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蔡峥:我们的征程是星辰大海

蔡峥:我们的征程是星辰大海
2023-09-19 13:24:23 来源:中国网

为什么有宇宙?为什么有人?他一直对宇宙本源、人类本源特别感兴趣。他总想找到答案。因为喜欢寻找事物的源头,从上学时就一直喜欢思考。他带领团队继续走在造望远镜、探索星空的路上。他就是蔡峥,清华大学天文系副教授,曾留学美国。2016年获得哈勃冠名博士后学者。2019年清华大学天文系成立后回国加盟,从事教学科研工作。蔡峥研究领域为早期星系宇宙学。2019年,清华大学正式成立天文系,在国外从教的蔡峥决定回国主持推进宽视场巡天望远镜(简称“MUST”)项目的建设工作。2022年,蔡峥荣获2021年度清华大学“学术新人奖”,2023年荣获清华大学“良师益友”。

在好奇心指引下,不断探索

上高中时,蔡峥喜欢看天文纪录片。到了大学三年级细分专业时,他果断选择了天体物理。对蔡峥来说,天体物理是一个永远需要交流、合作的学科,它不只是对好奇心的满足,也关系着全人类的未来,因此天文学科必须国际化。在国外求学、研究的那些年,蔡峥始终和国内保持密切联系,了解国内科研进展。回国后,他和欧美国家的学者仍旧保持着一周至少开四次连线会议的合作交流频率。在MUST团队里,他和团队成员更是保持每天沟通,各抒己见,不惮于争论。

“我们身处同一片星空之下,生活在同一个地球上。地球吸收太阳的能量是地球所得能量中唯一的净输入,剩下的能量都来源于内部循环,不增不减。但宇宙里其实还有很多能量。”蔡峥相信,天文学能够帮助人类寻找未来。

对蔡峥来说,天文学涉及的问题,实际上是所有人都会关心的问题。当我们对“我从哪里来”“世界从哪里来”产生好奇时,我们就已经开始探究天文了。人类之所以脱颖而出,就是因为“仰望星空”的探索和勇气。

蔡峥出生于上世纪80年代,当时中国的天文学研究还很落后。创建北京大学天文学系的陈建生院士曾说,他那个年代的科研人员连办公室都没有,40个人只能一起挤在天文台一间只有30平方米的屋子里办公。望远镜只有两台,一台是从德国进口的施密特望远镜,另一台是折射式的双筒望远镜,再配上一台编写一个程序就要3周、体积十分庞大的计算机。

本世纪初,蔡峥出国读博时,国内天文学开始有了起色,但基础依然很薄弱。“那时,我国最大的望远镜是云南天文台一台2米的望远镜,在美国类似的望远镜有10多台,且选址更为合理,更别说其他口径更大的望远镜。美国做出的数据,我们都没见过。”蔡峥说。

从智利到美国亚利桑那州再到中国青海,蔡峥去过世界所有顶尖的天文观测点,最钟爱的是夏威夷岛莫纳克亚山顶上的凯克望远镜。那片星空非常漂亮,蔡峥用肉眼就可以欣赏到。“真的是满天星,像灯泡一样亮,还都是彩色的,特别震撼。”

天文学是一门极度依赖设备的学科,望远镜的水平很大程度上决定了科研水平。

这几年,我国天文人才的水平一直在提升,这也促使天文观测设备需要实现更大的发展。“客观上看,我们的很多观测都是依靠国外的望远镜,但国外望远镜并不会轻易将观测时间分给研究者,会优先考虑最初的投资方。”蔡峥很明白,我国天文学的发展依然受制于设备,在他看来,设备问题或许比芯片困局还要严重。而天文学中产生的CCD、WIFI等技术,又是能够极大应用于生活的“顶天立地”科学,所以更需要加大研发力度。

无论凯克望远镜多么令人震撼,但始终不是自己的。目前清华大学天文系建造的MUST望远镜,台址定在青海冷湖,观测条件最好时可以达到凯克望远镜的效果,蔡峥很希望对天文感兴趣的人都能去那里亲眼观测、亲身感受。

