聽(tīng)見(jiàn)火星的“心跳”：揭示紅色星球的內(nèi)部奧秘

2018年，美國(guó)“洞察號(hào)”探測(cè)器在火星表面成功著陸，并部署了首臺(tái)行星地震儀。從那一刻起，人類第一次真正“聽(tīng)見(jiàn)”了火星深處的聲音。七年后的今天，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院孫道遠(yuǎn)教授及其團(tuán)隊(duì)，利用這份彌足珍貴的火震數(shù)據(jù)，帶來(lái)了全新的發(fā)現(xiàn)——火星的確存在一個(gè)固態(tài)內(nèi)核。

▲ 火星深部結(jié)構(gòu)示意圖。白灰色區(qū)域?yàn)檠芯恐欣枚床焯?hào)數(shù)據(jù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的固態(tài)內(nèi)核。 圖片來(lái)源：陳磊。

近日，墨子沙龍有幸采訪到孫道遠(yuǎn)教授與博士生畢慧星，他們以深入淺出的講述，將這一研究成果的來(lái)龍去脈娓娓道來(lái)。從火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的科學(xué)爭(zhēng)議，到跨學(xué)科方法的優(yōu)勢(shì)與局限，再到科研背后的堅(jiān)持與心路歷程，觀眾們?cè)谶@場(chǎng)“火星之旅”中收獲了滿滿的科學(xué)知識(shí)與思考。

采訪者介紹

▲中國(guó)科大教授孫道遠(yuǎn)（右一）團(tuán)隊(duì)合影。圖片來(lái)源：中國(guó)科大。

孫道遠(yuǎn)：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院教授，研究方向?yàn)榈卣饘W(xué)。

畢慧星：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士，研究方向?yàn)榛鹦莾?nèi)部結(jié)構(gòu)，主要使用“洞察號(hào)”記錄的火震數(shù)據(jù)。

問(wèn)：在研究之初，科學(xué)界對(duì)火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)主要有哪些？存在哪些爭(zhēng)議或未解之謎？

孫道遠(yuǎn)：自 2018 年洞察號(hào)成功著陸并開展地震學(xué)觀測(cè)以來(lái)，我們記錄到了大量火震數(shù)據(jù)，這極大地推動(dòng)了對(duì)火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。研究表明，火星與地球類似，同樣存在地殼、地幔和地核的分層結(jié)構(gòu)。

然而，在火星核的具體性質(zhì)上，科學(xué)界長(zhǎng)期存在爭(zhēng)議。首先，對(duì)核大小的估計(jì)差異較大：有些研究認(rèn)為其半徑約為 1800 千米，而另一些研究則認(rèn)為可能更小，大約在 1650 千米左右。其次，在成分上，地震學(xué)研究結(jié)果顯示火星核可能含有大量輕元素，如硫、碳、氧和氫。但這些含量與天體化學(xué)和巖石學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不完全一致。盡管通過(guò)假設(shè)一個(gè)較小的核可以在一定程度上調(diào)和不同學(xué)科的沖突，但目前仍缺乏令人完全信服的解釋。

更重要的一點(diǎn)是，如果核確實(shí)含有較多輕元素，那么它的熔點(diǎn)溫度應(yīng)相對(duì)較低。這意味著核會(huì)長(zhǎng)時(shí)間維持液態(tài)，不容易像地球一樣形成固態(tài)內(nèi)核。因此，在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，主流觀點(diǎn)認(rèn)為火星不存在固態(tài)內(nèi)核。

不過(guò)，目前科學(xué)界對(duì)輕元素如何具體影響火星核熔點(diǎn)，以及火星內(nèi)部的真實(shí)溫度仍缺乏直接證據(jù)。如果能夠確認(rèn)火星存在固態(tài)內(nèi)核，將為揭示其核成分和溫度提供非常關(guān)鍵的信息。

問(wèn)：傳統(tǒng)研究行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要方法有哪些？它們各自有什么局限性？

