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问日

来源:  发布时间:2021-03-02

  
——记中国科学院云南天文台首席科学家林隽及其太阳物理研究团队
  
刘 佳

  
  
  “遂古之初,谁传道之?上下未形,何由考之……九天之际,安放安属?隅隈多有,谁知其数?天何所沓?十二焉分?日月安属?列星安陈……”
  一曲屈原的《天问》将宇宙自然的神奇奥妙和人类对其探索的欲望展现得淋漓尽致。宇宙苍穹浩瀚无边,在这个奇妙的空间里,太阳渺小而又伟大。说它渺小,是因为在浩瀚无垠的银河系中它只是沧海一粟;说它伟大,正因为它的存在,才让人类的诞生、繁衍与发展成为可能。
  彩云之南,有着悠久历史、深厚底蕴,曾为我国天文事业的发展和国防科研做出巨大贡献的中国科学院云南天文台,以首席科学家林隽为代表的太阳物理研究团队正“以小见大”,意图通过太阳爆发—耀斑、爆发日珥和日冕物质抛射(CME)的基础理论研究、相关技术和新仪器的研发以及日常观测等研究活动,一步步揭开太阳神秘面纱的同时,给人类带来福祉。“将太阳的温暖搬下苍穹惠及普通老百姓”,这是林隽的愿望,也是中国科学院云南天文台太阳物理研究团队所有成员的愿望。
  
不懈逐日 利国利民
  地球和人类都沐浴在太阳的光芒之中,然而在我们普通人的认知里,可能从未真正意识到太阳之于地球的重要性。
  太阳是一颗离人类最近、对人类影响最大,也是与人类生存环境的关系最为密切的恒星。地球上人类活动能量90%以上来自太阳,对地球生命来说,太阳是宇宙中最为重要的天体。正是这颗常常被人们忽视的星球主导了地球无机自然界和有机自然界(包括人类社会)的演化和发展。殊不知,太阳的光辉既可为人类带来温暖、光明和勃勃生机的同时,太阳的任何剧烈活动(或称为太阳爆发)也可能从多方面给地球的周围环境(即空间天气)、人类活动(日常生活、空间探测、国防建设等)带来不同程度的灾难。
  1989年3月,太阳上发生的一系列大爆发引起的灾害性空间天气造成北美地区变压器烧毁、变电站停运,数百万居民生活受到影响;除此之外,还有上千颗人造卫星受到干扰和损害,寿命大大缩短。这些爆发共造成上百亿美元的经济损失。因此,加强对太阳活动的起源、发生发展规律及未来的活动预报的研究,直接关系着人类社会的生存和发展。
  除此之外,人类研究太阳还有着众多的现实意义:日地环境是人类离开地球摇篮走向宇宙的必经之地,因此在开展深空探测,如火星计划之前就必须对这个领域进行深入研究。另外,太阳还是一个天然的、大尺度的、地面上无法复制的实验对象,为研究宇宙中太阳系以外其他与磁场有关的爆发现象提供近距离、高分辨率的样本……因此,开展对太阳的研究不但具有重要的科学意义,而且在保障国计民生、维护国家安全、促进人类未来发展等方面具有显著的现实意义和实用价值。
  太阳物理科学研究的巨大价值和探索意义,吸引了林隽及其团队成员等一大群天文工作者关注的目光。