在MUST望远镜建造前,我国已经建成南仁东团队设计的“中国天眼”(FAST)。FAST的诞生花了22年,而MUST的预期花费时间缩到了7年—8年。“耗时的差距,是因为FAST很长一段时间都缺少修建经费,而MUST获得了更多经济支持。”蔡峥介绍,“两个望远镜其实在波段上互补,前者观测射电信号,后者观测可见光和红外信号,但两者都是中国乃至世界领域内的顶尖水平。”

尽管如此,MUST的推进也并不是一帆风顺。在一开始,望远镜建设没有得到强有力的支持,决策层对其重要性并未达成一致。加上建设的风险高,国内外反对的声音大过支持的声音。虽然汇集了民间社会力量,也只筹到了十分之一的经费。当时,加工方已经开始制造主镜,资金链却面临随时断掉的风险。加工方的压力和项目可能失败的压力像一堵墙立在蔡峥面前,等着他去撞破。

报效祖国,成就人生

“总的来说,MUST是国际公认的中型望远镜里唯一一个没有完成的拼图。所以,MUST望远镜一定要造出来,这是中国真正实现并跑,甚至是领跑的绝佳机会。”蔡峥说。

接触到蔡峥的人,都会感受到他强烈的家国情怀、他想为中国天文学做的事情以及在科研之外的社会责任感。在国内时,每逢假期,蔡峥就去图书馆借诺贝尔奖得主的书,300多页的英文原著,从第一页开始挨个跟着书中内容去推公式,假期结束时,一本书的公式都被他推完了。在美国,他第一个到办公室,最后一个走。为了调试程序,他直接睡在办公室的地上。有一次碰到一个科研问题,他发邮件给加州理工大学的一位教授,对方约他第二天早上面谈。当时已经很晚了,火车、飞机都买不到票了,他就租辆车开了一晚上赶到那里。第二天,因为对方一直有事,他因为没有加州理工的饭卡,又在走廊里不吃不喝从早上8点等到下午4点。

回到国内后,他也睡过办公室,为的是睁眼就能开始干活儿,需要洗澡就去学生宿舍解决。

对于求学、科研、生活中的不顺,他总是轻描淡写地一句话带过。在他眼里,那些坎坷好像只是秋冬到了,叶子会从树上落下般的自然和平常。

“我不怕吃苦。我们全系80多个博士,每年只有一个优秀研究奖,只有我拿到了。”虽然不怕辛苦,但现实研究与理论间的落差却让蔡峥倍感难受。他的微博个性签名是:苦难就是福祉,烦恼即是菩提。

一方面,他在习惯这种落差感,“烦恼之所以是菩提,是因为能让你发现问题。苦难是福祉,是说你要经历了挫折,才能谦卑地去对待人和事。”另一方面,他竭尽全力推动MUST的进展,那里承载着他的科研愿望。“如果做好了MUST,我们积累的海量数据可能会产生一个质的飞跃。人一辈子能做一项一流工作,就很好了。”

功夫不负有心人。近期,MUST取得突破性进展,其光学系统的概念设计已完成。该望远镜光学口径为6.5米,结合五片超大口径透镜组成的改正镜组,将实现具备世界领先的巡天效率和高质量光谱信息探测。

最新发布的光学系统概念设计显示,宽视场巡天望远镜主镜采用6.5米直径的蜂窝状轻质单镜,副镜采用2.4米直径的凸双曲面镜,与凹双曲面主镜组合,构成基本的望远镜光学系统。与主镜和副镜一起,五透镜的宽视场校正镜组设计可以通过补偿大气色散和波前像差来提高图像质量。天体发出的0.36微米到1.10微米波段的光线通过光学系统后被焦面多达20000根光纤同步接收,传输至后端中高分辨光谱仪获取丰富的光谱信息。通过该光学系统,可以实现优越的成像质量。

宽视场巡天望远镜获取光谱的能力是国际上目前同类设备的10倍以上,正处于目前国际天文望远镜参数空间的重大空白。该望远镜将有望在暗能量和暗物质本质、引力波、宇宙学、系外行星和星系形成等前沿科学方向上取得重大基础性、原创性突破。

成为什么样的人?这个问题很多人都思考过。

蔡峥的答案是:在老的时候回看自己这一生,还是觉得自己干了几件有意义的事,哪怕只干了一件,但能让自己、能让后代、能让周围的人骄傲。什么是爱国?就是让老百姓也能享受到星辰大海的无阴雨广袤、让我国走入已知与未知边缘。


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