宇宙星河 我心徜徉
——記中山大學(xué)物理與天文學(xué)院教授張泳

□ 陳 浩

張泳

據(jù)統(tǒng)計(jì)，宇宙中存在700萬(wàn)億億顆恒星，如此龐大的數(shù)字可能超過(guò)地球上所有沙漠和海灘上的沙?？偤?。在近一個(gè)世紀(jì)的歲月中，科學(xué)家孜孜不倦地探索宇宙數(shù)十億年的演化歷程，但直至近些年來(lái)我們才得以在天甚至小時(shí)的時(shí)間尺度上分析天體事件，從而見(jiàn)證恒星變化無(wú)常的生死歷程。

“太陽(yáng)是最接近地球的恒星，像它一樣的恒星，在死亡之后會(huì)拋出來(lái)一些物質(zhì)，這團(tuán)物質(zhì)的物理環(huán)境是怎樣的？里邊發(fā)生了一些什么樣的化學(xué)過(guò)程？產(chǎn)生了什么樣的分子？這些分子又是怎樣演化來(lái)遍布到我們生存的空間？這里邊會(huì)不會(huì)產(chǎn)生一些跟生命起源相關(guān)的分子？我的研究就是從這些方面展開(kāi)的。”張泳說(shuō)。他的研究興趣廣泛，不僅在從事演化晚期恒星包層的化學(xué)演化和光致電離氣體星云中等離子物理的研究工作中積累了豐富的天文觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)，而且對(duì)于紫外、光學(xué)到紅外和射電的成像和光譜研究都有較深入的涉及。如今，人類對(duì)于宇宙的研究已經(jīng)進(jìn)入了愈發(fā)蓬勃的時(shí)代，將科研興趣聚焦于宇宙星河之中，張泳的天文學(xué)研究之路還將有無(wú)限可能。

天文學(xué)啟蒙之路

判天地之美，析萬(wàn)物之理。物理世界所蘊(yùn)藏的科學(xué)魅力令張泳向往不已。

中學(xué)時(shí)期，正是人的興趣愛(ài)好形成的關(guān)鍵時(shí)期。從那一階段開(kāi)始，張泳對(duì)物理專業(yè)的熱愛(ài)便一發(fā)不可收拾。癡迷于物理的他，在中學(xué)時(shí)代也經(jīng)常會(huì)參加一些物理競(jìng)賽。在這些競(jìng)賽中，他不僅鍛煉了自己的物理學(xué)習(xí)能力，同時(shí)也讓他對(duì)物理研究的熱情愈加高漲。

將物理作為自己畢生的發(fā)展方向，張泳在高考時(shí)決心報(bào)考北京師范大學(xué)天文系，并被順利錄取，從此走上了與天文學(xué)結(jié)緣的道路。在這之前，張泳對(duì)于天文學(xué)研究并不十分了解，但是深入其中之后，他卻被這一領(lǐng)域的研究所深深吸引，在他看來(lái)，從事這一領(lǐng)域的研究工作，能將我們?cè)诘厍蛏蠈W(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到宇宙空間里，解釋宇宙中的一些現(xiàn)象，本身就是一件很有意思的事情。而這一方向的研究也與物理有著密切的聯(lián)系，更契合他之前的夢(mèng)想，因此，張泳決心在天文物理研究中不斷前行，爭(zhēng)取取得更多的科研突破。

本科畢業(yè)后，張泳在天文學(xué)研究中繼續(xù)腳踏實(shí)地前行，先后獲得了國(guó)家天文臺(tái)碩士以及北京大學(xué)天文學(xué)博士學(xué)位。為了能在這一領(lǐng)域有更加長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，2006年10月，張泳前往香港大學(xué)進(jìn)行博士后研究。在去香港之前，張泳主要從事的是在星周包層中探索例如氟、氪這類原子的起源，或者是從原子性的角度，做一些等離子體診斷，來(lái)探測(cè)這種包層型的天文等離子體的工作環(huán)境。來(lái)到香港之后，張泳將研究領(lǐng)域進(jìn)行了擴(kuò)充，去研究分子的化理性，當(dāng)時(shí)他也自學(xué)了許多化學(xué)知識(shí)、地質(zhì)學(xué)知識(shí)，這些都為他進(jìn)一步開(kāi)展研究工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在香港大學(xué)從事科研工作的這段時(shí)間，張泳在恒星死亡后星周包層中的物理和化學(xué)過(guò)程研究中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，2009年10月，張泳在結(jié)束了博士后研究歷程之后，選擇留在香港大學(xué)物理系任職，擔(dān)任研究助理教授。

