2020年度国家自然科学奖二等奖

　　　　　　

卫婷婷  李 桐

　　

　　

　　银河系的真实面貌是什么？银河系里螺旋状的“手臂”是如何分布和运动的？银河系里真的有暗物质存在吗？这些一直都是天文学中悬而未决的重大谜题。中国科学院紫金山天文台研究员徐烨就是这些问题的解谜人。对星空的好奇让他做出了人生中最重大的决定：用热爱描摹星空的模样。

　　事实证明这条路他没有选错。在此后从事天文学研究领域的20多年里，他通过技术创新实现高精度天体测量的划时代突破，在银河系结构领域做出了系统性的工作。银河系权威专家Caswell在有关银河系的综述文章中评价相关成果是银河系结构研究领域的“一个里程碑（a landmark）”。

　　从地下到天上

　　1962年，徐烨出生在一个普通的矿工家庭。他从小就在煤矿子弟学校读书，14岁初中毕业后，他顺理成章地进入了矿场工作，先从学徒开始做起，两年后正式成为一名煤矿工人。

　　煤矿在偏远的山区，每天8小时高强度的体力劳动，徐烨咬着牙坚持了下来。在枯燥而危险的生活中，他唯一的消遣是在没事的时候抬头看看星空。每逢晴朗的夜晚，他总是能看到满天的繁星在夜空中闪烁，时间长了，徐烨开始对星空产生了向往。矿工微薄的工资被他拿来买天文学相关的书籍，遇到看不懂的地方也不气馁，每天都坚持阅读。

　　对天文学的热爱让徐烨成为了一名天文爱好者，平时也会自己研究一些天文问题。有一次，徐烨拿着自己做的研究论文，请当时上海天文台的沈有根老师帮忙看看。“如果你想要从事天文工作的话，还是要考研究生。”沈有根非常认真地建议他去考研。从那以后，徐烨开始了艰难的研究生备考。英语不行，他就天天对着录音机练习听力和口语；理论知识不行，他就自学高中和大学的课程。一步步公式推导、一滴滴汗水积累，徐烨始终相信天道酬勤。1996年，他成功考上了中国科学院上海天文台的研究生，开启了全新的天文探索之路。

　　

　　

　　2002年，博士毕业的徐烨进入南京大学天文系博士后流动站工作。来到南京大学后，徐烨开始尝试去测量银河系天体的距离。“距离测得不准，你对天文现象的描述就很难准确。”徐烨解释道，测准了银河系天体的距离，就能揭开银河系的神秘面纱。在过去，天文学家常常通过模型间接地测量天体的距离，从而勾画出银河系的旋臂，但是徐烨发现这种方法得到的距离有很大的误差。

　　徐烨和他的合作伙伴们决定抛弃旧方法，采用天文学里最古老的三角视差法。“以地球到太阳的距离为基线，测量地球-天体-太阳连线的夹角，就可以确定天体的距离。”原理很简单，但技术富有极大挑战! 要测量整个银河系的旋臂结构，视差精度至少要比当时提高100倍，相当于在地球上看月球上一只蚂蚁的张角。

　　在随后的几年时间里，徐烨及其团队解决了一系列具有挑战性的技术难题，在国际上率先提出用甚长基线干涉仪测量脉泽的三角视差和自行，研究银河系旋臂结构和运动学性质这一开创性的学术观点。他们的第一个目标就是天文界争议已久的英仙臂的距离。他们向美国的射电望远镜VLBA（Very Long Baseline Array）提出了5个历元的观测申请。但第一个历元观测完了以后结果并不理想，哈佛-史密松森天体物理中心的合作者认为可能做不出来，徐烨也没有太多的把握，但他不愿就此放弃。

　　“做不出来就拉倒，至少证明了这条路行不通，可以让别人少走弯路。”徐烨的心态很好，“一切还没到最后绝望的时候”，他继续着对英仙臂剩余4个历元的观测，一边检查修改程序，改进数据处理方法，一边寻找新的研究目标。