畢慧星：目前主要有四種方法：地球化學(xué)、礦物物理學(xué)、大地測(cè)量學(xué)以及地震學(xué)。

首先，地球化學(xué)是通過(guò)研究隕石或行星表面成分，推測(cè)其內(nèi)部可能的物質(zhì)構(gòu)成。這種方法的局限在于，所獲取的樣品往往難以完全代表整個(gè)行星的真實(shí)內(nèi)部情況。

其次，礦物物理學(xué)是在實(shí)驗(yàn)室中利用高溫高壓條件模擬行星內(nèi)部環(huán)境，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究不同礦物在特定條件下的性質(zhì)變化。其局限在于實(shí)驗(yàn)條件有限，無(wú)法完全再現(xiàn)行星內(nèi)部極端復(fù)雜的真實(shí)環(huán)境。

第三，大地測(cè)量學(xué)主要依靠航天探測(cè)手段，測(cè)量行星的重力場(chǎng)分布及形狀，從而推斷其內(nèi)部的大尺度密度結(jié)構(gòu)。這種方法的不足在于只能得到整體性、宏觀層面的信息，而無(wú)法揭示內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)。

最后，地震學(xué)是最直接、最常規(guī)的手段。通過(guò)分析天然事件或撞擊產(chǎn)生的地震波信號(hào)，可以揭示行星內(nèi)部的分層結(jié)構(gòu)或各向異性特征。然而，對(duì)于地外行星而言，其局限在于難以布設(shè)地震儀，因而數(shù)據(jù)獲取極為有限。以火星為例，直到 2018 年洞察號(hào)任務(wù)，我們才真正獲得了寶貴的地震學(xué)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

孫道遠(yuǎn)：行星磁場(chǎng)的測(cè)量也是一個(gè)非常關(guān)鍵的手段。例如“天問(wèn)”任務(wù)在火星上的觀測(cè)，就包含磁場(chǎng)測(cè)量。行星的全球磁場(chǎng)特征反映了其核的動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程，因此對(duì)研究核性質(zhì)與演化具有重要意義。不過(guò)，目前相關(guān)觀測(cè)手段仍然十分有限。

問(wèn)：能否詳細(xì)介紹火星固態(tài)內(nèi)核的關(guān)鍵特征？

畢慧星：根據(jù)對(duì)“洞察號(hào)”地震數(shù)據(jù)的研究結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)火星內(nèi)部存在一個(gè)固態(tài)內(nèi)核，半徑約 600 公里，大約占火星整體半徑的 1/5。

通過(guò)礦物成分分析表明，這一內(nèi)核并非由純鐵鎳合金構(gòu)成，而是可能含有一定比例的輕元素，例如硫、氧、碳和氫，與鐵鎳共同組成了火星的內(nèi)核礦物成分。

孫道遠(yuǎn)：研究結(jié)果表明，火星固態(tài)內(nèi)核的半徑約 600 公里，占火星整體半徑的約 1/5，而地球內(nèi)核的半徑約為 1200 公里。

在邊界性質(zhì)上，地球從外核到內(nèi)核的密度變化約 5%，速度變化約6%。但與地球相比有所不同：火星從外核到內(nèi)核的密度跳變約為7%，波速跳變約為30%。這說(shuō)明火星和地球內(nèi)核的物質(zhì)成分可能存在明顯差異。

在極端條件上，地球內(nèi)核的壓力大約為 330–360 GPa（相當(dāng)于 3.3–3.6 億個(gè)大氣壓），而火星內(nèi)核的壓力僅約 40 GPa。溫度方面，目前仍存在較大不確定性，研究推測(cè)火星內(nèi)核溫度約為 2000–3000 K，而地球內(nèi)核溫度約為 5000–6000 K。

