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张泳:宇宙星河 我心徜徉

来源:  发布时间:2019-02-19

  ——记中山大学物理与天文学院教授张泳


  □ 陈 浩
  
  

  
  据统计,宇宙中存在700万亿亿颗恒星,如此庞大的数字可能超过地球上所有沙漠和海滩上的沙粒总和。在近一个世纪的岁月中,科学家孜孜不倦地探索宇宙数十亿年的演化历程,但直至近些年来我们才得以在天甚至小时的时间尺度上分析天体事件,从而见证恒星变化无常的生死历程。
  “太阳是最接近地球的恒星,像它一样的恒星,在死亡之后会抛出来一些物质,这团物质的物理环境是怎样的?里边发生了一些什么样的化学过程?产生了什么样的分子?这些分子又是怎样演化来遍布到我们生存的空间?这里边会不会产生一些跟生命起源相关的分子?我的研究就是从这些方面展开的。”张泳说。他的研究兴趣广泛,不仅在从事演化晚期恒星包层的化学演化和光致电离气体星云中等离子物理的研究工作中积累了丰富的天文观测经验,而且对于紫外、光学到红外和射电的成像和光谱研究都有较深入的涉及。如今,人类对于宇宙的研究已经进入了愈发蓬勃的时代,将科研兴趣聚焦于宇宙星河之中,张泳的天文学研究之路还将有无限可能。
  

天文学启蒙之路


  判天地之美,析万物之理。物理世界所蕴藏的科学魅力令张泳向往不已。
  中学时期,正是人的兴趣爱好形成的关键时期。从那一阶段开始,张泳对物理专业的热爱便一发不可收拾。痴迷于物理的他,在中学时代也经常会参加一些物理竞赛。在这些竞赛中,他不仅锻炼了自己的物理学习能力,同时也让他对物理研究的热情愈加高涨。
  将物理作为自己毕生的发展方向,张泳在高考时决心报考北京师范大学天文系,并被顺利录取,从此走上了与天文学结缘的道路。在这之前,张泳对于天文学研究并不十分了解,但是深入其中之后,他却被这一领域的研究所深深吸引,在他看来,从事这一领域的研究工作,能将我们在地球上学到的知识运用到宇宙空间里,解释宇宙中的一些现象,本身就是一件很有意思的事情。而这一方向的研究也与物理有着密切的联系,更契合他之前的梦想,因此,张泳决心在天文物理研究中不断前行,争取取得更多的科研突破。
  本科毕业后,张泳在天文学研究中继续脚踏实地前行,先后获得了国家天文台硕士以及北京大学天文学博士学位。为了能在这一领域有更加长远的发展,2006年10月,张泳前往香港大学进行博士后研究。在去香港之前,张泳主要从事的是在星周包层中探索例如氟、氪这类原子的起源,或者是从原子性的角度,做一些等离子体诊断,来探测这种包层型的天文等离子体的工作环境。来到香港之后,张泳将研究领域进行了扩充,去研究分子的化理性,当时他也自学了许多化学知识、地质学知识,这些都为他进一步开展研究工作打下了坚实的基础。在香港大学从事科研工作的这段时间,张泳在恒星死亡后星周包层中的物理和化学过程研究中积累了丰富的经验,2009年10月,张泳在结束了博士后研究历程之后,选择留在香港大学物理系任职,担任研究助理教授。
  

