作者:杜芳 来源:经济日报 发布时间:2017/4/26 11:16:22
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FAST副总工程师:望穿“天眼”探苍穹

 

我国500米口径球面射电望远镜工程(FAST)位于大山深处,凝结着李菂及众多科学家的汗水。

本报记者 杜 芳摄

人物小传

李菂,国家天文台射电天文研究部首席科学家、“千人计划”专家、我国500米口径球面射电望远镜工程(FAST)副总工程师。“从孩子第一次抬头看到星星的那一刻,天文学其实就在他们心里埋下了种子。”在天文观测领域取得诸多成果的李菂认为,观察星空、探索宇宙是一种“好奇心”的需求。

他最喜欢的事,就是通过望远镜探索宇宙星辰,他说这出于人类最基本的需求“好奇”。

他在观测天文领域作出了开创性贡献,包括发现新空间分子,发现新毫秒脉冲星,命名并发展中性氢的新观测方法。

他从北京大学来到美国康奈尔大学,又至加州理工学院、美国宇航局从事科研。一个被誉为“中国天眼”的大项目吸引他回国,在贵州的山窝窝里与中国科学院的同事们一起创造奇迹。

如今,他已经成为国家天文台射电天文研究部首席科学家、“千人计划”专家。他的名字叫李菂。

星星背后有何秘密

物质是如何演化的?星星背后有什么秘密?宇宙中的元素呈现什么状态?千百年来,苍穹之上的神秘一直是人类的好奇所在。对于李菂而言,探测宇宙,一步步破解星辰迷局,是件别提多有意思的事。

“电磁波是很宽的,但是人眼对于电磁波的覆盖是极窄的。光学带给我们丰富的知识,但可见光只占来自宇宙信息的很少部分。好在望远镜为人类打开了一扇窗户,赋予了人的感官达不到的技能,借助望远镜,我们可以用波段探测宇宙星系。”李菂说。

科学家们发明了各种各样的望远镜,为李菂打开了宇宙的宝藏:你能想象中子星的密度相当于上千万头大象压缩在一枚硬币中吗?你知道脉冲星比原子钟还要准,而且可以用它来探测引力波吗?还有,那神秘的中性氢……

对氢的观测非常重要。李菂说:“星际气体演化是天文领域的重大科学问题。氢气是宇宙重子物质的主要成分,其质量远大于恒星总质量。宇宙物质循环从原子氢气开始。”

但氢的观测也是天文观测的难点所在。李菂还在哈佛大学做天文学者时,通过坚持不懈的研究,发展并命名了一个新的观测方法——中性氢窄线自吸收,它是目前测量分子云中原子丰度的唯一可靠办法,并被恒星形成理论的年度综述文章评述为测量氢转化时标的主要工具。“能在分子云里看到原子,宇宙学的计算和模拟也开始利用我们测量的结果,计算星系形成。”李菂说。

此后,李菂在观测试验领域取得一系列具有开创意义的成果,包括发现新空间分子,发现新脉冲星,发展解算尘埃温度的求逆新算法等等,并获得了美国科学委员会学者奖资助,被称为具有“杰出的科研能力”。在射电天文领域,李菂有着较高国际影响和学术地位,屡次被推选担任国家级项目的领导或咨议性职务,例如澳大利亚国家设备指导委员会杰出国际委员、世界最大机载望远镜SOFIAd的科学委员会委员、“突破”基金会聆听计划咨询委员会委员等。

随着一项项成果问世,望远镜的那一端,李菂发现了一个不一样的世界。

为地球造最大“天眼”

2016年9月份,我国500米口径球面射电望远镜工程(FAST)在贵州平塘落成启用,其被誉为“中国天眼”,是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。

进入李菂办公室,直入眼帘的就是一台电子相册,关于FAST从初始到竣工的一幕幕场景不停循环播放,有星空掩映下的美丽身影,也有开疆拓土的壮丽奇观。作为FAST工程的副总工程师,李菂和他的同事要在这里打造世界最大单口径射电望远镜。

“我是因为这个工程才回来的。”李菂坦言。当时他在美国宇航局工作,但是这个工程他不可以错过。“对于望远镜而言是越大越好。FAST口径达到500米,有30个足球场大,整体精度却要达到毫米级。它可以看得更远,看到更多惊喜。”这对于李菂的吸引力太大了。