問(wèn)：研究發(fā)現(xiàn)火星核并非純鐵鎳構(gòu)成，還可能包含硫、氧、碳等輕元素。這意味著什么？對(duì)理解火星的形成和演化有何啟示？

孫道遠(yuǎn)：不同行星核中輕元素含量的差異，在某種意義上反映了它們的形成與演化歷程：一方面，這可能源自最初形成時(shí)原始物質(zhì)的不同；另一方面，也可能是后期行星分異過(guò)程的差異所導(dǎo)致。

此外，輕元素的存在對(duì)核物理性質(zhì)有重要影響。例如，在純鐵中加入輕元素會(huì)降低熔點(diǎn)，使核在更低溫度下即可發(fā)生結(jié)晶。這意味著輕元素的多少及其在液態(tài)外核和固態(tài)內(nèi)核之間的分配，對(duì)火星核的溫度和結(jié)晶過(guò)程有直接影響。

因此，如果能夠準(zhǔn)確確定火星核的成分特征，以及輕元素在不同層次中的分布情況，就能更好地約束火星核的溫度范圍，并進(jìn)一步理解火星的演化過(guò)程。研究確認(rèn)火星存在固態(tài)內(nèi)核，本身就為探索這些問(wèn)題提供了一個(gè)非常關(guān)鍵的約束。

問(wèn)：這項(xiàng)研究如何幫助我們解釋火星磁場(chǎng)從早期活躍到如今沉寂的演化歷程？

孫道遠(yuǎn)：與地球不同，火星目前已經(jīng)沒(méi)有由核“發(fā)電機(jī)”驅(qū)動(dòng)的全球磁場(chǎng)。所謂核發(fā)電機(jī)，是指液態(tài)核內(nèi)部存在對(duì)流，從而產(chǎn)生并維持全球磁場(chǎng)的機(jī)制。然如今火星缺乏這種全球磁場(chǎng)，但我們?cè)诨鹦菤ぶ腥阅苡^測(cè)到很強(qiáng)的磁化特征，這表明在早期，火星確實(shí)存在過(guò)活躍的核發(fā)電機(jī)。

行星能否維持發(fā)電機(jī)機(jī)制，主要依賴于兩種對(duì)流模式：一是熱對(duì)流，即當(dāng)核的散熱速度超過(guò)熱傳導(dǎo)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生溫度差，從而驅(qū)動(dòng)對(duì)流；二是成分對(duì)流，例如地球在內(nèi)核開始結(jié)晶時(shí)，輕元素更容易留在液態(tài)外核中，在內(nèi)核邊界形成密度差，輕流體上浮帶來(lái)浮力，從而維持對(duì)流。這一機(jī)制被認(rèn)為是地球磁場(chǎng)長(zhǎng)期存在的重要原因。

然而在火星，固態(tài)內(nèi)核的存在并沒(méi)有形成類似的成分對(duì)流來(lái)驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，這可能與其核的化學(xué)組成和輕元素分布方式不同于地球有關(guān)。此外，火星核在早期可能冷卻速度很快，但目前的冷卻速度較慢，無(wú)法維持強(qiáng)烈的熱對(duì)流。即便存在結(jié)晶，其發(fā)生時(shí)間、速度及由此產(chǎn)生的密度差異都可能不足以驅(qū)動(dòng)有效的對(duì)流。

誠(chéng)實(shí)地說(shuō)，目前我們尚不清楚火星固態(tài)內(nèi)核在多大程度上影響了磁場(chǎng)由早期活躍到現(xiàn)今沉寂的轉(zhuǎn)變。但可以確定的是，這兩者并不矛盾。要真正理解其中的聯(lián)系，還需要在火星核動(dòng)力學(xué)演化以及核發(fā)電機(jī)機(jī)制的模擬方面開展進(jìn)一步研究。

問(wèn)：您的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地引入了火震陣列分析方法，能否通俗解釋這種方法的工作原理和優(yōu)勢(shì)？