窮極天體物理，深入星周包層

霍金曾說(shuō)過(guò)：“我的目標(biāo)很簡(jiǎn)單，就是把宇宙整個(gè)明白——它為何如此，它為何存在?！边@是一個(gè)美妙而又宏大的愿望。雖然，張泳不能將研究蔓延到整個(gè)宇宙，但是在香港十幾年的科研生涯中，張泳在自己所致力的晚期恒星包層的化學(xué)演化和光致電離氣體星云中等離子物理的研究工作中取得了一系列成果。

現(xiàn)代技術(shù)正在革新關(guān)于動(dòng)態(tài)宇宙的研究。20世紀(jì)70年代，就有紅外望遠(yuǎn)鏡在各種天文環(huán)境中發(fā)現(xiàn)紅外波段存在發(fā)射帶載體。但是，迄今為止，科學(xué)家對(duì)于星際和星周空間中是否廣泛存在紅外發(fā)射帶（U I E）載體的認(rèn)證仍是長(zhǎng)期未能解決的問(wèn)題。當(dāng)時(shí)，國(guó)際上的潮流是通過(guò)多環(huán)芳香烴模型來(lái)解釋觀測(cè)中出現(xiàn)的一些現(xiàn)象。但是，張泳與合作者卻認(rèn)為多環(huán)芳香烴模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅僅靠它并不能完全解釋U I E現(xiàn)象。針對(duì)這一問(wèn)題，張泳和團(tuán)隊(duì)成員一起設(shè)計(jì)了一種全新的模型，即脂肪族和芳香族混合納米顆粒（MAON），與傳統(tǒng)模型不同，MAON是由芳香環(huán)和脂肪鏈組成的三維復(fù)雜分子，在解釋U I E現(xiàn)象上具有很多優(yōu)勢(shì)，特別是能夠很好地解釋紅外平臺(tái)發(fā)射。這項(xiàng)成果發(fā)表在《自然》雜志上，張泳便是文章的作者之一。張泳及其團(tuán)隊(duì)提出的分子模型引起了國(guó)際同行的廣泛探討，被國(guó)內(nèi)外多家媒體報(bào)道（比如BBC和News等）。這種復(fù)雜有機(jī)物有與煤類似的結(jié)構(gòu)，表明在星際空間中可以形成相當(dāng)復(fù)雜甚至與生命起源相關(guān)的有機(jī)分子。

富勒烯分子是生命分子形成的基礎(chǔ)，對(duì)宇宙中形成有機(jī)物質(zhì)至關(guān)重要。從事科學(xué)研究以來(lái)，張泳及其團(tuán)隊(duì)成員就一直想在星周包層中搜尋富勒烯相關(guān)的分子。在不斷的科研攻關(guān)之下，張泳及其團(tuán)隊(duì)成員合作利用斯必澤空間望遠(yuǎn)鏡紅外光譜數(shù)據(jù)在一個(gè)原行星狀星云的包層中首次探測(cè)到了籠狀的純碳分子C60并進(jìn)而探索了其在天文環(huán)境下形成和激發(fā)的問(wèn)題。原行星狀星云是中小質(zhì)量恒星演化晚期很短暫的一個(gè)階段，這項(xiàng)研究表明死亡恒星包層不僅能合成多原子分子，而且合成效率出乎意料的高。這一研究成果受到了國(guó)際同行的廣泛關(guān)注，張泳因此受邀在日本舉行的國(guó)際塵埃會(huì)議上作了一個(gè)小時(shí)的綜述報(bào)告，富勒烯發(fā)現(xiàn)者、諾貝爾獎(jiǎng)得主Harold Kroto在其發(fā)表在P N A S的論文中正面引用了這項(xiàng)工作。在這之后，張泳又在星際空間中搜尋到氫化富勒烯存在的跡象，這可能是迄今為止觀測(cè)到的最大星際分子，對(duì)于人們理解星際空間化學(xué)的復(fù)雜性和多樣性有重要意義；同時(shí)，由于氫化富勒烯的存在可以很好地解決“C60的激發(fā)機(jī)制無(wú)法解釋譜線強(qiáng)度比”這一問(wèn)題，氫化富勒烯穩(wěn)定的物理結(jié)構(gòu)和活躍的化學(xué)性質(zhì)，很有可能解開(kāi)“星際彌散帶載體”這一世紀(jì)難題。

