科学视点

痴迷“无用之用”的“追光青年”

在黑暗中追寻千分之一秒间的“闪烁”,这是林琳和伙伴的工作日常。即便疫情期间也是如此。

这种“闪烁”神出鬼没,稍纵即逝,肉眼还瞧不着。“就像漆黑的森林里突然出现一道闪光,你不知是狼,是猫头鹰,还是陌生人挥动的手电筒。”林琳说,“虽然免不了让人害怕,却又紧紧勾着他们的好奇心。”

37岁的林琳是北京师范大学天文系讲师。今年,她和25岁的北京大学天文系博士生张春风、35岁的科院国家天文台助理研究员王培等联合研究团队利用中国天眼FAST开展的一项“追光”研究,同时入选《自然》杂志和《科学》杂志年度十大科学发现。

他们追的“闪烁”是快速射电暴。它在几毫秒内释放的能量相当于5亿个太阳的能量。这是已知宇宙中无线电波段最强的暴发现象。

自2007年第一次被“看见”以来,快速射电暴迅速成为天文学界“网红”。它从哪来,谁也说不清,还有人说是外星人发的信号。全世界的许多天文学家对此知之甚少,为它着迷。

如今,林琳和伙伴走在了研究领域最前列。快速射电暴很狡猾,能不能“追”得上相当程度上还是“靠天吃饭”。

不过,有意思的是,他们的研究入选,是因为没有“追”着。

“靠单干出成绩的时代过去了”

回想起“追光”的那几天,作为论文第一作者的林琳,还记得萦绕在脑中的那种不真实感,“可能就像打了一剂兴奋剂”。

那一阵,她常拍自己的脸,担心是不是什么时候啪一下自己醒了,就没这回事了。

那是4月28日早上5点多,林琳被自己两岁的儿子吵醒,迷迷糊糊中看到手机上一条快报消息:3个小时前,银河系内的一颗磁星开始活动。

正是林琳一直“盯”着的那颗!她立马一个激灵抖擞起来。

磁星的磁场强度是地球的千万亿倍,足以把原子挤成铅笔状,是已知密度仅次于黑洞的特殊天体。按照现有的理论推测,快速射电暴可能来自于磁星活动,而磁星活动伴随着X射线及伽马射线的高能量电磁辐射暴发。

就像条件反射一样,林琳联系了远在美国的天眼FAST重大优先项目协调人张冰,提出“插队”,申请紧急用天眼“监视”那颗星。

“天眼观测项目排得很紧凑,插队就是从别人那里抠时间。”急插队理由得够硬。

当时,她告诉张冰,这是一次大暴发,出成果的可能性非常大,越早观测越好。

3个小时后,天眼盯着那颗磁星看了一个小时。同一时间内,美国的费米卫星也观测到了来自这颗磁星的29个伽马射线暴。按理论模型,这意味着有29个快速射电暴。

拿到天眼数据的那个早上,张春风“焊”在电脑前,他要从海量数据中挖出“闪烁”。“难度相当于在15公里长的路上找到一只身长只有5毫米的黑蚂蚁。而这条路上布满了千万只各种蚂蚁干扰你,长的有40厘米,短的只有1毫米。”寻找千万分之一的紧张感,“和当年千米体测踩在起跑点的感觉一样”。

第一次处理完数据,已经是几个小时后。张春风没敢缓气,反而更紧张。他没有找到任何快速射电暴的痕迹。

是快速射电暴太亮,天眼被“亮瞎了眼”,“烧”坏了?还是天眼没捕捉到?还是自己搜索出了问题?有消息称,在另外一个时间,加拿大CHIME望远镜和美国的STARE2望远镜都探测到了来自那颗磁星的一个快速射电暴。张春风的心一直悬在空中。