畢慧星：可以這樣來(lái)理解：在地球上常規(guī)的陣列分析方法中，如果把單個(gè)地震儀比作一只“耳朵”，它能夠聽(tīng)到周圍的聲音，但如果聲音很微弱或來(lái)源復(fù)雜，就很難分辨清楚來(lái)自哪個(gè)方向。而當(dāng)我們擁有許多“耳朵”同時(shí)監(jiān)聽(tīng)時(shí)，就能通過(guò)對(duì)比不同“耳朵”接收到的信號(hào)，更準(zhǔn)確地判斷信號(hào)的來(lái)源。

在火星的研究中，雖然表面上只有一臺(tái)地震儀，但我們記錄到的火震事件本身具有多樣性。我們可以把不同的火震信號(hào)類比為分布在不同方位的“耳朵”。通過(guò)預(yù)先知道信號(hào)可能來(lái)自的方向，再對(duì)比它們之間的到時(shí)差，并進(jìn)行同步疊加，就能把我們真正感興趣的微弱信號(hào)在眾多噪聲中凸顯出來(lái)。

與此同時(shí)，那些來(lái)自其他方向的干擾信號(hào)由于不滿足疊加條件，就會(huì)在過(guò)程中相互抵消。換句話說(shuō)，這種方法就像是為探測(cè)火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)量身定制了一個(gè)巨大的“降噪系統(tǒng)”，讓我們能夠更清晰地“聽(tīng)見(jiàn)”隱藏在噪聲中的深部關(guān)鍵信號(hào)。

問(wèn)：這項(xiàng)研究中創(chuàng)新發(fā)展的火星地震學(xué)方法，對(duì)于未來(lái)的探月任務(wù)以及探測(cè)其他星體的深部結(jié)構(gòu)有何借鑒意義？

畢慧星：在這項(xiàng)研究中，我們針對(duì)“洞察號(hào)”單臺(tái)地震儀的數(shù)據(jù)，應(yīng)用了多種方法，包括波形正演模擬、火震陣列分析、不確定性評(píng)估以及多學(xué)科交叉驗(yàn)證。

這些方法的意義在于，它們突破了傳統(tǒng)地震學(xué)的局限。過(guò)去在地球上，研究往往依賴全球密集的臺(tái)網(wǎng)，而這在其他行星上幾乎不可實(shí)現(xiàn)。我們的工作證明，即使只依靠單臺(tái)或少數(shù)幾臺(tái)地震儀，同樣可以獲取有關(guān)行星內(nèi)部的重要信息。

因此，無(wú)論是在未來(lái)的月球探測(cè)、金星探測(cè)，還是在更遙遠(yuǎn)的冰衛(wèi)星探索中，這些方法都具備借鑒價(jià)值，可以為研究其他星體的深部結(jié)構(gòu)提供新的技術(shù)路徑和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

問(wèn)：你們是如何從上千次火震數(shù)據(jù)中篩選出 23 個(gè)信噪比較高的事件進(jìn)行分析的？這個(gè)過(guò)程面臨的主要挑戰(zhàn)是什么？

畢慧星：我們首先依托洞察號(hào)團(tuán)隊(duì)提供的火震事件目錄，從中篩選出具有潛在研究?jī)r(jià)值的事件。該目錄包含每個(gè)事件的頻率信息（高頻或低頻）、定位是否準(zhǔn)確等。在此基礎(chǔ)上，我們重點(diǎn)關(guān)注低頻事件，因?yàn)榈皖l信號(hào)更容易穿透火星內(nèi)部，攜帶深部結(jié)構(gòu)信息。

在篩選過(guò)程中，我們將所有低頻事件的波形繪制出來(lái)，逐一檢查初至縱波和橫波是否清晰，并結(jié)合震中距和方位角等定位信息，判斷其是否滿足我們的研究范圍（如震中距在 20–40 度之間）。通過(guò)這一系列條件，最終篩選出 23 個(gè)信噪比較高、對(duì)研究有用的火震事件。

