執(zhí)守寂寞 靜待花開

——記中國科學(xué)院新疆天文臺副臺長加爾肯•葉生別克

 2015-05-13

世界上有兩件東西能夠深深地震撼人們的心靈，一件是我們心中崇高的道德準(zhǔn)則，另一件是我們頭頂上燦爛的星空。

——康德

天文學(xué)是一門古老而充滿生機的科學(xué)。

說它古老，是因為天文學(xué)在中國有著悠久、輝煌的歷史。中國古代很早就有專門觀測天象的天文臺，最早的天文臺建于夏代；元代曾經(jīng)在北京建立的司天臺，是當(dāng)時世界上最大的天文臺。我們有著令人羨慕的兩千年不間斷的天文記錄，有著精確的歷法理論�！妒酚�•秦始皇本紀(jì)》記載：“秦始皇七年，彗星先出東方，見北方，五月見西方……彗星復(fù)見西方十六日。”這是各國學(xué)者公認(rèn)的世界上最早的哈雷彗星記錄。

即使在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的當(dāng)今，天文學(xué)仍然是推動科技理論發(fā)展的兩大原動力之一（另一個是粒子物理學(xué)）。近年來，世界各國投入巨資建造越來越大、越來越先進的望遠鏡。比如，上海天文臺建設(shè)的65米天馬射電望遠鏡，國家天文臺正在建設(shè)的500米口徑FAST射電望遠鏡，美日歐等國家和地區(qū)合作建設(shè)的亞毫米波望遠鏡陣ALMA，以及HERSCHEL、PLANCK空間望遠鏡等等。數(shù)以萬計的天文學(xué)家正在使用這些望遠鏡孜孜不倦地探索著宇宙的奧秘。

天文學(xué)與其他自然科學(xué)不同之處在于，天文學(xué)的主要實驗方法是觀測，通過觀測來收集天體的各種信息。因而需要建設(shè)不同波段的望遠鏡，以及使用望遠鏡開展觀測研究的天文臺。天文臺的臺址選擇非常重要，其周圍的環(huán)境往往直接影響著觀測效果。不同波段的望遠鏡對環(huán)境要求有所不同，比如，光學(xué)望遠鏡要求大氣寧靜度高，光污染少。射電望遠鏡要求沒有無線電干擾等等。因此望遠鏡大多建在人煙稀少的高海拔地區(qū)，這也注定天文觀測本身將是一份寂寞的事業(yè)。

對于中科院新疆天文臺南山觀測基地的科研人員來說，為了自己心愛的事業(yè)，他們選擇了在寂寞中努力奮斗，執(zhí)著前行。

南山觀測基地距烏魯木齊市近100公里的甘溝鄉(xiāng), 坐落在一塊海拔2080米的高地上。10月初的天氣，秋意正濃，這里卻已是銀裝素裹，25米射電望遠鏡遙望天穹。這臺望遠鏡是我國最早建成厘米波分子譜線觀測系統(tǒng)的望遠鏡，該系統(tǒng)由我國第一位哈薩克族天文學(xué)博士加爾肯•葉生別克研究員負(fù)責(zé)建成的。 

不怕困難挑重?fù)?dān) 

南山觀測基地25米射電望遠鏡建立于1994年，最初僅是服務(wù)于國際天文聯(lián)測。為了充分發(fā)揮望遠鏡的潛力，開展單天線觀測研究，剛剛參加工作不久的加爾肯•葉生別克受命建立分子譜線觀測系統(tǒng)，當(dāng)時，整個團隊只有他自己一個人，是名副其實的“光桿司令”。采訪中，他回憶起當(dāng)年的艱難，仿佛歷歷在目：“當(dāng)時的條件非常困難，沒有設(shè)備，也沒有任何經(jīng)費支持建立分子譜線觀測系統(tǒng)。分子天體物理與分子譜線觀測對我們來說是全新的領(lǐng)域，我們只能靠自己的力量，邊學(xué)邊干，螞蟻啃骨頭一樣摸索、實踐。”

