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一生何所換?中國高能天體物理學家的光榮和夢想
2017-06-20 11:56:36 來源: 新華社
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  新華社北京6月19日電(記者屈婷、全曉書、喻菲)這是中國空間科學的“光榮時刻”:硬X射線調製望遠鏡(HXMT)被穩穩放置在太空,將展開對銀河系的巡天掃描,去探究最前沿、熱門的宇宙之謎:黑洞、脈衝星、伽馬暴……

  這也是一群高能天體物理學家夢想成真的時刻:作為中國空間科學先導專項中最貴、最重、科學儀器最多的衛星,HXMT將改變空間高能天文研究長期依賴國外衛星觀測數據的狀況。

  《科學》雜誌的記者曾在採訪中問HXMT首席科學家張雙南當年為什麼選擇回國,他回答説:“在國外的教科書上看不到中國科學家的貢獻,這讓我很難受,我要改變這種狀況。”

  這句話幾乎是三代中國天體物理學家在近百年時光裏的“標準回答”。正是他們用智慧、青春乃至生命培育的“沃土”,讓這顆負笈西學求來的“科學種子”不斷發芽、生長:根莖追逐着物質世界最微小的粒子,枝幹指向以光年計算的宇宙大尺度觀測。

  星辰大海路迢迢,參天大樹待長成。

  “我們有何澤慧!”

何澤慧

  HXMT衛星被命名為“慧眼”,除了寓意着中國在太空“獨具慧眼”以外,同時也為了紀念中國已故核物理學家何澤慧院士。

  在HXMT立項面臨困難的情況下,2009年5月和8月,正是何澤慧兩次致信國家領導人,請求關心HXMT項目,“使我國抓住利用方法的原始創新,在一個新的領域取得突破的機會。”

  原來,上世紀七八十年代發射的X射線太空望遠鏡普遍採用一種昂貴、複雜的編碼成像方法。這種方法不僅耗資巨大,而且需要製造出工業上接近光滑極限的鏡面,這是當時的中國做不到的。

  在這種情況下,年輕的物理學家李惕碚和吳枚在90年代初提出一種名為“直接解調”的成像方法,利用簡單的準直探測器掃描數據就能進行高分辨率成像,並基於此提出了HXMT的構想。

  但是,這種新方法在提出之初因為“太過神奇”,甚至被懷疑是“弄虛作假”。經過十年左右的理論、實驗和數據分析工作,“直接解調”方法才被國內外學者逐漸接受。

  但何澤慧幾乎是第一時間就給予了全力支持,這件事讓78歲的中國科學院院士、清華大學天體物理中心主任李惕碚感懷至今。他説,支持一個全新的研究領域,對何澤慧這樣成就斐然的科學家是要冒“丟臉”的風險的。

  何澤慧是一位物理學界的“奇女子”,也是中國科學院第一位女院士。她和“兩彈一星”元勳錢三強是中國近現代科學界享譽世界的伉儷。

  1973年,中國科學院高能物理研究所成立後,何澤慧擔任副所長。1978年,所裏一些年輕人提出想開展空間天文觀測。何澤慧一聽就興致盎然,認為這是一個全新的科學“生長點”。

  上世紀80年代,這批年輕物理學家用高空氣球,搭載空間硬X射線探測器去開展觀測。何澤慧的學生馬宇蒨和姜魯華記得,每次發放氣球時,多在七、八月,天氣非常炎熱,但何澤慧每場必到,短則幾小時,長則半天,以示支持。

  她最為看重學術思想的創新。李惕碚回憶:“當‘直接解調’成像方法取得初步成果的時候,何澤慧和錢三強先生就來到實驗室了解相關情況,給我們以熱情的鼓勵。”

  年少時,何澤慧立志“靜默地想辦法救國”;在聲名鵲起時,她毅然回到百廢待興的新中國;到了她為人師長時,在每一個科學探索的“關鍵時刻”,李惕碚説:“我們有何澤慧!”

