2024年1月11日星期四

青橙獎得主陳孝鈿:世界一流的天文台址是如何發現的?

1月8日,達摩院青橙學者分享會在浙江大學舉行,陳孝鈿、楊宗銀、蘇俊等15名青年科學家從潘雲鶴、邵峰楊樹鋒等院士手裡領過青橙獎,獲得「青橙學者」桂冠和阿里公益支持的100萬元獎金。

會後,新京報貝殼財經記者採訪了獲得青橙獎的青年科學家,中國科學院國家天文台研究員,北京大學天體物理博士陳孝鈿,他建立了國內最大的量天尺變星數據庫,首次刻畫了銀河系直觀三維圖,推動了中國高精度天文測距研究和世界級光學天文台址冷湖賽什騰山的發展,這也是他獲得青橙獎的理由。

陳孝釵告訴記者,他從2018年左右開始在冷湖觀測星空,2021年時已經把成果展現給了全世界,並且觀測數據一直保持著連續性,這讓東半球也有了世界級的光學天文台,「為什麼冷湖天文台的發展這樣迅速,除了我們團隊一直'趕著走'促成數據外,也離不開冷湖當地政府和各界的支持。"

中國科學院國家天文台副研究員,北京大學天體物理博士陳孝鑭官方供圖

三年艱苦觀測以數據服人讓東半球也有好台址

冷湖賽什騰山,位於青海省海西州,海拔高達4,200米,方圓百公里都是荒無人煙的戈壁灘。

去年7月,新京報貝殼財經記者曾踏上冷湖賽什騰山的天文台,從最近的小鎮到賽什騰山需要數小時的車程,但在這個一片荒涼的地方,不少山頭卻赫然豎立著一座座白色巨型天文望遠鏡,天文學家們慕名而來,就是為了這一片純淨的星空。

但發現這片星空適合天文觀測,需要"第一個吃螃蟹的人",而這個人,就是陳孝鑭。 2018年,在國家天文台研究員鄧李才的帶領下,陳孝鈿來到冷湖,被這裡的星空所深深震撼:「天空中有著密密麻麻、各種形態的天體,還有很多流星劃過,這是東部城市完全無法看到的。」更讓天文學家驚嘆的是,冷湖的大氣非常穩定,星星不會"眨眼",非常適合天文觀測。

「目前我們知道世界上有三個世界級的天文台,都位於西半球,我們的東半球沒有好的台址,這就意味著如果在西半球的白天發生了一個重要的天文現象,當地的大型望遠鏡都沒有辦法去觀測。因此大家迫切需要在我們東半球,尤其是我們中國的青藏高原找到這樣一個好的台址,這是一個非常重要的資源,有了台址,我們地面上的這些大口徑的望遠鏡,就可以像接力一樣地去連續觀測非常重要的天文現象。」陳孝釭說。

為了給中國,乃至整個東半球選出一個好的天文台,陳孝釹團隊克服高海拔的重重困難,在冷湖連續監測了三年。證明了冷湖賽什騰山是世界一流的光學紅外線天文台地點,填補了東半球的空白。這篇文章在《自然》正刊上一發表,就引起了全球天文學界的高度關注,因為天文研究的基礎就是觀測,優秀的天文台址是中國乃至全球的重要資源。

為了推動冷湖天文台的建設,陳孝釷常年在青藏高原進行觀測、調試,進行相關的數據分析和科學研究,累計時長超過400天,「我們的數據是完全公開的,所有人包括外國的專家都可以進行評判,這樣大家很快都相信了這(冷湖天文台址)是好的。"

這一切都離不開天文觀測者們以及當地政府相關人員的辛苦付出,「最開始鄧李才研究員帶領我們來到這裡,條件非常艱苦,完全沒有路,我們每次搬監測設備上山,都需要靠人力,需要爬三四個小時,垂直高度有近一千米。而且這個山比較危險,有一次我們同事迷路了,就在野地裡待了一晚上。整個監測過程持續了三四年,是挺不容易的一個過程。」陳孝鈿說,「同時,也得感謝冷湖當地政府和相關部門的支持,現在冷湖天文台址變化很大,從沒有路到石子路,再到瀝青路,只用了幾年,研究人員的工作環境也變得很好。"