該過(guò)程的主要挑戰(zhàn)在于，火星環(huán)境與地球差異顯著。火星表面環(huán)境惡劣，導(dǎo)致地震儀器容易受到溫度變化和大氣擾動(dòng)的影響，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲。例如，儀器自身震動(dòng)帶來(lái)的毛刺信號(hào)在火震數(shù)據(jù)中很常見(jiàn)，而這些噪聲往往振幅較大，容易誤導(dǎo)分析人員，掩蓋真正的地震信號(hào)。因此，在甄別和拾取火震信號(hào)時(shí)必須格外謹(jǐn)慎，這也是研究火震數(shù)據(jù)的一大難點(diǎn)。

問(wèn)：這項(xiàng)研究歷時(shí)多長(zhǎng)時(shí)間？哪個(gè)階段讓你們感到最有挫折或者最有壓力？又是如何保持動(dòng)力堅(jiān)持下去的？

畢慧星：這項(xiàng)研究在 2022 年底確定課題，我從 2023 年年初開始正式開展，到今年 9 月份大約已有兩年半的時(shí)間。最讓我感到挫折的是 2023 年 4 月，當(dāng)時(shí)已經(jīng)投入了三個(gè)月左右的努力，但始終沒(méi)有得到自己或大家預(yù)期的結(jié)果。

那段時(shí)間我甚至直接去找孫老師，坦言自己不想繼續(xù)做下去，覺(jué)得課題可能難以完成。老師當(dāng)時(shí)沒(méi)有明確地說(shuō)可以或不可以，而是分享了他在博士和博后期間遇到科研困難的經(jīng)歷。他提到，科研過(guò)程中不順利是普遍現(xiàn)象，最直接的方法就是咬牙堅(jiān)持下去，往往熬過(guò)之后就會(huì)看到新的轉(zhuǎn)機(jī)。這些話讓我很受觸動(dòng)，也讓我意識(shí)到自己其實(shí)還沒(méi)有真正盡全力。

因此，我開始強(qiáng)迫自己放慢節(jié)奏，從頭重新審視數(shù)據(jù)和代碼，逐步檢查每一步的方法是否存在問(wèn)題。隨著這種有耐心的推進(jìn)，最終迎來(lái)了“柳暗花明”的時(shí)刻。正是這種對(duì)問(wèn)題的探索精神和解決問(wèn)題的動(dòng)力，讓我能夠堅(jiān)持到現(xiàn)在。

問(wèn)：你們團(tuán)隊(duì)能相對(duì)較快地確認(rèn)火星固態(tài)內(nèi)核，最關(guān)鍵的因素是什么？

畢慧星：我認(rèn)為有三個(gè)關(guān)鍵因素。第一，我們能夠借鑒地球的數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我們已有較為清晰的認(rèn)識(shí)，可以直接在既有的地震學(xué)理論基礎(chǔ)上探測(cè)火星，這是一種相對(duì)快捷和直接的方法。

第二，現(xiàn)代信息化時(shí)代帶來(lái)了計(jì)算能力的顯著提升。借助強(qiáng)大的計(jì)算資源，我們能夠基于不同模型進(jìn)行數(shù)值建模和正演，推導(dǎo)出行星內(nèi)部可能對(duì)應(yīng)的波形特征。這一點(diǎn)在過(guò)去是難以實(shí)現(xiàn)的。

第三，我們?cè)谘芯恐嗅槍?duì)有限的火星數(shù)據(jù)提出了一些創(chuàng)新的方法。例如本次工作中采用的火震陣列分析方法，使我們能夠從有限的地震記錄中提取到深部的重要信息。

這些因素結(jié)合在一起，使我們能夠比地球早期研究?jī)?nèi)核時(shí)更快地確認(rèn)火星可能存在固態(tài)內(nèi)核。當(dāng)然，我們也承認(rèn)，目前的觀測(cè)數(shù)據(jù)仍然有限，因此還不能百分之百地確認(rèn)這一結(jié)論。未來(lái)需要更多探測(cè)器在火星上開展觀測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)核存在的交叉驗(yàn)證。

