徐燁：用熱愛描摹星空的模樣

衛(wèi)婷婷 李 桐

銀河系的真實(shí)面貌是什么？銀河系里螺旋狀的“手臂”是如何分布和運(yùn)動(dòng)的？銀河系里真的有暗物質(zhì)存在嗎？這些一直都是天文學(xué)中懸而未決的重大謎題。中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員徐燁就是這些問(wèn)題的解謎人。對(duì)星空的好奇讓他做出了人生中最重大的決定：用熱愛描摹星空的模樣。

徐燁

事實(shí)證明這條路他沒(méi)有選錯(cuò)。在此后從事天文學(xué)研究領(lǐng)域的20多年里，他通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)高精度天體測(cè)量的劃時(shí)代突破，在銀河系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域做出了系統(tǒng)性的工作。銀河系權(quán)威專家Caswell在有關(guān)銀河系的綜述文章中評(píng)價(jià)相關(guān)成果是銀河系結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域的“一個(gè)里程碑（a landmark）”。

從地下到天上

1962年，徐燁出生在一個(gè)普通的礦工家庭。他從小就在煤礦子弟學(xué)校讀書，14歲初中畢業(yè)后，他順理成章地進(jìn)入了礦場(chǎng)工作，先從學(xué)徒開始做起，兩年后正式成為一名煤礦工人。

煤礦在偏遠(yuǎn)的山區(qū)，每天8小時(shí)高強(qiáng)度的體力勞動(dòng)，徐燁咬著牙堅(jiān)持了下來(lái)。在枯燥而危險(xiǎn)的生活中，他唯一的消遣是在沒(méi)事的時(shí)候抬頭看看星空。每逢晴朗的夜晚，他總是能看到滿天的繁星在夜空中閃爍，時(shí)間長(zhǎng)了，徐燁開始對(duì)星空產(chǎn)生了向往。礦工微薄的工資被他拿來(lái)買天文學(xué)相關(guān)的書籍，遇到看不懂的地方也不氣餒，每天都堅(jiān)持閱讀。

對(duì)天文學(xué)的熱愛讓徐燁成為了一名天文愛好者，平時(shí)也會(huì)自己研究一些天文問(wèn)題。有一次，徐燁拿著自己做的研究論文，請(qǐng)當(dāng)時(shí)上海天文臺(tái)的沈有根老師幫忙看看?！叭绻阆胍獜氖绿煳墓ぷ鞯脑挘€是要考研究生?！鄙蛴懈浅ＵJ(rèn)真地建議他去考研。從那以后，徐燁開始了艱難的研究生備考。英語(yǔ)不行，他就天天對(duì)著錄音機(jī)練習(xí)聽力和口語(yǔ)；理論知識(shí)不行，他就自學(xué)高中和大學(xué)的課程。一步步公式推導(dǎo)、一滴滴汗水積累，徐燁始終相信天道酬勤。1996年，他成功考上了中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)的研究生，開啟了全新的天文探索之路。

與銀河系結(jié)緣

2002年，博士畢業(yè)的徐燁進(jìn)入南京大學(xué)天文系博士后流動(dòng)站工作。來(lái)到南京大學(xué)后，徐燁開始嘗試去測(cè)量銀河系天體的距離?！熬嚯x測(cè)得不準(zhǔn)，你對(duì)天文現(xiàn)象的描述就很難準(zhǔn)確。”徐燁解釋道，測(cè)準(zhǔn)了銀河系天體的距離，就能揭開銀河系的神秘面紗。在過(guò)去，天文學(xué)家常常通過(guò)模型間接地測(cè)量天體的距離，從而勾畫出銀河系的旋臂，但是徐燁發(fā)現(xiàn)這種方法得到的距離有很大的誤差。