目前,冷湖已落地12個天文望遠鏡項目,預計建造43台望遠鏡,其中4台望遠鏡已建成,包括陳孝鈿所在團隊負責的SONG望遠鏡,它屬於一個全球聯網觀測系統,計劃通過北半球不同經度的8台望遠鏡對同一個目標進行全天連續不間斷觀測。

「我希望把SONG望遠鏡一直運作下去,直到我退休。」陳孝釭慢慢喜歡上了冷湖,每次從北京千里迢迢過來,看著冷湖日新月異的發展,觸摸著熟悉的設備,都會有種開心和親切。他也感慨,冷湖雖然曾經條件艱苦,卻是他的幸運之地,在冷湖台址發現之前,他所在團隊正經歷艱難時期,經費匱乏,績效工資都只發一半,研究開展很難。現在,他對未來充滿信心。

從小立志成為天文學家一生只做一件事

和許多少年一樣,陳孝鑭從小對星空著迷,小學二年級時,他在作文裡寫下自己的夢想,成為天文學家。高考時,他填報了北京師範大學天文學專業,開啟了自己的天文人生。在北師大濃厚的天文學氛圍裡,陳孝釷迷上了恆星物理,大一就開始進行天文觀測,用學校的望遠鏡觀測了幾百個夜晚,望遠鏡成了他的親密夥伴。

但陳孝釭也有迷惘的時候,尤其是博士前兩三年,恆星物理是比較成熟的領域,如何找到有價值的新方向?是否要轉到更火熱的天文學其他領域?一封來信改變了他的想法,諾貝爾物理學獎得主亞當·里斯主動向陳孝釭請教造父變星的數據(一種亮度隨時間週期變化的恆星,能夠用於恆星距離測量,又被稱為"量天尺",最著名的是北極星),這正是陳孝鑭的研究方向之一,這讓他堅定了信心。

談到諾獎得主的來信,陳孝鈿表示,天文界之間交流很多,也比較平等,並不是說諾獎和博士生就有天差地別,但這件事對他的研究影響非常有鼓舞, 「當時造父變星並不太受關注。他的信,讓我感到詬異的是他為什麼會研究這個方向。進而我花了很長時間去蒐集各方面的文獻,包括理解這些文獻,發現恆星物理雖然非常傳統,但我們可以把恆星利用成工具,用於測量宇宙,這是非常前沿的方向。"

要從數以億計的星空裡找出造父變星,是一件枯燥的事情,不僅需要大數據處理,還要靠天文學家的肉眼識別,才能實現非常高的準確度。為了從近百萬張圖片中把造父變星全部找出來,陳孝鈿每天查看兩三萬張圖片,持續了兩三個月,將所有圖片檢查了兩遍,從中分辨出上千顆造父變星。

2018年,陳孝鈿等人發布了第一個紅外線全天變星星表,表中包含了1339顆造父變星。基於這個星表,陳孝鑀隔年在國際頂尖學術期刊《自然—天文》(Nature Astronomy)發文,發布首張銀河系恆星盤三維全貌圖,揭開銀河系形狀之謎,引起了全球媒體關注。

除了打磨造父變星"量天尺",2023年,陳孝鑭還打造了一把新的"量天尺"。他利用雙週期天琴座RR型變星,將難測的金屬豐度資訊轉換成容易測量的週期,成功繞過金屬豐度這個主要障礙,使得上百個星系矮星系的高精度測距成為可能。 "我希望從百光年到百億光年,都能實現宇宙的高精度測距,最終得到宇宙的三維導航圖。"

luoyidan@xjb news. com

新京報貝殼財經記者羅亦丹編輯岳彩週校對賈南



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