探索宇宙奥秘奋斗一甲子  

当代夸父的“逐日”人生 

方成,天体物理学家。江苏江阴人。南京大学教授,中国科学院院士,第三世界科学院院士。曾任国际天文学联合会副主席、中国天文学会理事长,为我国太阳物理领域的发展作出了卓越贡献。2010年,国际编号为185538号小行星被命名为“方成星”。 

1958年,南京大学天文系决心建造中国第一座塔式太阳望远镜,项目被列入国家第二个五年计划。没有理论借鉴,没有技术资料,甚至没有经费,方成只能上下求索。其间,工程经历困难,被迫停工。 

直到1973年,南大天文系重启“太阳塔”研制。为了寻找塔址,方成带着研制组的同事,骑着单车把南京城兜了几遍,进行了许多测量工作,才找到了合适的建塔地址。 

建塔初期,工地上没电没水,更没有住房,有的只是众多的坟头。方成和同事就地搭了一个茅草棚,白天挑水上山,夜晚靠油灯照明,轮流值班。  

1980年,在孝陵卫的荒地里,高达21米的我国第一座太阳塔终于诞生了。1982年,太阳塔通过鉴定,被认为是“达到了国际上口径相近、非真空太阳望远镜的水平”。 

建成后,方成默默地守着太阳塔工作了22年,为我国太阳物理研究积累了宝贵资料,荣获国家教委科技进步奖一等奖、国家科技进步二等奖、国家自然科学三等奖等多种奖项。 

如今,方成院士仍在处理一些观测资料。为了调试安装在云南的南京大学新望远镜,方院士在2010-2015年间跑了昆明近20次。事无巨细,望远镜发展的点点滴滴都凝聚了他的心血。 

院士开讲  

宇宙哪些奥秘值得我们去探究?  

国家和社会要发展,人类要进步,必须依靠科学技术。科学技术进步了,才能够不断了解世界,今天我们就带大家看看宇宙中究竟有哪些奥秘?哪些需要我们去探索研究?  

1.宇宙经历了什么 

星系、恒星、星云……宇宙世界十分丰富。比如有像一朵玫瑰花的玫瑰星云,非常有趣。恒星会不断诞生,也会消失、死亡。那么宇宙是如何起源的?现在通常的一个解释,就是宇宙大爆炸——宇宙发生过一次很大规模的爆炸,产生了气体,慢慢地形成了我们的星系、太阳和地球。但是,我们现在没有办法去证明这个理论。 

爆炸以后,宇宙曾经经历过茫茫的黑暗。没有行星,没有恒星,只有一些很小的粒子,比方中微子、电子。经过了四亿多年的时间,宇宙中慢慢地才产生了第一个恒星。很多很多年后,宇宙才产生了第一个星系。大爆炸几十亿年后,才有了太阳系。太阳系已经有一百亿年的时间,也就是说大爆炸几十亿年之后才有了太阳系。  

恒星跟我们人一样,有生有死。比如说,太阳的寿命大概是一百亿年的时间,太阳从产生到现在大概有四十五亿年左右,相当于人类的中年。恒星怎么来的,从诞生到衰老是怎么一个过程呢,这是我们人类非常关心的一个问题。  

还有个非常有意思的地方,宇宙正在加速地膨胀。2011年,有三位物理学家,发现了宇宙加速膨胀的一些证据,因此获得了诺贝尔奖。 

宇宙为什么会加速膨胀呢?有人提出“暗能量”说。暗能量是什么?说不清楚,但宇宙的74%都是暗能量。有了暗能量以后,宇宙才能膨胀。 

提出暗物质的原因很简单。我们地球为什么绕太阳转,因为太阳有引力。如果没有引力,地球就飞掉了。星系也一样的,星系的周围有引力,所以很多星星绕着星系的中心旋转。但如果我们计算所有星系的引力,会惊讶地发现,所有星系引力的总和并不足以吸住这些外围的星星。那么一定有某种看不见的引力,即暗物质的引力。所以现在21世纪物理界两朵乌云,一朵是暗物质,另一朵就是暗能量。 

2.地球外会不会有生命 

地球以外到底有没有生命?生命是如何产生的,是不是一定要有水和氧气?  

科学家探测火星的地貌,地面上能看到很多“白帽子”。这很像我们地球南北极的冰盖。那么这个“白帽子”是不是水冰呢?不能确定,也可能是干冰。我们还能看到火星上面的云。这个云是什么,是不是水汽?现在还不清楚。我们看到很多流沙,像水流流过的一条一条 “河沟”。2018年,意大利的科学家通过雷达在火星南极附近大约1.5公里冰层下,探测到大量稳定的液态水体。所以火星很可能是有生命存在的。 

当然除了火星以外,我们还有木星。木星有好多卫星。比如说,伽利略卫星。伽利略1609年发明望远镜后,他观测发现了四个卫星,即木卫一、木卫二、木卫三、木卫四。2017年,美国国家航空航天局(NASA)就宣布了土卫二具备了生命所需的所有元素,包括水、海底热活动、氢气等。 

但是,目前我们还没有任何一方能最后证明太阳系除地球外的七大行星及卫星上有生命。我想经过大家的努力,在不久的将来,也许十年,也许二十年,人类就可以真正地发现太阳系里面的生命。  

未来我们国家的月球探测,还要探测月球的南极。月球白天温度高至三四百摄氏度,水会完全蒸发掉。所以月球表面不会有水,但是月球地底下,特别是南极,可能会有以冰形式存在的水。未来我国会发射卫星到月球南极去看看,挖个洞,如果发现有水的话,我们人类或许就可以在月球上居住,建空间站。  

