看来枯燥单调的重复观测和计算中，找到科研的乐趣，获取新的发现。
　　尤其是南大作为一所兼有文、理、工科的综合院校，不仅学术氛围浓厚，还常常会举办各种学科的讲座，非常有利于研究的展开。“真正做观测时就会发现，想要去解释观测问题时，需要的背景知识可能不光只是天文学，还有其他学科的背景，这样更容易产生一些新的想法，换句话说就是需要学科交叉。而南大的很多学科比如说地学、大气学等，在全国高校的专业排名也很靠前。在南大我很容易跟这些学科的学者沟通交流，或者听他们的学术报告，这对我在天文或系外行星方向上的研究很有帮助。”从刘慧根的言语中，不难感受到他对母校南大的感恩之情，和那份身为南大人的骄傲与自信。
　　借助南大这一优质平台，刘慧根先后参加了国家自然科学基金面重点项目“行星系统观测分析与轨道构型的形成”、国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目“近邻红矮星周围行星形成机制和大气研究”，主持了国家自然科学基金青年基金项目“南极天区短周期行星搜寻与短周期行星特征研究”。此外，刘慧根主持的国家自然科学基金面上项目“利用天体测量数据对行星系统进行统计和动力学分析研究”也已通过评选，即将于2020年开展研究。
　　在该项目中，他及其团队将基于Gaia数据，并结合TESS巡天，LAMOST等多个项目的最新数据，对系外行星进行统计分析和动力学特征刻画。“系外行星参数的精度依赖恒星参数精度，因此恒星参数的确定对系外行星研究至关重要。这次我们将利用更准确的恒星、行星参数，以及长时间尺度的掩星中心时刻变化，来分析行星系统动力学特征，期望能获得行星系统更准确的参数，从而给出太阳系近邻的行星系统完备的轨道参数，揭示行星系统的长期动力学特征。同时，我们还将研究在大尺度结构下，不同环境对行星系统的影响，从而揭示行星形成和演化的普遍规律。”刘慧根详细地解释道。
　　据了解，行星形成是随着恒星形成同时进行的，行星在早期原行星盘中的形成受很多因素影响，除了主星本身的质量和金属丰度等因素外，周围的环境如辐射环境、动力学环境等也会对行星形成和演化产生重要影响。如何确定行星的环境一直以来都是一个难点。天体测量卫星——Gaia卫星的发射，开启了高精度天体测量的新纪元。作为迄今建造的最精确的光学天文卫星，Gaia卫星自2013年12月成功发射升空以来，已为天文学界传送回了关于银河系中数百万恒星的位置和运动的准确信息。可以预见，未来的5年内，利用Gaia数据进行系外行星的统计分析，对近邻行星系统的统计研究将成为系外行星研究的热点。
　　
精心育人才 促学科发展   
　　科技是第一生产力，而科研人才更是科技发展中最核心的力量。作为一名高校教师，刘慧根肩负着教书育人的神圣使命，他希望能让学生们清醒地认识到——“天赋对于大部分人而言，并不是最重要的。因为一个人只要足够努力，也能取得很不错的成绩。在学习和科研过程中，更重要的还是人的主观能动性。”
　　“从事科学研究首先要有质疑精神，更要勤奋，做到坚持不懈。科学研究是一个长期坚持的过程，就像2019年获得诺贝尔物理学奖的皮布尔斯，他从20世纪60年代初期就开始去构建有关宇宙大爆炸的理论，2019年获奖时已经84岁了。当然了，一个健康的身体是前提条件，就像2019年的诺贝尔化学奖的获得者——97岁的古迪纳夫。”采访中，刘慧根坦言道。
　　如同一年有四季，在人生不同的阶段也会有不同的需求，求学方面亦是如此。在刘慧根看来，读大学时，学生们开始有机会接触一些前沿性的理论，可能也会开展一些科研训练，这时要培养他们敢于质疑的科研精神；在研究生阶段，希望他们将来能成为一名具有创新性的人才，就需要培养他们独立思考问题的能力。“导师的重要职责就是要能给学生指出一个科研方向，接下来就放手，让学生自己去探索、去思考、去解决问题。当遇到瓶颈时，导师则要为学生们指明一些方向，使他们能少走一些弯路。”殷切希望学生能早日成才的刘慧根，正用这种教学理念引导着学生们在科研路上大步行进。
　　此外，刘慧根还强调在科研上也要避免“只见树木，不见森林”，要学会全面宏观地看问题。“这个跟现在提倡的通识教育有点异曲同工。学生不仅要对自己的研究方向勤于钻研、有所建树，还应当对所学领域有一个宏观的认识，在各个方向上都有所涉猎，具备该领域不同科研方向的一些基本认识。为未来的发展提供一个更广阔的选择空间，才能在选择时做到游刃有余。”刘慧根解释道。的确，天文学研究与高精尖的观测设备密不可分，一旦有新的技术、设备产生，例如，LIGO探测到引力波，就会引出新的科研方向。如果有坚实而博大的知识做基础，就能更快地投入新方向的研究。
　　辽阔而深邃的星空，蕴含着无穷的真理。千百年来，璀璨的星光一直启迪着人类的智慧。在科技快速发展的今天，天文学家们将有机会破解更多的星空奥秘，这是他们的幸运，更是他们的使命。身处中国研究系外行星最大的团组之中，刘慧根将和其他队员一同借助南大这一优秀科研平台，通过学科间的交流碰撞产生出更多新想法，结合国内空间科学的快速发展，共同助力中国天文学，在系外行星领域取得更多、更有影响力的科研成果。