孫道遠(yuǎn)：我還想特別強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，這次成果的取得離不開整個(gè) InSight 探測(cè)計(jì)劃及科研團(tuán)隊(duì)的大量基礎(chǔ)性工作。他們?cè)跀?shù)據(jù)采集、分析方法和建模等方面已經(jīng)做出了非常扎實(shí)的積累，這使得我們的研究能夠在相對(duì)成熟的基礎(chǔ)上開展。如果從零開始處理最原始的數(shù)據(jù)，工作量會(huì)非常龐大，而正是因?yàn)橛辛?InSight 團(tuán)隊(duì)的努力，我們的工作才相對(duì)輕松得多。

當(dāng)然，未來(lái)仍需要更多火震學(xué)的觀測(cè)來(lái)進(jìn)一步佐證目前的結(jié)論。這一過(guò)程可能會(huì)非常漫長(zhǎng)，甚至在幾十年內(nèi)都難以實(shí)現(xiàn)。但我們也希望后續(xù)的深空探測(cè)計(jì)劃能夠考慮在火星上布設(shè)更多的地震儀，或者更理想的情況是建立類似于月球上即將建成的觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)，從而形成一個(gè)火震的長(zhǎng)期觀測(cè)體系。

問(wèn)題：團(tuán)隊(duì)是否曾遇到過(guò)看似矛盾或無(wú)法解釋的結(jié)果？如何通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決這些科學(xué)上的歧義？

畢慧星：在歷時(shí)兩年半的研究過(guò)程中，我們確實(shí)遇到過(guò)一些看似難以解釋的問(wèn)題。比如，最初我們從地震學(xué)角度分析波形時(shí)，發(fā)現(xiàn)火星內(nèi)部可能存在一個(gè)內(nèi)核，但對(duì)于其礦物成分及演化歷史，并沒(méi)有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。團(tuán)隊(duì)中不同成員的研究背景發(fā)揮了重要作用：我和孫老師主要從事地震學(xué)研究；毛竹老師和孫寧宇老師專攻礦物物理，他們能夠從實(shí)驗(yàn)和理論的角度推測(cè)可能的礦物成分；而國(guó)外的道格拉斯·海明威教授則從動(dòng)力學(xué)角度提供了關(guān)于火星演化歷史的可能解釋。通過(guò)多學(xué)科的充分討論，我們將不同視角的結(jié)果與地震學(xué)的直接觀測(cè)結(jié)合起來(lái)，逐步形成了一個(gè)更為一致、也更容易被團(tuán)隊(duì)接受的認(rèn)識(shí)。

事實(shí)上，這個(gè)課題對(duì)我們而言本身就是一個(gè)“意外”。我們起初并沒(méi)有打算直接研究火星內(nèi)核。當(dāng)時(shí)的主流觀點(diǎn)認(rèn)為火星并不存在內(nèi)核，我們?cè)局皇窍Ｍㄟ^(guò)火震數(shù)據(jù)去約束其液態(tài)外核的速度結(jié)構(gòu)。然而在分析過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象無(wú)論如何都無(wú)法與主流模型相符，實(shí)際觀測(cè)到的信號(hào)比預(yù)測(cè)值快了大約 50–200 秒，這是非常顯著的偏差。

面對(duì)這種矛盾，我們開始反思可能的原因。后來(lái)孫老師提出，是否存在一種可能：正向波遇到最內(nèi)部某個(gè)高速結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致信號(hào)提前到達(dá)。基于這一假設(shè)，我在合理的時(shí)間窗口中仔細(xì)檢查，并在疊加能量圖上找到了來(lái)自高速體邊界反射的信號(hào)，且能量清晰而強(qiáng)烈。我至今仍記得那個(gè)傍晚，當(dāng)時(shí)大家都快下班了，我迫不及待地把這個(gè)發(fā)現(xiàn)分享給孫老師。我自己很激動(dòng)，但老師很冷靜，只是建議我進(jìn)一步做正演模擬等多角度的驗(yàn)證，來(lái)確認(rèn)這一現(xiàn)象是否可靠。