在南京大學(xué)天文系鄭興武老師的幫助下，加爾肯•葉生別克從紫金山天文臺借來聲表面波頻譜儀，從云南天文臺借來頻率發(fā)生器，并定做了頻率轉(zhuǎn)換器。在此基礎(chǔ)上，建成了初步的分子譜線觀測系統(tǒng)。與此同時，他自學(xué)了C語言，自己編寫觀測軟件，出色完成調(diào)試譜線系統(tǒng)和定標(biāo)等大量工作，成功觀測到水脈澤譜線。之后，他根據(jù)實踐經(jīng)驗不斷完善譜線觀測系統(tǒng)，終于在1997年建立起終端為40MHz帶寬、1024通道的分子譜線觀測系統(tǒng)，使南山基地成為國內(nèi)最早的厘米波段分子譜線觀測基地。

2004年，加爾肯•葉生別克帶領(lǐng)團組將分子譜線觀測系統(tǒng)終端升級為80MHz帶寬、4096通道的單路數(shù)字自相關(guān)頻譜儀。使用該系統(tǒng)成功地觀測到6cm波段的氫復(fù)合線和甲醛吸收線。2010年，這套分子譜線觀測系統(tǒng)的終端進一步升級為1GHz帶寬、8192通道的雙路DFB系統(tǒng)。DFB系統(tǒng)是世界上最好的數(shù)字自相關(guān)頻譜儀之一。

在不斷完善分子譜線觀測系統(tǒng)的同時，加爾肯•葉生別克積極開拓分子天體物理研究這個陌生領(lǐng)域。經(jīng)過多年的奮斗，當(dāng)年孤軍作戰(zhàn)的他逐漸組織起了一支精兵強將——恒星形成與演化團組。加爾肯•葉生別克根據(jù)南山25米望遠鏡分子譜線觀測系統(tǒng)的特點，精心確定了合適的研究課題，依靠該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)做出了一系列具有國際顯示度的成果。主要包括：通過甲醛和氫復(fù)合線大尺度成圖觀測首次研究了一批大質(zhì)量恒星形成區(qū)中甲醛分子云的物理性質(zhì)以及甲醛與一氧化碳的關(guān)系等。探測到150多個新甲醛譜線源，測定了一批UCHII區(qū)的運動學(xué)距離，研究了甲醛與氨分子、甲醇脈澤的關(guān)系。

為了實現(xiàn)北半球銀河系氨分子譜線巡天觀測，一臺高靈敏度1.3cm波段接收機必不可少。2007年開始，在中科院裝備處和自然科學(xué)基金天文聯(lián)合基金重點項目的支持下，加爾肯•葉生別克與天文臺的工程師一起研制成功1.3cm波段高靈敏度雙極化制冷接收機和相關(guān)的軟硬件設(shè)備，接收機的各項指標(biāo)達到國際先進水平。2014年年初，新接收機成功用于氨分子巡天觀測和水脈澤巡測。

至此，加爾肯•葉生別克花費無數(shù)心血建設(shè)的南山基地25米射電望遠鏡分子譜線觀測系統(tǒng)發(fā)展到了一個新高度。該系統(tǒng)配備了國際先進水平的頻譜儀（DFB）和1.3cm雙極化制冷接收機，實現(xiàn)了On The Fly觀測模式，觀測能力大幅提升。它可以在1.3cm、6cm和18cm波段觀測NH3、H2O、CH3OH、H2CO、H110α、OH等分子譜線。而且，南山基地的氣象條件非常好，每年的晴天數(shù)超過200天。這使得南山25米射電望遠鏡成為世界上同等口徑望遠鏡中，可以從事厘米波分子譜線觀測研究的最好望遠鏡之一。