此外,科学家们会将目光放到太阳系之外,集中力量寻找宜居星球。目前已经找到4000多个太阳系外的行星,但是其中只有几十个有点像地球,而像木星、土星的行星我们探测到很多。因为类似地球的行星太小,测量其公转很困难。我相信,随着技术的发展,我们会探测到越来越多的像地球一样的行星。 

离我们地球最近的恒星是半人马座的α星球,距离我们4.3个光年。光线要走4.3年才能到那里。这个距离远到人类去不了。我们搭上秒速16千米的最快火箭,也要飞8万多年才能抵达。未来我们能否发明光速的火箭?还需要我们不断地努力。 

3.太阳“暴脾气”咋回事 

太阳每隔11年,都会经历一个活跃的高峰期,古时候叫“金鸟”的太阳黑子,结构复杂,还会随着时间流逝从高纬度向低纬度移动,形成一个周期。黑子是怎么形成的?人们做了很多的研究,到现在也没有一个明确的说法。 

太阳耀斑每一次的爆发都相当于十万次的火山爆发,一百万次的氢弹爆炸。壮观、漂亮的耀斑爆发后,会发出大量的γ射线和其他辐射、高能粒子等,对地球影响很大。耀斑如何产生,怎么预报?这是非常重大的问题。 

宇宙空间的灾害天气还包括超级太阳风暴。比如1859年发生过的“卡林顿”事件,当时各国还没有建立起现代电网和卫星等,仅仅是烧坏了刚发明的电报机。如果该事件发生在依赖电力供应和高科技的现代社会,后果不堪设想。 

人类采取空间探测、地面探测等多种方法。人类的探索是无止境的,比如未来我们将登陆月球,最终建立科学站,科学家能在月球上工作,充分利用月球。我国还发射了“悟空”天文卫星,探测暗物质的一些迹象。“悟空”后我国还发射了“慧眼”,它将巡视宇宙中的X射线源,详细研究黑洞和脉冲星,并监测伽马射线暴,探索利用脉冲星为航天器导航等。 

地面上,我们也有很多好的计划。比方说,我国将建立一个口径12米的通用光学-红外天文望远镜 (LOT)。现在世界最大的望远镜是多少呢?10米左右。建好之后,我们有空间望远镜、有卫星、有地面大型望远镜,我们就可以看得更远,去探索宇宙里面的奥秘。 

4.在科学上没有平坦大道 

要解决宇宙里面的奥秘,必须要依靠科学。追求科学才是成功之母。  

居里夫人讲过,科学家的天职要我们继续奋斗,彻底揭露自然界的奥秘,掌握这些奥秘以便能在将来造福人类。马克思说,在科学上没有平坦的大道,只有不畏艰险沿着陡峭山路攀登的人,才有希望达到光辉的顶点。 

我们中国著名的数学家陈景润,他用几十年的时间证明哥德巴赫猜想,证明了“1+2”,稿纸用了几麻袋。到目前为止,全世界没有人超过他。他讲过,攀登科学高峰,就像登山运动员攀登珠穆朗玛峰一样,要克服无数艰难险阻。懦夫和懒汉是不可能享受到胜利的喜悦和幸福的。要探索宇宙的奥秘,就必须像这些历史上的科学家一样,做出艰苦的努力,这也是科学的魅力所在,如果很容易就做出成果,那也不算了不起。 

新闻纵深  

面对宇宙,我们都还很年轻  

天文学科与人类息息相关。8月5日,在南京大学一流学科专题夏令营上,方成院士的讲座深入浅出,来自全国的235名高中生听得聚精会神。 

“如果遇到毁灭地球的小行星我们怎么办?”“太阳会否出现失控的情况?”“太阳黑子和耀斑之间有什么关联?” 两个小时的演讲后,同学们意犹未尽地掀起了提问的热潮。面对宇宙,无论是年已八旬的方院士,还是不到20岁的孩子们,都有无穷的兴趣和追问。 

面对孩子们天马行空的问题,方院士也十分耐心,不仅给出答案,还用精确的数字和丰实的案例,勾勒科学问题的全貌。  

“刚刚您说,最近的恒星离我们太遥远了,人可能到不了,能否用机器人代替我们人类到达遥远的星球?”一个女生提问。方院士肯定了她的想法,“随着AI快速发展,我们很可能会将机器人送入太空。但是,最近的恒星离我们都有4.3个光年,以现在的火箭速度8万多年才能到。即便是机器人,也难保不会损坏,提高火箭速度可能更现实。”他笑道,“孙悟空一个跟头十万八千里,人类的火箭可否先达到一半的光速?”他还给大家介绍了最近的一个“光帆计划”,用光为飞船提供推力,技术成熟后,人类或可驭光而行,距离其他星系也就不远了。 

“我们喜欢有活跃思维的学生,死读书读死书是不行的。”方成告诉记者。天文学科优秀的后继人才,一直是方成关心的头等大事。除了日常的科研工作外,他经常到中小学做科普讲座。 

“天文学需要很强的数学、物理基础和天文观测能力。天文学不缺人才,缺的是拔尖人才。”方成感慨,64年前,包括方成在内的24个学生是以全校最高的平均录取分数考取南大天文系的,其中不乏各省市的“状元”。(本文根据方成院士8月5日在2019年优秀中学生南京大学一流学科专题夏令营上的演讲整理) 

来源:南京大学新闻网  

  

  

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