回過(guò)頭來(lái)看，這一過(guò)程既充滿不確定性，又極具探索的驚險(xiǎn)與刺激。最終，正是這種多學(xué)科的合作與科學(xué)的謹(jǐn)慎驗(yàn)證，使我們逐漸消除了矛盾，推動(dòng)了研究向前發(fā)展。

問(wèn)：不同成員負(fù)責(zé)的工作成果如何整合到一起？能否描述一下從分散數(shù)據(jù)到統(tǒng)一結(jié)論的過(guò)程？

孫道遠(yuǎn)：對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，這個(gè)過(guò)程其實(shí)是相對(duì)自然的。前期主要集中在地震學(xué)方面，先建立起地震學(xué)模型；在此基礎(chǔ)上，再結(jié)合礦物物理和動(dòng)力學(xué)的研究成果，對(duì)模型進(jìn)行合理的解釋。整個(gè)過(guò)程中，多學(xué)科的交叉與銜接都比較順利。

我想特別強(qiáng)調(diào)的是，盡管多學(xué)科交叉研究非常重要，但在研究初期，地震學(xué)必須能夠獨(dú)立提供關(guān)于火星內(nèi)核存在的直接證據(jù)，這是至關(guān)重要的。如果一開始就過(guò)多依賴其他學(xué)科的先驗(yàn)信息，可能會(huì)受到當(dāng)時(shí)主流觀點(diǎn)的局限，反而不容易發(fā)現(xiàn)新的結(jié)果。比如，當(dāng)時(shí)大多數(shù)人認(rèn)為火星不存在內(nèi)核，如果我們依賴這種先驗(yàn)判斷，可能就不會(huì)在地震學(xué)數(shù)據(jù)中繼續(xù)探索下去。

因此，我的體會(huì)是：多學(xué)科交叉固然重要，但在發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題或新現(xiàn)象時(shí)，某個(gè)學(xué)科必須先提供足夠強(qiáng)有力的獨(dú)立證據(jù)。隨后再結(jié)合其他學(xué)科進(jìn)行交叉驗(yàn)證和解釋，往往能夠帶來(lái)更深入和更具創(chuàng)新性的結(jié)論。

問(wèn)：從初步結(jié)果到最終論文成稿，經(jīng)歷了多少次重要的修改和完善？哪個(gè)階段的提升最明顯？

畢慧星：前后大約經(jīng)歷了四次比較重要的修改和完善。其中最明顯的一次提升是在去年的 9 至 10 月份。當(dāng)時(shí)我們?cè)?8 月份收到了 Nature 審稿人的回復(fù)意見(jiàn)。我還記得那是一封特別長(zhǎng)的審稿意見(jiàn)。以我當(dāng)時(shí)作為學(xué)生的心態(tài)來(lái)看，最初其實(shí)是比較抵觸的，因?yàn)楹芏鄦?wèn)題在我看來(lái)似乎并不是那么必要，但無(wú)論如何都需要逐一回應(yīng)。

在這個(gè)過(guò)程中，我不得不幾乎重新做了一遍研究。從頭開始重新分析數(shù)據(jù)，梳理可能存在的誤區(qū)，避免容易踩的“雷點(diǎn)”，并逐一核查和驗(yàn)證相關(guān)分析方法，甚至再次回溯文獻(xiàn)進(jìn)行比對(duì)。這個(gè)過(guò)程讓我對(duì)火星地震數(shù)據(jù)的特點(diǎn)有了更清晰的理解，也讓我更深刻地體會(huì)到科研中嚴(yán)謹(jǐn)和反復(fù)驗(yàn)證的重要性。

更重要的是，這次修改讓我學(xué)會(huì)了如何從審稿人的角度去看待論文成果。它不僅提升了我的科研思維能力，也讓我在閱讀他人工作時(shí)能更有針對(duì)性地提出切實(shí)可行的問(wèn)題，或者在關(guān)鍵之處提出合理的質(zhì)疑。這一過(guò)程對(duì)我的成長(zhǎng)和科研訓(xùn)練而言，是非常寶貴的。

