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上一版3 2017年6月4日 星期 放大 缩小 默认
“80后”北京大学天文学博导彭影杰——
绝不能错过大航天时代
经济日报·中国经济网记者 佘 颖

人物小传

彭影杰,男,1982年出生于四川省犍为县。2005年获北京师范大学天文系学士学位。2007年获瑞典吕勒奥理工大学和法国图卢兹第三大学双硕士学位。2007年加入瑞士联邦理工学习,2012年获博士学位;同年加入剑桥大学卡文迪许实验室,从事博士后研究。2015年入选国家“千人计划”青年人才项目,被北京大学科维理天文与天体物理研究所聘为青年千人教授、博士生导师。2016年被欧洲天文学会授予MERAC Prize(促进欧洲天体物理学及宇宙学奖),成为获此奖项的第一位中国科学家。

“你的望远镜呢?”

一进彭影杰的办公室,记者就下意识地寻找望远镜。

可惜,办公室里没有。取而代之的是两台超大屏幕的电脑,其中一台还是计算机专业人士才会使用的曲面大屏幕。

“现在的天文学家早就不是单纯靠望远镜观测啦,越来越多的需要靠计算机进行数据分析和模拟。从某种程度上来说,我们也非常像计算机的研究人员,总在不停建模、编程,分析图像、做大数据演算。”彭影杰生于1982年,长着一张娃娃脸,但已经是北京大学天文与天体物理研究所的博导,带了3个博士后、3个博士生。

第一个拿下欧洲天文学大奖的中国人

正是通过大数据分析和计算,彭影杰第一个发现了星系死亡原因的直接证据,并获得了欧洲天文学大奖。

“星系大致分为两种,大家经常见到的漩涡形状的是活的恒星形成星系,比如我们所处的银河系。”彭影杰手指飞快地搜索出一幅幅天象图,又从文件夹里调出自己制作的天文动图,展示给记者看,“而死星系大部分为椭圆星系,其恒星形成已基本停止,质量也不再增长”。

天文学界,关于星系死亡有两种推测,一种认为是维持星系形成恒星的燃料——氢气体被耗尽,无法得到补充,星系因为内部的燃料耗尽而窒息死亡。另一种认为是由星系中心的超大质量黑洞回馈产生了强烈的气体外流,星系内部的气体在短时间内被排空,星系随即死亡。但究竟哪一种机制导致了星系的死亡,一直没有找到明确的观测证据。

2000年,美国位于新墨西哥州阿帕契点的天文台利用其2.5米的口径光学望远镜,启动了一项对宇宙100多万个天体的长期巡天观测计划。彭影杰和他的团队选取了10多年的观测数据,希望从中研究出星系的死亡过程,并发现杀死星系的“凶手”。

“大家经常用‘天文数字’来形容多,科学家面对的天文数据真的多到无法想象。”彭影杰介绍,这就像要从海滩上的沙粒中,挑选合适的来完成一幅找到杀死星系的凶手的拼图,该选哪些沙粒、要选多少沙粒、拼图是什么样子、该怎么拼,完全是茫然的。

研究过程中,彭影杰试了各种方法,吃饭的时候想,睡觉的时候想,洗澡的时候想,有时候半夜想到一个东西也要爬起来记录,但一直没找到合适的突破点。

有一天,他突然想到可以用星系恒星“金属丰度”来分析。在天文学里,比氢和氦重的气体都称为金属,是一个可以被观测到的物理量。

他和团队从100多万个天体的观测图中,挑出了几十万个能显示星系恒星的金属丰度的观测图。经过复杂的比对计算,他发现,死亡星系的恒星金属丰度要显著高于活星系。

“如果人窒息死亡,血液里二氧化碳浓度就会显著高于正常人体。同理,死亡星系恒星的金属丰度升高,就意味着星系的外部气体供给被阻断,星系在耗尽了内部的剩余气体后,最终窒息而死。”彭影杰以此为基础撰写了论文,刊发在《自然》杂志(nature)上,并被封面推荐。

这是天文学家首次找到直接的观测证据,从而确认了导致星系死亡的主要原因。2016年,这篇论文帮他拿下了欧洲天文学奖,成为拿下天文学界至高荣誉的第一个中国人。

巡天数据对全世界的天文学家都是公开的,研究星系死亡课题的学者也有很多。为什么彭影杰成功了?