经过反复检查,张春风还是没找到那只“蚂蚁”。没多久,王培团队的独立分析也做出了同样的判断。张春风的心从紧张立马变成兴奋,“就像过山车一样”。

这是一个新发现!30个磁星暴发活动只产生了一个快速射电暴。

“不会错的!”张春风的自信来自于天眼。中国天眼的灵敏度是目前单口径望远镜中最高的。加拿大CHIME望远镜和美国的STARE2望远镜能看得广,而天眼能看得更细更深,能发现别的望远镜所看不到的微弱东西。

从4月28日观测到5月8日投稿,他们只花了10天。团队成员分属不同单位,甚至林琳、张春风和王培等人此前压根没见过面。

“这次是集团冲锋的胜利,天文学靠单干出成绩的时代已经过去了。”王培解释,过去受限于设备和历史条件,每个人都在自己的一亩三分地里单干,现在随着技术发展和趋势,对天体需要有多个层面的研究,而这绝不是一个人能做到的。这篇文章的合作者既有来自中国科学院上海天文台、南京大学、中国科学院紫金山天文台、广西大学、河北师范大学等十多家国内科研机构,也有来自国外的科研机构。

11月4日,《自然》同时刊发了包括这篇文章在内的三篇研究论文。三篇文章合力说明了“闪烁”的背后可以是磁星。王琳说:“前两篇国外文章在‘闪烁’和磁星之间搭了‘一座桥’,而我们借助于天眼的研究进一步说明了这座桥的一些特征。”

入选《自然》和《科学》年度十大科学发现,对她来说其实是水到渠成的事。

“机遇来敲门,我们刚好抓住了。”她丝毫不掩饰自己当初脑子里想的是“我终于有一些工作能被写进教科书了”。对她来说,这是对好奇心的最好奖励。

科研的“瘾”与“追光人”的浪漫

林琳对天文最初的好奇来自一本叫《千亿个太阳》的书。高中读的这本书的具体内容,她早已忘了,只记得自己被神秘宇宙的“引力”捕获,陷了进去。

而张春风迷上星空,是因为《十万个为什么》里一张图片——蓝色海王星上有一个显眼的黑斑。为什么是蓝色的?黑斑是什么?好奇的种子在那一刻被埋下。张春风的手机里现在还存着那张图,但他早已弄明白最初的问题。不过,新问题一次次勾着他的好奇心,又一次次把好奇心“喂”大。

王培属于半路出家。他原本从事核物理理论研究,他觉得自己所在的领域受制于地面实验条件,已经停滞逾十年。照此下去,即使把自己所有文章一把火全烧了,对世界也没有任何影响。

但很多天体却是现成的实验室,能实现地面所不具备的极端条件。通过天文观测,有可能解决物理学的基本问题。于是2014年,王培博士毕业进了科院国家天文台。

在他看来,科研并不是一件苦差事。科研由好奇心驱动,只要有好奇心,加上有解决问题的本事,一路做下去,只会是一个惊喜接一个惊喜,最终形成“好奇心—惊喜—更大的好奇心”的正向循环,而不是苦涩和枯燥。

林琳也享受好奇心带来的那种“对科研上瘾”的感觉。她把科研看成是“通关打怪”和“荒野探险”两种乐趣的结合,“上了这条船,你就不想下来了。”

然而,并不是每次观测都会找到那只“蚂蚁”。有趣的东西,一直做也会疲劳。

林琳把科研的“低光时刻”比成“堵车”。她觉得,每条道都可能堵车,那就不能一堵就想换道。不如一条道走到“亮”。

林琳活得像个小孩,对什么都好奇。每天走的老路,她也能发现新东西。她时常提醒学生:“天文观测没有发现任何有趣的痕迹,这很常见。茫然没有任何帮助,只能保持良好的心态和持续的好奇心。”

有人问她,研究天文会不会陷入“人生无意义”的虚无感?毕竟相比宇宙,人是如此的渺小和短暂。她反问道,渺小的人可以理解深远的宇宙,不正说明人是伟大的吗?再说,有那么广阔的星空等着你研究,哪还有闲工夫虚无?