　　功夫不负有心人，2006年徐烨与项目组成功测量出银河系英仙臂的距离，测量精度达2%，这是天文学史上精度最高的距离测量。鉴于该成果的重要性，《科学》杂志将其作为封面论文发表。这是以中国天文学家为第一作者的研究成果首次出现在该杂志封面上。英国皇家学会院士James Binney在同期杂志发表评论文章，高度评价其“开创了三角视差测量的新纪元（a new era）”。

　　但对于徐烨来说，确定英仙臂的距离只不过是“万里长征”的第一步，后面还有很长的路要走。

　　

　　

　　青海省德令哈市以东35公里海拔3200米的戈壁滩上，坐落着中国科学院紫金山天文台青海观测站。这个观测站内的13.7米毫米波射电望远镜是中国唯一一台工作在毫米波段的大型射电天文观测设备，为一系列重大科学项目提供观测支持，并向全球天文学家开放使用。

　　2009年，徐烨成为中国科学院紫金山天文台青海观测站的站长。一年中他有近一半的时间都在这里做着观测研究，“待多久取决于你的意愿，某种意义上讲，这里非常清静，做科研活动可能更好一点，所以我比较喜欢在这里”。徐烨笑着说，唯一不好的地方可能是高原氧气少，很多人不能适应。

　　在高原寒冷缺氧的环境中，中国的天文学家正在实施一项宏大而富有诗意的科研项目：为浩如烟海的银河画像。在青海观测站工作的12年里，徐烨和他的合作者们结合天体脉泽、分子气体和大质量恒星等继续开展银河系旋臂的研究，逐步构建起多波段观测相结合的银河系旋臂结构研究体系。他们发现了银河系的一条新旋臂——本地臂；首次精确描绘了被广泛认可的太阳附近银河系旋臂结构新图景，将旋臂结构从北天延伸至南天；发现了距离银心最远的一段气体旋臂，并且率先提出了银河系不是简单地由宏伟的、规则的螺旋形主旋臂组成，而是由充满着臂间次结构的多条旋臂组成的复杂旋涡星系的新观点。

　　这些成果的发现再一次引发了天文学界的广泛关注，被评为国家自然科学基金委25年来“重大科学突破或重要科学进展”案例之一。

　　

　　

　　前20年做矿工，后20年做天文，是徐烨常常挂在嘴边的一句话，也是对他目前为止人生的高度概括，天文的博大精深至今仍然让他着迷。也许是因为自己过去的经历，让他对于学生的要求也有了新的想法。

　　“我对学生的要求是，来了以后好好工作。至于学生的能力大小，不是主要的，重要的是态度。”徐烨说，只要团队里的每一个人尽一份力，相互团结，拧紧一股绳，达到事半功倍的效果，推动学科往前发展，这就是徐烨心中的最佳队伍。

　　2019年3月，SKA的7个创始成员国——中国、澳大利亚、意大利、荷兰、葡萄牙、南非和英国正式签署了成立SKA政府间国际组织的公约。SKA全称“平方公里阵列射电望远镜”，是由2500面直径15米的碟形天线阵列（中频）、250个致密孔径阵列以及130万只对数周期天线阵列（低频）组成的巨大网络。

　　这个迄今人类历史上规模最大的天文学工程于2021年1月1日开建，计划2024年左右出第一批数据，2028年完成一期10%规模的建设。项目的设计寿命为50年，可以说，这将主导国际射电天文学界至少半个世纪的发展脉络。

　　“我希望我们能在SKA项目中有一个好的起步。”徐烨如是说，“10年以后SKA就可以开始正式工作了，这样的一个黄金时间，中国必须抓住，因为在这个过程中可以训练人才队伍，这对年轻的科研队伍非常重要，势必会影响一两代人。”

　　2021年11月3日，2020年度国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂隆重举行，来自中国科学院紫金山天文台青海观测站的徐烨团队获得国家自然科学奖二等奖。这个奖是对徐烨和团队探索银河20余年，开创了三角视差测量的新纪元，诞生了广获认可的新的银河系旋臂图，颠覆人类对银河系传统认知的最佳证明。

　　星空无止境，徐烨的探索星空之旅还在继续，也许在将来的某一天，他可以把银河的具体形态完整地描摹出来。徐烨自己也在翘首以待。