作者:沈志强 来源:新民晚报(2010-06-19)B07版 “我的科学生涯”大型征文

■ 工作中的沈志强

■ 沈志强在国外访问时留影

■ 沈志强一家人合影
作者简历
沈志强 男,1965年3月生,博士,国家杰出青年基金获得者,中国科学院上海天文台研究员,博士生导师,现任上海天文台甚长基线干涉测量(VLBI)研究室主任。
沈志强博士是上海天文台引进的2002年度中国科学院“引进国外杰出人才”(百人计划)入选者,2003年9月回国前在美国、日本等著名的研究机构工作。
沈志强2006年入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选,并荣获中国科学院研究生院2006年度“优秀教师”称号,2007年获上海市第十届科技精英称号,2010年获“2007-2009年度上海市先进工作者”称号。
和很多孩子一样,小时候我喜欢仰望星空,只觉得神秘莫测,经常与儿时的伙伴作一些现在回想起来非常幼稚的思辨,没有结果也没有输赢。今天,身为一名天文工作者,对浩瀚的宇宙更加心怀敬畏。如果允许我做这样一个不恰当的比喻的话,天文世界本身亦如同一个“黑洞”,只有守得住寂寞、不惧失败、坚持探索的人才能有幸窥见其一二,渺小如我,则甘愿身陷其中。
从演算到观测 追求“眼见为实”
刚进入专业领域时,我受前辈大科学家的影响,推崇理论研究的美;而后,随着研究的深入,导师把我领进了“天文观测”之门,令我逐渐领略到了现实世界中的无限风景。
带着对未知宇宙的好奇,填报大学志愿时,我坚定地选择了天文学。在大学求学期间,我们天文系的数学是与数学系一起学,而物理学又是与物理系上一样的内容,为我们后来从事天文研究打下了较好的基础。业余时间,很爱读一些科普方面的书籍,美国科幻小说家阿西莫夫写的《你知道吗——现代科学中的100个问题》一书让我感到科学研究充满了智慧和乐趣。
那时刚踏入这个专业的我,崇尚于理论研究的美,比较沉溺于理论,希望能通过简洁的推理计算来展开研究。
1986年,世界上第一颗被预报每76年回归一次的哈雷彗星再次光临地球,不光在学术界,在普通人中也有很大的影响。正值大学最后一年的我,也有幸“轧闹猛”,将观测哈雷彗星选作了自己毕业论文的题目。那年,刚过完春节假不久,老师和我们两个同学一路乘车南下至海安,坐渡船过琼州海峡到海口,再换长途车一直到了最南端的三亚,一路颠簸,但我们心情特别兴奋,一到便开始了紧张的望远镜的安装和调试。我们的落足点,算得上是“天涯海角”,直面南海,视野无比开阔,这是我国的最佳观测点。哈雷彗星的可观测时间大多在下半夜,在两个月的“守望”日子里,我们每天晚上轮流值班观测,结束后就自己动手在简易的暗房里冲晒底片直到凌晨,每拍摄到一张满意的照片后,又期待着下一次能抓到更清晰的影像,有些天我们可以直接目视哈雷彗星的扫帚形尾巴,倍感幸运,一直到4月底才心存不舍地目送哈雷彗星重又踏上返回太阳系深处的漫漫征途,要知道下一次在地球上见到哈雷彗星就要到2062年了!
大学毕业后,我便去了北京大学读天体物理学硕士,起初,我的研究课题还是偏理论。有一次,导师从国外交流回来后,问我是否有兴趣做天文观测。科学是个不断发展的世界。哪怕如牛顿般伟大的科学家,其哲学思想和方法论体系曾被爱因斯坦赞为“理论物理学领域中每一工作者的纲领”,但在科学早期发展进程中,曾经指引着一代代科学工作者前进的开放的纲领不可避免地带有时代的局限性,传统的科学研究的方法面临着革新和进步。拿天文学来说,由于天文观测仪器设备的不断更新,天文观测已越来越成为人们了解和发现天文奥秘所最依赖的方法。尽管推论及演算不可或缺,但“眼见为实”的观测应是理论验证最重要的证据。就这样,带着之前观测哈雷彗星的粗浅经验,我真正开始了天文观测研究。我还记得,第一个课题做的是用我国自己建造的位于北京密云的米波综合孔径阵观测超新星遗迹,结果发表在了国际学术杂志上。
借助国际合作 捕获黑洞“照片”
为了拍摄到黑洞的照片,我们事先作了大量的观测模拟,建立了一套严谨的分析方法,最后,向美国合作单位提交了相当苛刻的观测气象条件,但我们期盼的好天气却迟迟不来……
黑洞也许是浩瀚苍穹中最神秘的天体。黑洞概念的最早提出可以追溯到牛顿力学创立后100多年,英国的米歇尔和法国的拉普拉斯等科学家根据牛顿理论提出了黑洞的假设,认为宇宙中最亮的星体可能反而是无法看见的,但那时的观测手段是根本无法证实这一设想的。到上世纪初,爱因斯坦的广义相对论又从理论上预言了黑洞的存在,可是黑洞本身不发光,无法被直接观测到,如何证实黑洞存在就成为现代天体物理学最具挑战性的课题之一。