彭影杰解释说,“能想到从金属丰度这个点进行突破,来源于长期思考、不断试错,对天文学的最新理论知识和观测结果都要有深入的理解”。

为中国天文发展贡献自己的力量

那块欧洲天文学会奖的奖牌和发表论文的《自然》杂志被彭影杰收到了办公室的书柜里。记者要看,他才翻出来。对彭影杰来说,这个奖只是锦上添花。“我两年前找工作的时候,还没有这块奖牌,主要靠自己的研究成果当敲门砖。”彭影杰说,国际天文学的圈子并不算太大,一个人的水平如何,大家都很清楚。

因此,当彭影杰求职的消息传回国内,国内天文学有名的高校都向他发出了邀请。最终,他选择了北大。

回国并不是人人都能理解的选择。“客观上讲,国内外的天文学研究条件还是有很大的差距,中国目前最大的通用型光学望远镜口径为2.4米,而欧美已有10多架8到10米级的光学望远镜。”彭影杰当初仔细考虑过,“我和几个大型国际团队有着长期的密切合作,可以继续通过合作拿到国外的数据,对研究影响不大。而且我是独子,父母也希望我回来”。

更重要的是,随着综合国力的提高,中国正在加大对天文学的重视和投入。

“贵州的500米口径球面射电望远镜已经建好,是世界第一,12米口径的光学望远镜已经立项,建成之后也是世界第一。有了硬件基础,天文学很快就能出成绩。”彭影杰说,当年日本天文学能够突飞猛进,重要原因之一就是建成了世界上最大的口径达到8.2米的单一镜片光学望远镜——昴星望远镜。

他希望能为中国天文学的发展贡献自己的力量。2015年,彭影杰通过“千人计划”回到了祖国,在北大一栋中式建筑里,手把手带起了博士生。

他曾经有进入金融圈的机会。在瑞士读博三的时候,由于研究一直没有突破,他担心没有过硬的研究成果很难找到教职,就试着到金融界求职。但是,拿到摩根大通的高薪职位后,彭影杰又犹豫了。

“我跟一位70多岁的著名意大利天文学家聊天,他谈起自己喜爱的天文学依然眉飞色舞。”彭影杰很羡慕老师的状态,他知道就算在金融界挣再多钱,真正让自己开心的还是天文学,最终他又回到了实验室。

他始终记得当年在北师大第一次通过高倍望远镜看月球的经历。“月亮不再是萌萌的、圆圆的朦胧美,而是坑坑洼洼,连月球上的环形山的细节都看得清清楚楚。”彭影杰一下子有了一个完全不同的角度看世界,“感到人类自身的渺小,那种震撼,已经远远大过了物质享受”。

最“贵”科学为人类未来绘制宇宙地图

在彭影杰的言谈中,天文学时间都是以亿年为计算单位的,“仙女座大星云和地球所在的银河系可能在大概30亿至40亿年后会撞上,最后融合成一个更大的星系”。他指着屏幕上的运行轨迹,不经意地说着。

几亿年以后、几亿光年以外的事情,跟现在的地球人有什么关系?

“是,从短期来看,天文学没有直接产出,反而要投很多钱。”彭影杰承认天文学是“贵”科学,美国哈勃望远镜的总花费约为100亿美金,贵州的射电望远镜也要近10亿元。因此,经常有人问他,中国为什么要花巨资研究一些虚无缥缈的东西?用国外的观测数据不就行了吗?

每次,彭影杰都会反问:“在大航海时代,谁能想到人类会把地球开发到现在的程度?更无法想象有一天人类会踏足月球。谁知道50年、100年以后,科技的进步会让人类的足迹深入到宇宙的什么地方?”

他相信,未来人类一定会走向太空,要走到太阳系,甚至银河系以外,天文学就是在给人类未来的旅程绘制地图和移民指南,“我们已经错过了大航海时代,绝不能再错过大航天时代。中国人必须有属于自己的宇宙地图”。

从中短期来看,天文学对高端产业也有示范带动作用。“天文学是一门高级学科,它所需要的技术和设备都是最先进的。成熟后,会逐渐向下游延伸。”彭影杰拿起手机,“CCD图像传感器最早主要是应用于天文学领域并快速发展,而现在已经普及到了每个人的手机上”。

但是对彭影杰来说,能从事自己自幼喜爱的专业,本身就有足够的吸引力了。“宇宙有上亿个星系,每个星系里有上亿颗恒星,太阳系只是其中之一,浩瀚无垠,每一点发现都是全新的。”说这些话的时候,彭影杰嘴角的笑意一直没有断过。

说话间,灿烂的阳光透进窗子,打在彭影杰的脸上。他伸手握住一缕,笑眯眯地说:“从天文学的角度来看,这已经是八分钟前的阳光啦!是不是很有意思?”

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