“哈薩克族，從小學(xué)到高中讀哈薩克語學(xué)校，初中開始學(xué)漢語，上大學(xué)時使用維語，自學(xué)俄語，20世紀(jì)90年代末自學(xué)英語。”這名當(dāng)年從新疆阿勒泰走出的哈薩克少年，如今已是新疆天文臺副臺長。二十幾年寒暑交替，大約已無人再探究這時光流轉(zhuǎn)背后的艱辛。然而，當(dāng)我看到加爾肯•葉生別克字?jǐn)?shù)寥寥的個人簡介，卻無法不去想象需要多少付出、忍受多少寂寞才可以積淀出今日的成功。 

滿懷雄心攀高峰 

銀河系星際介質(zhì)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)是當(dāng)代天體物理中最具有挑戰(zhàn)意義的研究課題之一，對研究大尺度恒星形成規(guī)律、解釋星系形成和演化有著非常重要的意義。加爾肯•葉生別克根據(jù)南山基地25米射電望遠鏡分子譜線觀測系統(tǒng)的特點，在深入理解本研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的情況下，將北半球銀道面氨分子巡天觀測研究作為主攻課題。

高密度度氣體構(gòu)成的分子云是恒星形成的場所，高密度氣體的分布則是銀河系形態(tài)和結(jié)構(gòu)的直接體現(xiàn)。銀河系高密度氣體的分布與物理性質(zhì)等信息對于真正解決大尺度的恒星形成規(guī)律乃至星系的形成和演化等天體物理根本問題是必不可少的。氨分子是銀河系最豐富的多原子分子之一，而且激發(fā)密度高，是探測銀河系高密氣體成分的理想探針。由于每條譜線都有精細(xì)結(jié)構(gòu)，研究者可通過氨分子觀測方便地計算分子云核的溫度和密度，同時得到分子云核的動力學(xué)性質(zhì)。

北天銀道面高密度氣體的大尺度分布和物理性質(zhì)至今仍然沒有系統(tǒng)的觀測研究。加爾肯•葉生別克敏銳地認(rèn)識到這是恒星形成與演化團組難得的歷史機遇。抓住這個機會，團組將承擔(dān)起探測北天銀道面高密氣體的分布與物理性質(zhì)的重任，并由此開展巨分子云的大尺度結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)、北天銀道面大尺度恒星形成規(guī)律、銀河系結(jié)構(gòu)等前沿天體物理課題的研究，為解決這些天體物理根本問題作出我們的貢獻，同時為天文學(xué)研究貢獻寶貴的數(shù)據(jù)資源。加爾肯•葉生別克也清醒得認(rèn)識到，真正把這個想法落到實處，還有很多工作要做。

“工欲善其事，必先利其器”，加爾肯•葉生別克深知這個道理。他首先積極推進氨分子巡天觀測所須硬件和軟件的研制，主要是高靈敏的1.3cm接收機和On The Fly觀測模式的軟件。一方面進行觀測研究的理論準(zhǔn)備。

2007年開始，依托加爾肯•葉生別克主持的國家自然科學(xué)基金天文聯(lián)合重點項目“1.3cm接收系統(tǒng)研制和銀河系氨分子譜線巡天觀測”。加爾肯•葉生別克與新疆天文臺的工程師一起研制完成了高靈敏度、高穩(wěn)定性雙極化制冷1.3cm波段接收系統(tǒng)，接收機噪聲溫為低于18K，穩(wěn)定度～0.05%。系統(tǒng)溫度在天氣晴的情況下為36K（天頂），天線效率38%。達到了同類望遠鏡的國際先進水平。在這個為期5年的項目中，加爾肯•葉生別克和團組成員進行了大量繁瑣細(xì)致而又必不可少的工作。通過此項目，25米望遠鏡的分子譜線觀測系統(tǒng)的觀測波段擴展到1.3cm波段，為氨分子譜線巡天觀測奠定了堅實基礎(chǔ)。