1996年开始博士后研究的时候,导师和我发现在众多经由“哈勃”等空间和地面大型望远镜已经遴选出的“候选黑洞”中,离我们最近的银河系中心致密射电源人马座A*却有点受冷落了,而我博士论文研究用到的甚长基线干涉测量(即VLBI技术)能提供目前天文观测中最高的分辨本领,非常适合对我们银河系中心超大质量黑洞的观测研究。就这样,带着点“初生牛犊”的劲头,开始了对银河系中心黑洞的高分辨率射电天文探索。
1997年,我和合作伙伴开始使用分布在美国各地包括夏威夷岛的10个25米口径射电望远镜组成的甚长基线干涉阵研究人马座A*。对这些观测数据的分析探讨引导着我们更深入地思考下一步的后续在更短波长上的观测。2001年,通过国际竞争,我们小组获得了对人马座A*世界上首个在3毫米波长上的观测时间。在此之前,我们作了大量的观测模拟,并建立了一套严谨的分析方法,我发现,若想取得好的观测结果,对各个射电望远镜所在地的天气条件要求很苛刻。观测的机会来之不易,但我们坚持对望远镜观测时间的严格限制:没有好天气,绝不启动观测。
但要让跨度8000公里以上的不同地区出现一样的好天气,几率并不高。获得申请后,期望中的最佳观测时机迟迟没出现。其间,美国的负责人还问我,能否放宽对天气要求以利尽快安排时间。我们计算了一下,若放宽条件,很可能得到的仍不符合我们预期,表示要继续等待。科学工作者可以说是世界上最不迷信的人,但研究天文,还确实需要一些天时地利人和。2002年11月3日那天,天公终于作美,这些望远镜所在地区都出现了良好的天气,我们的观测得到了优先实施。5小时后,观测结束,所有数据被送到了相关处理中心做预处理。真的给了我一个惊喜,但我清楚这些数据还只是黑洞的“底片”,要想制成“照片”还需要费时的后期处理。初步结果出来后,我们小组又花了1年左右时间验证观测结果。终于,在拍摄这张照片3年后的同一天,2005年11月3日,英国《自然》杂志介绍了我们的工作,并配发了专题评论。
科学如“黑洞” 探索无止境
科学的世界如此浩瀚,任何成果在它面前都会显得十分渺小。但也正是这每一个微小的进步,让我们能对我们身处的这个星球、乃至整个宇宙有更真切的了解。
宇宙有中心吗?宇宙到底有多大?宇宙中的“太阳系”是怎样的?宇宙的最终归宿到底是什么?宇宙大爆炸学说成立吗?宇宙中的生命是怎样产生的?宇宙中还有别的智慧生物吗?在我看来,对一个科学工作者而言,最重要的是他的好奇心。不少人以为搞科学的一定偏科,但我不这么认为。就我自己而言,我一直对历史、文学和哲学等有着浓厚的兴趣。我认为,科学研究中有快乐的时候,有苦闷的时候,但更多的还应是静心的思考和探索。
对于我们这一代天文工作者来说,开放的环境,让我们可以接触到国际上最好的观测设备,申请到世界级天文设备的观测时间,进而获得独一无二的观测结果,通常新的结果又会带来一些新的问题,推动着我们思考和进步。正是凭借着这样的一种动力,从1996年确立课题,经过近十年的时间努力,我们获得了世界上第一张3.5毫米波长的高分辨率图像。目前,我们在借助数值模拟方法仿真银河系中心人马座A*的观测特性。
现在,我在与新学生交谈时,常会问他们两个问题。第一,你是不是有一颗好奇心?这种持久的好奇心不可能是物质驱动的,渴望知道他人还不知道的是一种无形的推动力,我认为这对做研究重要至极。
第二个问题是:你来学习的动机是什么?真的喜欢天文吗?真的喜欢做研究吗?还是仅仅为了拿到个硕士或者博士学位。我会告诉学生,如果真的喜欢,愿意付出,那就要做好花上三五年时间的准备,踏踏实实做基础的工作,这将决定你将来能走多远。
如果要我给爱好天文和科学的孩子提个建议,我会说,保持你的好奇心,学好基本的知识,打好扎实基础,在你开始从事研究工作时,会发现,全面的知识结构很重要。
作为一个科学工作者,更需要的也许是一颗平常心,因为在科学的道路上,从来不是鲜花满园,而往往是满路荆棘。100个科学实验中,可能99个都是失败的,因此若能多用正面的想法来看待这些失败,研究之路也许可以走得更远些。
正如前人所言,路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。
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沈志强博士长期从事射电天文学中的甚长基线干涉测量技术及其在天体物理学中的应用研究。2005年,以第一作者在Nature上发表了“银河系中心存在超大质量黑洞”的最新观测证据,论文发表后在国内外引起重大反响,20多个国家和地区在第一时间报道了这项研究成果,Nature为此配发了专题评述。该原创性成果被评选为“2005年度中国基础研究十大新闻”之一。