“这个项目是我的技术背景和科学兴趣所在,能够实质性地参与和帮助这个项目达到技术之最,是我的幸运。”李菂说。

参与到FAST项目后,他大约有三分之一时间在贵州度过。工程人员从开工之前到竣工的6年时间里,都住在临时板房里,板房不带洗手间和洗澡的地方。天气暖和的时候还好,2016年当地发生冻灾,现场气温降到零摄氏度以下,晚上去外面洗澡后,进屋前李菂头顶结出了一层冰碴。

相比生活上的困难,工程上的难题才是对科学家们真正的考验。李菂于2015年起任FAST副总工程师,主持过馈源支撑、总体控制等主要工程系统验收。“动态条件下的信息传输低损耗是一种高科技,美国有专利技术,但是我们拿不到,只能依靠自主创新。同样,高强度抗疲劳的钢索也是远超相关工业标准。通过与高校和相关公司共同研发攻关,催生了中国自主专利。”李菂说。

如今,FAST落成启用,看着这个明眸善睐的观天“巨眼”,所有的汗水都在李菂的心头化作甜蜜的回忆。面对FAST,他有无限畅想和万千感慨:FAST将使中国深空探测能力延伸至宇宙外缘,并在星际介质演化、恒星形成、中性氢观测和脉冲星搜寻及引力波探测等天体物理前沿领域取得重要进展。FAST的目标是成为世界范围内催生新发现的重大科学装置,与其他现代望远镜一同打开面向宇宙的窗口,延展人类的感知和想象力。

“经过了国家天文台南仁东老师等20多年的推动和努力,FAST是贵州的,中国的,更是世界的;FAST承接过去,开启未来。”李菂说。

常怀“好奇”之心

尽管工程环境艰苦,但是看着FAST一天天长大,李菂乐在其中。同事从北京带去了一只小狗,以FAST所在的大窝凼就地取名“凼凼”。“凼凼挺凶的,会咬人。”李菂笑着说。后来,“凼凼”成了贵州的“媳妇”,在当地生了一窝又一窝的小狗,“小凼凼”们成为FAST工程工地上忠心的“保安”,为工程人员看家护院。

除了小狗陪伴,李菂还在当地结识了很多从未见过的“新朋友”。“有时候围着水槽刷牙,看见滴水的地方聚集了各种各样的虫子,见过手掌一样大的天牛、蜘蛛,还有很多叫不上名字的昆虫,尽管‘不熟’,我们各自也都和谐相处、相安无事。”在山窝里,李菂和众多科学家们以苦为乐,竟然将生活过成了陶渊明的归田园居。“皮肤上抹蝎子泡的酒,蚊虫不叮。我们工地周围还有玉米、香椿,有时候还能发现刺梨,闲暇的时候我们就去采摘。还有兰花,很美。”对于那里的一草一木,李菂至今还很留恋。

记者一眼扫过他的办公室,发现很多物件承载着不同的意义,小到一些贝壳、海螺,大到拼图画作,都是李菂亲自捡回来或者买回来的,记录着他不同阶段的足迹。多年来,李菂走遍世界,借助大大小小的望远镜去探索未知世界,他迷恋这种生活,并觉得认识宇宙星辰是件有意思的事情。

“观天需要尽量避开各种干扰,因此望远镜建在贵州偏远的喀斯特地形区,建在美国夏威夷的火山,建在改装过的飞机上,我们甚至还利用远在月球轨道之外的绕日卫星观测。”李菂说。FAST之前世界上最大的望远镜,曾在007、Contact等电影中出现的阿雷西博望远镜,也曾成为李菂观测宇宙的“慧眼”。

“比较聪明的同学很多转向IT、金融等热门行业,我是比较笨、不怎么灵活的,一直从事基础科学。天体物理是比较纯粹的基础科学,没有直接的实用性,原动力是满足人类的好奇心。好奇心是我们科学家个体生活的乐趣,是人类生存的必须。不停探索前所未知的世界,才能面对前所未有的困难,取得我们现在还想象不到的答案。”李菂说。

 
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