2013年年底，加爾肯•葉生別克指導(dǎo)吳剛博士開發(fā)了分子譜線系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)據(jù)采集（OTF）觀測軟件。OTF觀測模式是在天線勻速運動過程中快速記錄譜線數(shù)據(jù)，從而完成天區(qū)成圖的一種觀測模式。其最大特點是節(jié)省觀測時間，提高觀測效率。OTF觀測模式的建成使得25米射電望遠鏡的分子譜線系統(tǒng)有了更強大的觀測能力，非常有利于氨分子譜線大尺度成圖和巡天研究工作。在軟件開發(fā)過程中，加爾肯•葉生別克對OTF概念的深刻理解，對開發(fā)技術(shù)路線的準(zhǔn)確把握給吳剛博士留下了深刻印象。加爾肯•葉生別克還帶領(lǐng)團組更新了分子譜線系統(tǒng)的頻譜儀，完成了觀測和數(shù)據(jù)處理軟件的編寫與調(diào)試。至此，南山25米望遠鏡終于完成了氨分子巡天的準(zhǔn)備工作。經(jīng)過多年辛勤耕耘，加爾肯•葉生別克和他的團隊終于迎來了收獲的時刻，心中滿是喜悅和激動。

2014年年初，加爾肯•葉生別克帶領(lǐng)團隊正式開始氨分子巡天觀測，完成了8平方度天區(qū)的巡天觀測，在許多13CO核心區(qū)域觀測到氨分子譜線。談起這些初步研究成果和未來的發(fā)展，加爾肯•葉生別克如數(shù)家珍，言語中透露出無比的信心和期待。“這說明我們的預(yù)期目標(biāo)是準(zhǔn)確的，南山25米望遠鏡分子譜線系統(tǒng)有能力開展氨分子巡天觀測。我們將首次給出北天銀道面氨分子示蹤的致密氣體的大尺度結(jié)構(gòu)，其密度將比CO分子云高約兩個量級，屬于銀河系大尺度結(jié)構(gòu)更為核心的骨架部分。與CO線巡天和紅外巡天結(jié)果比較研究,可以使人類了解彌漫分子云到分子云核,分子云核到原恒星演化的大尺度規(guī)律。同時，項目將首次給出北天銀道面致密氣體的大尺度溫度分布、密度分布以及運動學(xué)信息，并首次獲得北天銀道面巨分子云中致密氣體的大尺度結(jié)構(gòu)與物理質(zhì)”。

加爾肯•葉生別克的信心源于過去數(shù)年里艱苦細(xì)致的準(zhǔn)備工作，從項目的整體籌劃到硬件、軟件的研制開發(fā)到科學(xué)意義的充分調(diào)研和研究思路的確定，他無不親力親為，引導(dǎo)和帶領(lǐng)團隊一起奮斗。2014年，加爾肯•葉生別克主持的“北半球銀道面氨分子巡天觀測研究”獲得國家自然科學(xué)基金重點項目支持，這已經(jīng)是他主持的關(guān)于氨分子巡天觀測的第二個重點項目。他說：“這是對我們前期工作的肯定，也是對項目科學(xué)意義的肯定。目前，只有澳大利亞MOPRA 22m望遠鏡完成了南半球銀道面的氨分子巡天。而在北半球銀道面還沒有一個高密度分子氣體的巡天。因此，這也將是國際上首次對北半球銀道面進行無偏氨分子譜線巡天”。