  林隽于1981年进入南京大学天文学系,开始涉足天文学领域;1985年进入太阳物理领域,之后一直从事太阳物理研究工作。2001年9月,他获得美国新罕布什尔大学物理学博士学位,同年受聘于美国哈佛大学天体物理中心任研究员。2005年,林隽竞聘科学院创新工程云南天文台“太阳爆发与CME研究”首席科学家并获通过,作为云南省首批引进的海外高层次人才,他从此踏上回国组队探索太阳奥秘的征程。
  太阳物理的观测和理论研究是云南天文台的传统优势学科,在国内处于引领地位,拥有大批从事太阳物理研究和太阳观测设备研制的研究和技术人员,有着浓厚的科研氛围。经过多年艰苦奋斗,云南天文台取得了丰硕的观测和研究成果,整体研究水平处于国内领先地位,一些研究成果具有重要的国际知名度和显示度,而林隽的到来,让团队的发展驶入了通向国际舞台的“快车道”。
  埋首太阳物理研究30多年,林隽在太阳爆发灾变理论和模型以及对地球环境的影响、磁重联电流片研究等基础研究方面积累了诸多国际领先的创新成果。他建立了迄今唯一的太阳爆发解析模型——Lin-Forbes模型,该模型已经成为国际上公认的耀斑-CME标准模型之一,得到了国际太阳物理界的普遍认可。此后,他还先后发现了耀斑-CME磁重联电流片的新厚度与新结构,在太阳物理研究中开辟了一块新的处女地;针对磁场从太阳对流区进入大气层的复杂过程发展新算法,实现对磁场从对流区进入大气层引起爆发过程的完整描述;利用Lin-Forbes模型研究方法,与其他天体物理学家一道,构建了磁中子星罕见耀发的理论模型,该模型是目前能够定量解释磁中子星罕见耀发现象的唯一理论模型,为天体物理其他领域探讨磁激变现象提供了值得借鉴的研究模式;先后发表SCI论文190余篇,其中具有开创性成果的科研论文均发表在国际一流的天体物理学杂志上;截至目前,已有接近3300篇次的引用。多年来,林隽先后荣获高等学校科学研究优秀成果奖科技进步奖二等奖(排名三)、国家杰出青年基金支持资格,入选云南省首批“百名海外高层次人才”、云南省“高层次人才培养支持计划-云岭学者”,享受国务院政府特殊津贴等。
  在林隽的领导下,研究组其他成员还从事着太阳长周期变化及其对地球全球变化的影响的研究,在国际核心刊物发表SCI研究论文近百篇,并被国内外同行广泛引用;在对太阳爆发事件的观测研究方面,研究组在国际核心刊物发表SCI研究论文20多篇,有关工作还被Nature杂志做了专门报道。
  在2019年度云南省科学技术奖励大会上,由林隽团队完成的“太阳爆发过程中的电磁相互作用”荣获云南省自然科学奖(特等奖)。该项目致力于揭示太阳爆发的物理起源,探索其最核心的驱动模式—电磁相互作用—宇宙中最基本的相互作用之一。林隽及其团队在前辈研究的基础上,通过建立太阳爆发的新理论模型、设计新的计算方法、开展相应的数值模拟和观测研究,取得了一系列研究成果。该领域的研究对于国家科技长远发展、国家重大空间计划与国家安全等均具有极其重要的意义。
  
