编者按:“要想深度认识宇宙,如果你不到南极,那就只能上天了。”科学家如是说。探索浩瀚太空、认知茫茫宇宙,是人类自古以来的梦想。“遂古之初,谁传道之?上下未形,何由考之?”早在2300多年前,中国伟大的诗人屈原就发出了著名的“天问”。
本世纪全球天文学极具挑战性的基本科学问题概括为“两暗一黑三起源”,即暗能量、暗物质、黑洞,以及宇宙起源、天体起源、生命起源。而南极,正是地面上探索这些问题最为理想的地点。
遥远的南极从来不是一个适合人类居住的地方,那里的温度可以降到零下80多摄氏度,漫长的黑夜可以持续约6个月时间。在南极进行天文观测,不仅比其他地点看得更远、更清楚,高分辨、大视场、宽波段兼具,还有望打开人类探索宇宙全新的“机会窗口”。
从上世纪90年代开始,全球不断升温的南极科考和天文观测,将人类认识宇宙的视角引入这块极寒之地。我国也适时提出了“上天入地到南极”的路线图。
这片蕴藏无数信息和科学之谜的神秘大陆,是否有可能成为推动人类认识宇宙又一次飞跃的跳板?当全新的观测通道打开,南极究竟会为我们揭示怎样瑰丽奇异的宇宙奥秘?中国如何抓住全球南极天文研究的黄金时期?
半月谈记者 杨绍功 蒋芳
如果把国际天文学领域的竞争比作一个牌局,眼下中国人无疑握着一手好牌。比如,南极冰穹A。它是地球上条件最优异的天文观测台址,没有之一。仅这一张王牌,就可以让中国天文学家有机会技惊四座、造福世界。
11年前,中国科考队员代表全人类首次登上这个南极内陆冰盖最高点。消息传来,震动了国际天文学界,中国天文学家更是欢呼雀跃,他们认为“属于中国天文学界的一个新时代”来临了。中科院院士崔向群等及时建议:应该把中国的大望远镜建到南极去!“上天入地到南极”由此成为新时期中国天文学研究的口号和目标。
天文学是一门观测科学,所有重大天文成果都隐藏在光谱之中,有所见才能有所得。把大望远镜建到南极,让中国天文学家能在地球上最佳的观测点仰望星空,相当于开了“天眼”,这无疑是千百年来前所未有的机遇。也难怪,搞了30多年天文学研究的老科学家们感慨疾呼:不要辜负了天文学研究的黄金时期!
黄金时期是对中国天文学研究复兴的憧憬。中国人自古以来追求“究天人之际”,哪怕是在只能用肉眼眺望的时代,中国人也一直孜孜不倦地仰望着星空。公元前13世纪甚至更早,中华民族的先人就建立了“天文观测台”,观测记录天象、推演制作历法。在宋代,中国天文学家就以算术方法计算行星运行位置,精度平均误差已小于2度,领先欧洲近300年。至今,中国仍保存着全世界历时最长、最完整的天象记录,已成为共享于全人类的宝贵财富。明代以后,随着西方天文观测研究方法的引入,中国进入了模仿、吸收、追赶西方的漫长阶段,黄金时期成为过去式。
独立、解放、富强,是20世纪中华民族发展的关键词。这100年间,中国的天文学研究体系也围绕这几个关键词重塑。民国时期,中国现代天文学研究起步,中国天文学会、紫金山天文台成立,中国成为国际天文学联合会成员国。新中国成立后,尤其是近30多年以来,中国天文学界通过国际互访、研讨、留学等方式,以开放的姿态重回国际天文学研究的大舞台。然而,由于人才教育和设施投入的长期断档,20世纪的天文学研究成果榜上,几乎没有中国人的身影。听外国人说,他们发现了河外星系、脉冲星,发现了黑洞的秘密,中国人却看不见,也无法验证。那时的中国科学家最渴望的,无疑是自己的国家能有一只“天眼”——大望远镜。
20世纪90年代,中国的天文科学家们心里都憋着一口气。当国家提出要搞光谱巡天望远镜时,像崔向群一样留学国外的科学家纷纷回国,他们抱着一种“苦战必胜”的信念。当时,中国最紧缺的除了人才就是资金。中国的大望远镜一次性投入就是几个亿。许多项目上马,年轻的天文学家们感到,肩上的担子前所未有的沉重。要让一个眺望了宇宙几千年的民族,从仰望星空中找回自信,不是一件容易的事情。而中国科学家追赶世界水平的使命感,让这个物质贫乏的研究领域生长着昂扬的精神力量。
即便进入了新世纪,中国的天文学研究依然很缺钱。紫金山天文台台长杨戟还记得15年前,日本有个很好的研究项目,邀请中国投8000万元参与项目的10%,但最终因为钱不够而遗憾错失。崔向群主持建造世界上光谱获取率最高的郭守敬望远镜(LAMOST),原本想用两块完整的镜片组成主体,但两块镜片需要2亿元,为了省钱只好选择了小块镜片拼接的超高难度方案。当时,建造天文学研究设施,中国科学家之间流传着的一句话叫“斗智不斗财”。宁可在技术上为难自己,不在投入上给国家增加负担。这样苛刻的自我要求反而提高了中国人的技术水平。2008年,小镜拼接的郭守敬望远镜在法国马赛的一个会议上展出,全场响了一次接一次的掌声。台上的中国科学家,犹如做了精彩表演的明星,一次次谢幕后仍被掌声邀请返场。
人才、资金、望远镜,当这些基本要素有效结合在一起,中国天文学界便呈现出新的气象——在中国天文学会成立90周年时,国际天文学联合会首次将三年一届的大会放在了北京召开。科学家们认为,中国天文学研究已经进入了成就最多、天文观测设备发展最快的时期。东到上海佘山,西到西藏阿里,天文望远镜覆盖了国境内多数适宜观测的地点。郭守敬望远镜2013年正式开始巡天,当年观测发布的光谱数量就超过了全世界历史以来的总和。而刚刚主体工程完工的贵州500米口径球面射电望远镜(FAST),至少领先国际二三十年。在暗物质、银河系磁场、宇宙天体位置测量等项目上的研究成果,则更让科学家们充满信心——在仰望星空的人群中,中国人又坐回了前排,研究最前沿的问题,锁定“两暗一黑三起源”,与世界各国一起空间探秘。
黄金时期真的来了,人们都相信中国的天文学研究面临巨大的机遇。然而,机遇往往与挑战并存,中国天文学研究的深入发展仍面临诸多掣肘。比如,绝佳观测点南极冰穹A,中国科学家一直想在上面建设“中国南极天文台”。然而,首倡至今,10多年过去,项目还未立项,因为有关部门在项目命名、经费和保障等问题上无法达成一致。因此,从科学家们口中说出的这句“不要辜负了这个黄金时期”,便包含了更多的含义:是自我鞭策,是无奈感慨,更是紧迫呼吁——打破条条框框,摈弃各种短期局部的利益考量,加大人财物乃至制度投入,才能让中国天文学研究热情拥抱这个黄金时期。