徐燁和他的合作伙伴們決定拋棄舊方法，采用天文學(xué)里最古老的三角視差法。“以地球到太陽(yáng)的距離為基線，測(cè)量地球-天體-太陽(yáng)連線的夾角，就可以確定天體的距離?！痹砗芎?jiǎn)單，但技術(shù)富有極大挑戰(zhàn)！ 要測(cè)量整個(gè)銀河系的旋臂結(jié)構(gòu)，視差精度至少要比當(dāng)時(shí)提高100倍，相當(dāng)于在地球上看月球上一只螞蟻的張角。

在隨后的幾年時(shí)間里，徐燁及其團(tuán)隊(duì)解決了一系列具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題，在國(guó)際上率先提出用甚長(zhǎng)基線干涉儀測(cè)量脈澤的三角視差和自行，研究銀河系旋臂結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)這一開創(chuàng)性的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。他們的第一個(gè)目標(biāo)就是天文界爭(zhēng)議已久的英仙臂的距離。他們向美國(guó)的射電望遠(yuǎn)鏡VLBA（Very Long Baseline Array）提出了5個(gè)歷元的觀測(cè)申請(qǐng)。但第一個(gè)歷元觀測(cè)完了以后結(jié)果并不理想，哈佛-史密松森天體物理中心的合作者認(rèn)為可能做不出來(lái)，徐燁也沒(méi)有太多的把握，但他不愿就此放棄。

“做不出來(lái)就拉倒，至少證明了這條路行不通，可以讓別人少走彎路?！毙鞜畹男膽B(tài)很好，“一切還沒(méi)到最后絕望的時(shí)候”，他繼續(xù)著對(duì)英仙臂剩余4個(gè)歷元的觀測(cè)，一邊檢查修改程序，改進(jìn)數(shù)據(jù)處理方法，一邊尋找新的研究目標(biāo)。

功夫不負(fù)有心人，2006年徐燁與項(xiàng)目組成功測(cè)量出銀河系英仙臂的距離，測(cè)量精度達(dá)2%，這是天文學(xué)史上精度最高的距離測(cè)量。鑒于該成果的重要性，《科學(xué)》雜志將其作為封面論文發(fā)表。這是以中國(guó)天文學(xué)家為第一作者的研究成果首次出現(xiàn)在該雜志封面上。英國(guó)皇家學(xué)會(huì)院士James Binney在同期雜志發(fā)表評(píng)論文章，高度評(píng)價(jià)其“開創(chuàng)了三角視差測(cè)量的新紀(jì)元（a new era）”。

但對(duì)于徐燁來(lái)說(shuō)，確定英仙臂的距離只不過(guò)是“萬(wàn)里長(zhǎng)征”的第一步，后面還有很長(zhǎng)的路要走。

離銀河系更近一步

青海省德令哈市以東35公里海拔3200米的戈壁灘上，坐落著中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)青海觀測(cè)站。這個(gè)觀測(cè)站內(nèi)的13.7米毫米波射電望遠(yuǎn)鏡是中國(guó)唯一一臺(tái)工作在毫米波段的大型射電天文觀測(cè)設(shè)備，為一系列重大科學(xué)項(xiàng)目提供觀測(cè)支持，并向全球天文學(xué)家開放使用。

2009年，徐燁成為中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)青海觀測(cè)站的站長(zhǎng)。一年中他有近一半的時(shí)間都在這里做著觀測(cè)研究，“待多久取決于你的意愿，某種意義上講，這里非常清靜，做科研活動(dòng)可能更好一點(diǎn)，所以我比較喜歡在這里”。徐燁笑著說(shuō)，唯一不好的地方可能是高原氧氣少，很多人不能適應(yīng)。