搬下高阁 撒播阳光
  上苍穹探索太阳神奇奥秘,下神州撒播阳光惠及百姓。这一路走来,林隽和他的研究伙伴们收获了探索太阳奥妙的成就感和快乐感,带着研究搬下高阁惠及普通老百姓的梦想,他们开启了新一轮的征程。
  2005年11月,在举国欢庆“神舟六号”飞船发射成功的时刻,一幅由新华社发布的林隽展示的“神舟六号”发射当天拍摄的太阳活动清晰图像流传在网络上,引来大众广泛关注。但其实,这只是林隽所在的团队积极将来自苍穹的馈赠传给大众的一个事例。
  这些年来,林隽所带领的这支太阳物理团队先后承担了多项为国家的航天事业提供对太阳的实时监测任务。包括承担了“神舟四号”和“神舟五号”载人飞船发射和运行期间对太阳色球活动的实时监测任务;承担了“神舟六号”载人飞船发射和返回期间对太阳活动的实时监测,为空间中心做太空/空间环境的安全预报提供重要实时信息;为“嫦娥”绕月工程提供空间环境安全评估所需的太阳活动资料等,得到了有关部门的认可和表彰。
  工欲善其事,必先利其器。天文研究需要大量的观测数据作为科研的基础,大型设备仪器是必不可少的。作为太阳物理团组的首席研究员,林隽十分重视对仪器设备的更新改造,多年埋首耕耘,收获了累累硕果。
  太阳全日面Ha色球望远镜是中国科学院云南天文台赫赫有名的明星设备,曾为“神舟九号”和“天宫一号”载人飞船发射,“嫦娥一号”和“嫦娥二号”探月飞行,党的十七大、2008年北京奥运会的胜利召开等立下汗马功劳。这台望远镜是我国参加全球五国(中、美、奥、法、意)、六台站(云台、北台、大熊湖、康策尔赫、默东、卡塔尼亚)太阳全日面24小时Hα联合监测任务在中国的主干观测设备之一,每日资料在BBSO网站上向全球公布,是我国太阳观测资料在国际上的一个重要窗口。在林隽的领导下,团队对这台望远镜的光学系统、电控系统和终端接收系统进行彻底更新、改造和升级,使得该望远镜以崭新的面貌投入观测,大大提高了太阳成像质量,为太阳全日面Hα色球望远镜持续发挥显著作用提供了良好的支撑。
  林隽还带领团队对太阳精细结构望远镜、太阳光谱仪和太阳黑子望远镜进行了必要的修复、改造和升级,使这些原有的太阳观测设备在太阳24周活动峰年中发挥重要作用。他和成都光电所的科研人员合作,在云台太阳精细结构望远镜上进行自适应光学新技术试验获得成功,使得太阳成像质量获得明显提高;还与抚仙湖太阳观测基地的同事们一道,配合成都光电所将自适应光学技术移植到一米红外太阳塔上,使得研制的37单元太阳自适应光学系统获得成功。该技术在我国夜天文上已经使用,但是在国内取得太阳光球层的自适应光学图像还是第一次。
  为了保证望远镜观测的正常进行,林隽还带领团队进行了无时间延迟效应大靶面CCD成像快门的研制工作,并获得专家组验收。该新快门的优点是完全消除由普通机械快门引起的曝光不均匀的现象,极大地提高了太阳图像质量。这种无时间延迟效应的新型快门研制成功,对于大靶面、高分辨、高精度CCD成像观测是至关重要的,其实用性、通用性十分明显。
  除此之外,林隽作为澄江基地建设领导小组的成员,还一直积极参加基地的各项建设,从征地到工程建设,他参与跟当地政府领导的多次谈判和协商,对工地建设进展关心备至。除了对一米红外太阳塔的科学目标的讨论和确定做出了重要贡献,还为太阳塔数据库的建设做了大量的准备工作。
  为了更好地对太阳活动进行监测、并将资料及时发往有关使用单位,特别是对我国航天和深空探测的重要部门,中国科学院空间科学和应用研究中心牵头,将3个独立网站(中国科学院、原总装备部、测量通讯研究所)联合起来一起运行,共享空间环境监测预警系统的信息。林隽作为主要成员积极参与到相关工作中,为中国科学院云南天文台太阳黑子望远镜,全日面色球望远镜和太阳分米波射电频谱仪3台仪器参加信息获取分系统的业务化改造做出了重要贡献。
  针对川滇地区日益严峻的强震形势和云南省日益频发的灾害性天气,开展多学科、多手段研究太阳活动对各种地质灾害和天气的影响也彰显出其重要意义。目前,安置在澄江抚仙湖太阳观测站的太阳低频射电频谱仪是国内第一台用于检测太阳爆发激波的仪器,它从立项到建设都有林隽投入的心血和汗水。这台射电频谱仪对于定量研究太阳爆发激波的产生高度、强度和粒子加速具有不可替代的作用,对云南省乃至全国灾害性空间天气预警预报具有重要的实用价值。
  科学技术唯有搬下高阁,带入寻常百姓家才能真正实现其价值。对林隽和他的事业同伴来说,他们一直都有一个执着的梦,希望有朝一日,神州大地普通的老百姓都能深切体会到宇宙银河,浩浩明日不再是那么“高高在上,遥不可及”,而是“触手可及,亲近友善”。大千宇宙浩瀚长空,当中国人的足迹第一次踏入这一领域,当“天宫”和“神八”深情“拥吻”……如今,这个梦正在因为他们的努力梦照现实。对林隽来说,没有比这更让人感到高兴和自豪的事情了。
  