問(wèn)：在這個(gè)跨學(xué)科項(xiàng)目中，你覺(jué)得自己最大的成長(zhǎng)是什么？學(xué)到了哪些新的技能或思維方式？

畢慧星：我認(rèn)為最大的成長(zhǎng)首先體現(xiàn)在科研能力上，例如文獻(xiàn)閱讀與整合信息的能力、使用 Python 編程進(jìn)行分析的能力等，都有了顯著提升。但相比之下，更重要的收獲其實(shí)是性格和心理狀態(tài)的變化。與兩年前相比，我變得更加沉著冷靜，也多了很多耐心。過(guò)去可能會(huì)有些急躁，如今遇到問(wèn)題時(shí)，能夠靜下心來(lái)思考如何解決，從而逐步培養(yǎng)出更多的包容和堅(jiān)持。

在具體方法上，我總結(jié)了幾個(gè)對(duì)自己幫助較大的方面。第一是學(xué)會(huì)從文獻(xiàn)中提煉和積累關(guān)鍵信息。作為研究生，需要閱讀大量文獻(xiàn)，文獻(xiàn)中的新概念、新方法以及寫作技巧都可以積累下來(lái)，隨著時(shí)間推移逐漸內(nèi)化為自己的知識(shí)儲(chǔ)備。第二是培養(yǎng)計(jì)劃與復(fù)盤的習(xí)慣。我每天早上會(huì)為自己制定詳細(xì)的任務(wù)清單，例如需要完成的文獻(xiàn)閱讀、代碼編寫或圖表繪制，晚上再進(jìn)行自我總結(jié)，思考完成情況和不足之處，以便調(diào)整第二天的計(jì)劃。長(zhǎng)期堅(jiān)持下來(lái)，即使是難度很大的課題，也能逐步被攻克。

此外，交流與溝通同樣至關(guān)重要。科研固然需要獨(dú)立鉆研，但在關(guān)鍵階段應(yīng)多與導(dǎo)師和組內(nèi)的師兄師姐交流，避免走彎路，也能從他們的經(jīng)驗(yàn)中汲取很多有用的知識(shí)和方法。再者，要學(xué)會(huì)相信自己。不同同學(xué)因研究方向或進(jìn)度而有所差異，看到別人進(jìn)展更快時(shí)不應(yīng)自怨自艾，而是要堅(jiān)持自己的節(jié)奏，相信自己的能力。

最后，我認(rèn)為勞逸結(jié)合非常重要。健康的體魄是克服科研困難的前提。吃好、休息好、適度運(yùn)動(dòng)或培養(yǎng)興趣愛(ài)好，都能在遇到挫折時(shí)幫助調(diào)節(jié)心態(tài)，消解負(fù)面情緒，以更積極的狀態(tài)重新面對(duì)科研問(wèn)題。有時(shí)這種調(diào)整甚至?xí)?lái)“迎刃而解”或“醍醐灌頂”的效果。

這些經(jīng)驗(yàn)主要是我在科研過(guò)程中總結(jié)出的體會(huì)，也許并不適用于所有人，但對(duì)我個(gè)人而言確實(shí)起到了很大作用。

孫道遠(yuǎn)：我覺(jué)得自己還沒(méi)有到能夠給別人提出系統(tǒng)性建議的階段。不過(guò)從我的角度來(lái)看，在博士階段最重要的一點(diǎn)是保持專注。現(xiàn)在有很多事情會(huì)干擾研究，但科研需要長(zhǎng)期投入和專注力。與此同時(shí)，還要注意積極交流，并保持一個(gè)相對(duì)開放的心態(tài)。我認(rèn)為具備這些條件，就有可能做出一些非常有價(jià)值的成果。

文章整理：林曦

本文轉(zhuǎn)載自《墨子沙龍》微信公眾號(hào)

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