“其实科研不全是外人想象的无聊、枯燥和虚无。”疫情期间,林琳原本有了更多专心科研的时间。然而,帮忙照顾孩子的父母回老家之后,林琳只能哄孩子睡着之后再开始做科研。尽管并不是每次都顺利,但她也不觉得带孩子消磨了她的科研热情。“毕竟你在照顾孩子的时候,脑子是不停的,照样可以想星辰大海。”

这是一个为人母的天文学家的“浪漫”。

“追光人”的浪漫常被低估。几年前,在国外做博士后时,有一次值班赶上卫星观测到伽马射线暴发,那天正好是她母亲生日,林琳兴冲冲地告诉母亲那个暴发的特点,还说这是属于母亲的“birthday(生日)暴”。

张春风曾把“星星的指纹”光谱图案放进玻璃里,也把“星星的声音”磁场脉冲转化为电音送人。有人说他不解风情,他得意地说:“光谱多美,脉冲多好听!这是来自宇宙的礼物,不浪漫吗?”

在王培看来,沉浸于“浪漫”之中的天文学家,在生活的一些方面难免显得有些笨拙。王培就因为穿衣打扮跟不上潮流,被媳妇“嫌弃”。

上学的时候,王培就佩服那些满头白发还不退休的科学家,几十年如一日沉浸在科研的世界里,却充满活力与激情。游戏娱乐这些“轻松模式”大家都爱,为什么这些白发科学家选“艰难模式”?入行越久,他越能嚼出沉浸其中的味道,以及它所带来的智识上的满足感,“这是其他娱乐无法比拟的”。

“现在的年轻科学家面临的诱惑比以前更多了,不少人挣钱去了。”然而在王培看来,仰望星空、慢慢变老,也是一件很浪漫的事。

“进入这行多少都会保持好奇初心,能够享受那份独有的浪漫。”林琳说,“那些所谓的精致的利己主义者,在这待不住。”

可以“直线超车”的时代

一次向学生介绍这次科研时,林琳说团队是“站在巨人的肩膀上”。“巨人”就是天眼FAST。

上了年纪的天文学家很羡慕林琳这一代年轻人。北京师范大学天文系主任仲佳勇记得,几十年前想做研究,国内没设备,只能去国外申请,有时还得花钱。如今的年轻天文学家赶上了可以“直线超车”的时代。

“综合国力稳步上升,国家对基础科研投入越来越大,年轻人的后顾之忧越来越少,加上有这么好的设备。现在可能不是弯道超车,而是‘直线超车’的时代。”王培觉得自己这一代天文学家很幸运,“过去一些天文学科研领域被别人牵着鼻子走,现在至少在快速射电暴的研究上,咱们走在了最前沿。”

今年疫情期间,FAST团队克服影响,依然满负荷工作。张春风说:“这也是对我们青年科研人员的督促。前沿科学竞争非常激烈,哪能有歇脚偷懒的想法。天上的星星可不歇。”

“这次参与项目的成员中有超过一半的人是年轻科学家。”随着越来越多年轻人进入,林琳渐渐感到一种“时不我待”,“有那么多的好设备,更需要年轻人用起来,做出更好的科研”。

林琳发现身边的人对天文学这种“无用之用”研究的兴趣越来越大,“这个研究有什么用”这样的问题越来越少。十几年前,她在南京大学学天文,遇见的一位出租车司机分不清“天文”和“新闻”的差别;甚至有亲戚还请她预测明天的天气,让她哭笑不得。而如今,不少已经为人父母的朋友打电话请她帮小孩推荐天文望远镜。

11月论文发表,12月入选《自然》和《科学》年度十大发现,林琳等人的生活没有激起太多的波澜。唯一让林琳触动的是,有一天孩子在电视上见到自己工作的画面时,一下子就认出来了,要求反复看。

“被孩子崇拜是我‘追光’的又一个动力。”林琳说,也许当时好奇心的种子也在他心里埋下了。


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