搭建桥梁 快乐分享
  “技术浪潮所到之处,没有人是一座孤岛。”正如《联结:通向未来的文明史》这本书所描述的现实和未来,21世纪,科技进步在全球范围内的开放与融合、交流与互鉴、合作与超越中加速实现,开放合作已是科技发展的必然要求。
  林隽自投入天文领域科学研究以来,就一直以开放的态度来谋取共同进步。到海外科学殿堂学习工作的经历,为他践行开放合作的理念架起了连接沟通的桥梁。回国后,他也从未间断与国际领域科学家之间的来往合作,坚持“走出去”的同时“引进来”,在国际舞台奏响来自中国太阳物理研究的强音。
  本着“以才引才”的方针,林隽每年都从科学院争取到20万元到50万元不等的专项经费,资助和支持来自各国的合作者访问云南天文台,共同开展具有国际先进水平的研究工作。自2005年以来,他前后共邀请了15人次的外国专家和青年学者前来讲课和合作研究。他还从美国夏威夷大学为云南省引进中国科学院“百人计划”人才。
  刘煜博士毕业后长期在日本和美国从事博士后研究工作,主要进行太阳磁场演化和太阳爆发现象的观测研究及日冕磁场红外光谱观测。他就是受到林隽的感召落户云南。到云南天文台后,刘煜便承担了“中国太阳西部选址”的工作,为我国下一代太阳望远镜踏勘和寻找新的址点。作为选址队队长,他不畏艰苦,多次进入高海拔地区进行观测,获得大量第一手资料。这些宝贵资料为西部太阳选址的成功奠定了坚实的基础,其工作得到了天文界内大量专家的肯定和褒扬。最终在四川省甘孜州稻城县为我国新一代太阳物理望远镜找到了新的址点。
  虽然回到了国内,但林隽与之前的工作单位——美国哈佛大学史密松天体物理中心一直保持着良好的合作关系。为了开阔学生的视野,为他们提供更加良好的学习平台,林隽与这家单位达成联合培养的协议,不断推荐学生到哈佛学习。到目前为止,已经有两名博士研究生(马素丽、沈呈彩)经双方联合培养毕业,另外1名博士研究生(谢小妍)正在培养当中。
  科学有延续才有希望,深谙此意的林隽非常重视学生的培养,回国后先后培养了十余名硕士和博士研究生,如今他们中已经有很多成为团队研究的中流砥柱。
  天文学以其固有的神秘性和探索性无论在国内外都拥有成千上万的爱好者,特别是在广大青少年中具有极强的吸引力。宇宙到底是什么?它从何处来?要往何处去?曾经,在这些问题的吸引之下林隽投入天文探索研究,如今,作为领域里的专家,他想给大众,尤其是年轻人带去专业上的指引,为他们架起与天文科学的连接桥梁。
  为了扩大科普工作,履行一个天文研究学者的职责和义务,林隽在繁忙的工作之余会接受电视台、报社等媒体的邀请,为广大的受众科普天文知识。在2008年和2009年两次发生在中国境内的日全食期间,他作为网易和新华社的嘉宾,亲临日全食现场和电视直播间,为全国观众讲解日全食的有关知识和观测历史。他还先后在《辽宁日报》的采访报道和长沙电视台《破解末日谣言》的电视采访中,用深入浅出的语言为大众讲解了太阳爆发对地球的影响,通过科学事实来论证2012年世界末日的说法纯属谣言。
  在担任云南省天文学会理事长期间,林隽还根据云南省民族众多、科学技术相对落后的实际情况,长期坚持组织科普人员深入选址沿线的各州、市、县、乡少数民族聚居地区,广泛开展科普教育工作,解答着老百姓心中关于宇宙太空的未解谜团。此时的林隽,并不是“高高在上”的天体物理研究学者,而是大众身边愿意与他们分享探索宇宙苍穹快乐的老师、朋友,而这样的角色,林隽和他的团队成员是乐于担当的。宇宙太阳之奥妙深邃无穷,有了众人的参与相伴,快乐也会永相随。
  
  

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2022年4月

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