穷极天体物理,深入星周包层


  霍金曾说过:“我的目标很简单,就是把宇宙整个明白——它为何如此,它为何存在。”这是一个美妙而又宏大的愿望。虽然,张泳不能将研究蔓延到整个宇宙,但是在香港十几年的科研生涯中,张泳在自己所致力的晚期恒星包层的化学演化和光致电离气体星云中等离子物理的研究工作中取得了一系列成果。
  现代技术正在革新关于动态宇宙的研究。20世纪70年代,就有红外望远镜在各种天文环境中发现红外波段存在发射带载体。但是,迄今为止,科学家对于星际和星周空间中是否广泛存在红外发射带(UIE)载体的认证仍是长期未能解决的问题。当时,国际上的潮流是通过多环芳香烃模型来解释观测中出现的一些现象。但是,张泳与合作者却认为多环芳香烃模型结构简单,仅仅靠它并不能完全解释UIE现象。针对这一问题,张泳和团队成员一起设计了一种全新的模型,即脂肪族和芳香族混合纳米颗粒(MAON),与传统模型不同,MAON是由芳香环和脂肪链组成的三维复杂分子,在解释UIE现象上具有很多优势,特别是能够很好地解释红外平台发射。这项成果发表在《自然》杂志上,张泳便是文章的作者之一。张泳及其团队提出的分子模型引起了国际同行的广泛探讨,被国内外多家媒体报道(比如BBC和News等)。这种复杂有机物有与煤类似的结构,表明在星际空间中可以形成相当复杂甚至与生命起源相关的有机分子。
  富勒烯分子是生命分子形成的基础,对宇宙中形成有机物质至关重要。从事科学研究以来,张泳及其团队成员就一直想在星周包层中搜寻富勒烯相关的分子。在不断的科研攻关之下,张泳及其团队成员合作利用斯必泽空间望远镜红外光谱数据在一个原行星状星云的包层中首次探测到了笼状的纯碳分子C60并进而探索了其在天文环境下形成和激发的问题。原行星状星云是中小质量恒星演化晚期很短暂的一个阶段,这项研究表明死亡恒星包层不仅能合成多原子分子,而且合成效率出乎意料的高。这一研究成果受到了国际同行的广泛关注,张泳因此受邀在日本举行的国际尘埃会议上作了一个小时的综述报告,富勒烯发现者、诺贝尔奖得主Harold Kroto在其发表在PNAS的论文中正面引用了这项工作。在这之后,张泳又在星际空间中搜寻到氢化富勒烯存在的迹象,这可能是迄今为止观测到的最大星际分子,对于人们理解星际空间化学的复杂性和多样性有重要意义;同时,由于氢化富勒烯的存在可以很好地解决“C60的激发机制无法解释谱线强度比”这一问题,氢化富勒烯稳定的物理结构和活跃的化学性质,很有可能解开“星际弥散带载体”这一世纪难题。
  从事科研多年来,张泳也有属于自己的长期研究规划——即宽频率覆盖范围大样本的恒星包层系统的射电光谱观测。目前,张泳已经积累了数百个小时的射电光谱观测数据。这些研究从观测角度勾画出了一些星周分子在离开主序恒星到行星状星云演化阶段中的形成和变化的大致图像,并且在一定程度上阐明了物理环境变化对星周化学带来的影响。因为这项研究,张泳在2016年越南ICISE举行的星风国际会议和北京举行的国际天文学专题会作了“行星状星云中的分子研究”的特邀报告,并受邀请作为Keynote speaker出席2017年7月举行的第九届全球华人物理学会。
  

中山筑梦,“泳”志勿忘


  科学研究最怕的就是在一个安逸的环境中待久了,丧失自己心中最初的宝贵的热情。在香港从事科学研究工作10多年,科研环境日趋稳定,但张泳却感觉在科研中能够挑战的事情越来越少。最近几年来,我国的科技发展迅速,在天文研究方面的投资力度日渐加大,张泳迫切想要能将自己的科研所学用到实处,为国家天文事业的发展做一些真正有意义的事情。
  2017年,张泳来到了中山大学物理与天文学院担任教授,开始了全新的科研探索之路。“国内有很多天文机构,中山大学的天文专业非常新,近两年才开始发展,如果能将中山大学的天文领域发展起来,对我来说是很有挑战也很有成就感的事情。”张泳说。
  目前,张泳所在的领域比较偏向于天体化学方向。在这一领域,张泳及其研究团队将主要研究重点放在观测,以及数字模拟理论及实验研究上。目前,国内从事这一领域研究的工作人员很少,与国际上差别很大。张泳在国内参加相关天文会议时曾遇到过一些从国外回来的科研学者在从事这一领域的研究工作,他希望能和他们共同将国内天体化学方面的研究壮大起来。
  现阶段,张泳的研究工作主要集中在两个方面。一是针对富勒烯相关的分子做一些量子化学计算,建立数据库,然后再用一些特殊的手段跟实际观测做出比较。目前,他们正在建立数据库的过程中。除此之外,他们还选取了在红外辐射方面比较特殊的一些源,来做一些射电观测,如今他们也已获取了部分数据。
  新阶段,张泳也给自己提出了新的要求。他直言:“以前,我总是在研究中追求速度,希望能够在短期内做出科研成果。现如今,我想让自己慢下来,做一些需要一定积累,能够在国际上有一定的显示度的工作。”按照自己既定的步调,张泳仍在踏实前行着......

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2019年9月上

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