  “第一顆衛星,我們要盡量自己做”

  從1993年提出HXMT衛星的設想,到2011年正式立項,18年過去了。“基於掃描觀測和‘直接解調’成像方法的大天區、高靈敏成像技術優勢依然存在!”李惕碚用一切機會和渠道,四處解釋和呼籲。

  他的學生、HXMT衛星有效載荷總設計師盧方軍看到“老師那麼大年紀還在為這件事操心”,也中斷在美國的博士後研究,選擇正式加入HXMT項目。

盧方軍

  同樣,當李惕碚提出希望張雙南能幫助他研製這顆衛星時,已經在NASA工作並成為“學術新星”的張雙南欣然歸國。

  作為一顆複雜的空間科學衛星,HXMT研製的每一步都曆盡艱險:探測器頻頻被污染、電子學系統工作失常……引發這些問題的原因往往纖毫如發,排查和解決要花去數月甚至半年以上的時間。

  這其中,很多都是自主研製帶來的問題。作為國産化的積極提倡者,盧方軍坦言,自主研製不是一條捷徑,特別是在國家工業水平還比較粗放的條件下“白手起家”,會遭遇很多意想不到的困難;但是從學科發展和實驗室建設的角度來説,卻是非常有價值的。

  比如,在衛星準備裝機上天的“正樣”階段,就發生過一次重大“險情”:衛星上的高壓模塊在嚴酷的空間環境篩選試驗中,可能因為反復的熱脹冷縮導致焊點“疲勞”開裂,造成功能受損。怎麼修?連生産模塊的意大利廠家也不知道。

  眼看一個細節就要導致長時間的延遲,不理解的聲音也隨之而來。“當時非常着急!”盧方軍回憶説,但HXMT衛星有效載荷副總設計師徐玉朋“特別冷靜”,找了各種各樣的資料進行研究,最後嘗試把高壓模塊上的一些“硬連接”變成“軟連接”,終於解決了這個問題。

  “第一顆衛星,我們要盡量自己做,先把套路熟悉了,以後的衛星再去考慮國際合作。否則,一上來就合作,別人説什麼是什麼,我們都無從判斷。”盧方軍説。

  “這顆衛星,是一生中值得回望的山峰”

  從起草項目建議書到組織任務實施,盧方軍“日夜都在琢磨,往往整夜睡不着覺”。結果,連續的疲勞和“排山倒海般的壓力”使他兩次患上了蕁麻疹,一到天熱就犯病,必須吃藥才能控制。壓力最大時,盧方軍“一個人背着相機背着水,在山裏轉悠”,以攝影來紓解身心。

  在他的辦公室裏,大約400年前一顆恒星爆發後留下的遺跡被打印成兩張色彩絢麗的圖片,靜靜地貼在桌子上方,仿佛時刻提醒着主人不要忘記那開在宇宙深處的花朵。

HXMT衛星的中能望遠鏡團隊自主研製的硅—PIN探測器性能達到國際先進水平。

  在接手HXMT項目之前,盧方軍一直在做超新星遺跡的研究工作。中斷在美國的博士後研究回來時,一些科學家同行奉勸他不要做硬體,告誡他研製儀器周期太長,會耽誤科學産出。

  事實上,在為HXMT忙碌的日子裏,盧方軍的確無暇顧及原來的研究課題,只是零零星星地發表了幾篇論文。

  HXMT上天后要發揮作用,還有賴於一項重要的“標定”工作。什麼是“標定”?中低能X射線標定裝置主任設計師陳玉鵬打了一個比方,就好比給探測器的各項性能提供一把“標尺”,這樣全球科學家就能根據它來“修正”觀測數據,提高觀測精度。

  由於X射線的光斑很小,只能把探測器一點一點地對準光斑,每次標一個像素點。每個像素點,要測30個能量值。對於HXMT這麼寬廣的波段範圍,工作量之大可想而知!儘管已經做了簡化,這項繁瑣而精細的基礎工作,陳玉鵬和團隊一做就是3年。

  “從個人來講,或許是有點吃虧。”盧方軍説,但發表文章帶來的個人成就感是無法和這顆衛星的成功相提並論的,因為後者凝聚了幾代科學家的努力和一個團隊持續十幾年的奮鬥,對中國高能天體物理的發展有着重大意義。

  “這一輩子,當你回首往事的時候,看得見的是山峰,而不是平地。HXMT,肯定是我人生中的一座山峰,而且是迄今為止最高的山峰。”盧方軍説。  

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【糾錯】 責任編輯: 張芳玲
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