 為人師表育人才 

一花獨放不是春，百花齊放春滿園。加爾肯•葉生別克研究員不僅癡迷于射電天文觀測研究，還把這種精神傳遞給團組的每一個人，激發(fā)起他們從事天文研究的信心和熱情。他悉心指導(dǎo)年輕人的科研工作，引導(dǎo)他們確定研究方向，督促他們申請基金項目，為他們繼續(xù)深造創(chuàng)造機會。新疆天文臺恒星形成與演化團組成員包括周建軍研究員、吳剛和紀(jì)偉光助理研究員、湯新弟博士等。在他的帶領(lǐng)下，團組學(xué)術(shù)氣氛濃厚，大家齊心協(xié)力搞研究�，F(xiàn)在的研究課題包括：使用南山基地25米射電望遠鏡分子譜線觀測系統(tǒng)進行甲醛與氫復(fù)合線巡天和水脈澤的搜尋觀測、觸發(fā)恒星形成、紅外暗云、分子云的磁場與湍動、天體化學(xué)、恒星形成理論模擬等。團組成員已完成國家自然科學(xué)基金天文聯(lián)合基金重點項目、國家自然科學(xué)基金面上項目和青年基金項目、中科院西部之光項目等多項國家級及省部級課題，正在執(zhí)行國家自然科學(xué)基金重點項目、國家自然科學(xué)基金面上項目和青年基金項目、中科院西部之光重點項目等5項課題并參加兩個“973”項目，現(xiàn)已發(fā)表SCI論文50多篇。

加爾肯•葉生別克研究員非常重視人才培養(yǎng)，他是新疆天文臺最早的研究生導(dǎo)師之一。從培養(yǎng)第一個碩士研究生開始，他就給自己確定一個原則，為國家培養(yǎng)有用人才。他說“我的學(xué)生不能是書呆子。只會寫論文，別的都不會肯定不行。”加爾肯•葉生別克研究員獨特的育人理念使得他培養(yǎng)的研究生在工作崗位上有很強的適應(yīng)能力，很快就可以出成績。2014年，他通過聯(lián)合培養(yǎng)方式培養(yǎng)的一名尼日利亞博士研究生順利畢業(yè)，這也是新疆天文臺培養(yǎng)的第一位外籍博士生。目前，加爾肯•葉生別克研究員正在培養(yǎng)4名碩士生和5名博士生，其中包括1名來自馬來西亞的聯(lián)合培養(yǎng)博士生。

只爭朝夕探奧秘 

采訪加爾肯•葉生別克研究員的時候，你看不到一星半點驕傲自滿的情緒，有的只是沉甸甸的緊迫感和使命感。重點項目“北半球銀道面氨分子巡天觀測研究”將持續(xù)5年，觀測研究北天銀道面200平方度的天區(qū)。他說:“今年項目剛剛開始，還有一些領(lǐng)域的研究需要繼續(xù)深入。未來的觀測和研究任務(wù)非常重，肯定會遇到不少挑戰(zhàn)。我們必須抓緊時間，有些事情你不做，別人就做了。”是的，時不我待，只爭朝夕。這就是加爾肯•葉生別克研究員和他的團組的拼搏勁頭。談到未來，他露出了微笑，“我們有完善的分子譜線觀測系統(tǒng)，有一支充滿活力的年輕研究隊伍。我相信我們會實現(xiàn)預(yù)定的科研目標(biāo)，獲得一流的研究成果。”——這就是加爾肯•葉生別克研究員，一個永不停歇的宇宙奧秘探索者。

遠遠的街燈明了，

好像閃著無數(shù)的明星。

天上的明星現(xiàn)了，

好像點著無數(shù)的街燈。

我想那縹渺的空中，

定然有美麗的街市。

街市上陳列的一些物品，

定然是世上沒有的珍奇。

……

(《天上的街市》,郭沫若)

每當(dāng)夜幕降臨，南山觀測基地便陷入一片沉寂，遠處是連綿的山巒,沒有萬家燈火、花前月下，更不見推杯換盞觥籌交錯，甚至連手機信號都無處可覓。只能聽見黑暗中傳來的25米望遠鏡運轉(zhuǎn)的聲音，只能看到實驗室里控制臺前神情專注的科研人員。詩人筆下的宇宙充滿詩情畫意，卻不見研究人員日復(fù)一日年復(fù)一年的執(zhí)守寂寞，那美麗街市上的珍奇物品，是他們用青春換來的人類最寶貴的財富。

 來源：科學(xué)中國人 2015年第5期