從事科研多年來(lái)，張泳也有屬于自己的長(zhǎng)期研究規(guī)劃——即寬頻率覆蓋范圍大樣本的恒星包層系統(tǒng)的射電光譜觀測(cè)。目前，張泳已經(jīng)積累了數(shù)百個(gè)小時(shí)的射電光譜觀測(cè)數(shù)據(jù)。這些研究從觀測(cè)角度勾畫(huà)出了一些星周分子在離開(kāi)主序恒星到行星狀星云演化階段中的形成和變化的大致圖像，并且在一定程度上闡明了物理環(huán)境變化對(duì)星周化學(xué)帶來(lái)的影響。因?yàn)檫@項(xiàng)研究，張泳在2016年越南ICISE舉行的星風(fēng)國(guó)際會(huì)議和北京舉行的國(guó)際天文學(xué)專題會(huì)作了“行星狀星云中的分子研究”的特邀報(bào)告，并受邀請(qǐng)作為Keynote speaker出席2017年7月舉行的第九屆全球華人物理學(xué)會(huì)。

中山筑夢(mèng)，“泳”志勿忘

科學(xué)研究最怕的就是在一個(gè)安逸的環(huán)境中待久了，喪失自己心中最初的寶貴的熱情。在香港從事科學(xué)研究工作10多年，科研環(huán)境日趨穩(wěn)定，但張泳卻感覺(jué)在科研中能夠挑戰(zhàn)的事情越來(lái)越少。最近幾年來(lái)，我國(guó)的科技發(fā)展迅速，在天文研究方面的投資力度日漸加大，張泳迫切想要能將自己的科研所學(xué)用到實(shí)處，為國(guó)家天文事業(yè)的發(fā)展做一些真正有意義的事情。

2017年，張泳來(lái)到了中山大學(xué)物理與天文學(xué)院擔(dān)任教授，開(kāi)始了全新的科研探索之路?！皣?guó)內(nèi)有很多天文機(jī)構(gòu)，中山大學(xué)的天文專業(yè)非常新，近兩年才開(kāi)始發(fā)展，如果能將中山大學(xué)的天文領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)，對(duì)我來(lái)說(shuō)是很有挑戰(zhàn)也很有成就感的事情。”張泳說(shuō)。

目前，張泳所在的領(lǐng)域比較偏向于天體化學(xué)方向。在這一領(lǐng)域，張泳及其研究團(tuán)隊(duì)將主要研究重點(diǎn)放在觀測(cè)，以及數(shù)字模擬理論及實(shí)驗(yàn)研究上。目前，國(guó)內(nèi)從事這一領(lǐng)域研究的工作人員很少，與國(guó)際上差別很大。張泳在國(guó)內(nèi)參加相關(guān)天文會(huì)議時(shí)曾遇到過(guò)一些從國(guó)外回來(lái)的科研學(xué)者在從事這一領(lǐng)域的研究工作，他希望能和他們共同將國(guó)內(nèi)天體化學(xué)方面的研究壯大起來(lái)。

現(xiàn)階段，張泳的研究工作主要集中在兩個(gè)方面。一是針對(duì)富勒烯相關(guān)的分子做一些量子化學(xué)計(jì)算，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，然后再用一些特殊的手段跟實(shí)際觀測(cè)做出比較。目前，他們正在建立數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程中。除此之外，他們還選取了在紅外輻射方面比較特殊的一些源，來(lái)做一些射電觀測(cè)，如今他們也已獲取了部分?jǐn)?shù)據(jù)。

新階段，張泳也給自己提出了新的要求。他直言：“以前，我總是在研究中追求速度，希望能夠在短期內(nèi)做出科研成果?，F(xiàn)如今，我想讓自己慢下來(lái)，做一些需要一定積累，能夠在國(guó)際上有一定的顯示度的工作?！卑凑兆约杭榷ǖ牟秸{(diào)，張泳仍在踏實(shí)前行著……