徐燁（一排右四）團(tuán)隊(duì)合影

在高原寒冷缺氧的環(huán)境中，中國(guó)的天文學(xué)家正在實(shí)施一項(xiàng)宏大而富有詩(shī)意的科研項(xiàng)目：為浩如煙海的銀河畫像。在青海觀測(cè)站工作的12年里，徐燁和他的合作者們結(jié)合天體脈澤、分子氣體和大質(zhì)量恒星等繼續(xù)開展銀河系旋臂的研究，逐步構(gòu)建起多波段觀測(cè)相結(jié)合的銀河系旋臂結(jié)構(gòu)研究體系。他們發(fā)現(xiàn)了銀河系的一條新旋臂——本地臂；首次精確描繪了被廣泛認(rèn)可的太陽(yáng)附近銀河系旋臂結(jié)構(gòu)新圖景，將旋臂結(jié)構(gòu)從北天延伸至南天；發(fā)現(xiàn)了距離銀心最遠(yuǎn)的一段氣體旋臂，并且率先提出了銀河系不是簡(jiǎn)單地由宏偉的、規(guī)則的螺旋形主旋臂組成，而是由充滿著臂間次結(jié)構(gòu)的多條旋臂組成的復(fù)雜旋渦星系的新觀點(diǎn)。

這些成果的發(fā)現(xiàn)再一次引發(fā)了天文學(xué)界的廣泛關(guān)注，被評(píng)為國(guó)家自然科學(xué)基金委25年來(lái)“重大科學(xué)突破或重要科學(xué)進(jìn)展”案例之一。

新的旅程

前20年做礦工，后20年做天文，是徐燁常常掛在嘴邊的一句話，也是對(duì)他目前為止人生的高度概括，天文的博大精深至今仍然讓他著迷。也許是因?yàn)樽约哼^(guò)去的經(jīng)歷，讓他對(duì)于學(xué)生的要求也有了新的想法。

“我對(duì)學(xué)生的要求是，來(lái)了以后好好工作。至于學(xué)生的能力大小，不是主要的，重要的是態(tài)度?！毙鞜钫f(shuō)，只要團(tuán)隊(duì)里的每一個(gè)人盡一份力，相互團(tuán)結(jié)，擰緊一股繩，達(dá)到事半功倍的效果，推動(dòng)學(xué)科往前發(fā)展，這就是徐燁心中的最佳隊(duì)伍。

2019年3月，SKA的7個(gè)創(chuàng)始成員國(guó)——中國(guó)、澳大利亞、意大利、荷蘭、葡萄牙、南非和英國(guó)正式簽署了成立SKA政府間國(guó)際組織的公約。SKA全稱“平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡”，是由2500面直徑15米的碟形天線陣列（中頻）、250個(gè)致密孔徑陣列以及130萬(wàn)只對(duì)數(shù)周期天線陣列（低頻）組成的巨大網(wǎng)絡(luò)。

這個(gè)迄今人類歷史上規(guī)模最大的天文學(xué)工程于2021年1月1日開建，計(jì)劃2024年左右出第一批數(shù)據(jù)，2028年完成一期10%規(guī)模的建設(shè)。項(xiàng)目的設(shè)計(jì)壽命為50年，可以說(shuō)，這將主導(dǎo)國(guó)際射電天文學(xué)界至少半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展脈絡(luò)。

“我希望我們能在SKA項(xiàng)目中有一個(gè)好的起步?！毙鞜钊缡钦f(shuō)，“10年以后SKA就可以開始正式工作了，這樣的一個(gè)黃金時(shí)間，中國(guó)必須抓住，因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中可以訓(xùn)練人才隊(duì)伍，這對(duì)年輕的科研隊(duì)伍非常重要，勢(shì)必會(huì)影響一兩代人?！?/p>

2021年11月3日，2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在北京人民大會(huì)堂隆重舉行，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)青海觀測(cè)站的徐燁團(tuán)隊(duì)獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。這個(gè)獎(jiǎng)是對(duì)徐燁和團(tuán)隊(duì)探索銀河20余年，開創(chuàng)了三角視差測(cè)量的新紀(jì)元，誕生了廣獲認(rèn)可的新的銀河系旋臂圖，顛覆人類對(duì)銀河系傳統(tǒng)認(rèn)知的最佳證明。

星空無(wú)止境，徐燁的探索星空之旅還在繼續(xù)，也許在將來(lái)的某一天，他可以把銀河的具體形態(tài)完整地描摹出來(lái)。徐燁自己也在翹首以待。