他在光年外考古恒星

文/金鳳

南京大學左滌江天文臺

2019年10月的一天，施勇剛結束全球飛行模式，坐在南京大學天文與空間科學學院的辦公室里，他回憶起最近的一次觀測經歷。在西班牙內華達山，他連續5天，每天4小時用30米口徑的毫米波望遠鏡觀測黑洞周圍的物質結構。遺憾的是趕上了大風天，觀測幾乎沒有任何收獲。

在施勇看來，天文觀測就像舊時種地，靠天吃飯，收成不好是常有的事。只不過，施勇的“種地”環境有些艱苦，很多天文臺建在幾千米的高山上，他必須練就強健體魄，以克服高原反應。

天文觀測雖然變幻莫測，但施勇總能在宇宙微弱的信號中，捕捉星系形成與演化的蛛絲馬跡。作為國家杰出青年科學基金獲得者，施勇曾首次證實“低金屬豐度氣體極難形成恒星”，首次在極端貧金屬星系中探測到一氧化碳氣體，還曾提出有關恒星形成的新定律。

證實天文學界一大猜想

“人類考古學家通過研究，想知道我們的祖先是誰。我們研究天文的人，也想知道宇宙第一代天體是怎么形成的，太陽的祖先長什么樣子。”一說起天文，施勇的神情就像個渴望探索世界的天真孩子。

自讀初中起，施勇便對各種物理現象感興趣。上高中時，他把老家書店里的各種物理競賽書都淘了個遍，并在全省物理奧賽中斬獲一等獎。

那時的他，每晚仰望星空，看到北極星和獵戶座，便會莫名興奮。“如果未來能做個天文學家就好了。”高三畢業后，他被保送至北京大學天文系。

2009年9月，施勇去了美國加州理工學院從事博士后研究。2013年3月，研究工作一結束，施勇想都沒想便回國入職了南京大學天文與空間科學學院。

宇宙中的恒星形成問題，是現代天文學重要的前沿研究領域之一。此前，已有結論表明，在宇宙早期，第一代恒星很難形成。但在觀測領域，由于觀測信號提取難度大，該結論一直未被證實。

現有方法行不通，施勇就另辟蹊徑，通過研究兩個近鄰貧金屬星系，他發現它們的恒星出生率比類銀河系星系的恒星出生率低約10～100倍。由此，施勇在國際上首次證實了第一代恒星的低出生率。

“如果直接測量星系的氣體和塵埃，誤差會比較大，但如果能確定塵埃和氣體的轉化因子，把這個轉化因子的弱信號提取出來，就能測量氣體。”施勇這一大膽的想法最終實現，研究成果發表在《自然》雜志中。有美國專家評價，在未來幾年，天文學家可以更深入理解貧金屬星系中的分子氣體和恒星形成。

看科幻電影也驗證是否靠譜

每天跟數字、代碼打交道，讓施勇變得內斂、理性，就連最愛的科幻片和科幻小說，也被他看成了教學片。

施勇看完《星際穿越》，經計算后發現，電影里的很多震撼畫面都是基于計算機模擬出來的結果，這讓他頗感興趣。

施勇

施勇也對電影《流浪地球》中用發動機推動地球的設想提出質疑。電影中設定的情節是太陽急速衰老膨脹，人類為了自救，傾全球之力在地球表面建造上萬座發動機和轉向發動機，推動地球離開太陽系。“我計算后發現，要想把地球推動，真不是幾萬個發動機能搞定的。”

施勇這股認真勁兒，也讓他的合作者與學生受益匪淺。他的同事張智昱說：“施勇常能基于觀測數據提出多種假設，并提出不同的驗證方法。”

施勇的學生李松霖，本科讀材料專業，大三時想換到天文專業，就給天文系的老師群發了郵件，咨詢轉專業需要的準備。“很快，我就收到了施老師的回信，他還把我的郵件轉給了相關老師，請他們幫忙。”李松霖說。

更巧的是，收到回信的第二天，李松霖就遇到了施勇，施勇又給他詳細介紹了天文專業，這讓李松霖吃了顆定心丸。

此后，李松霖在施勇的指導下完成了天文專業的本科畢業設計，并順利保送至天文系讀研，“很感謝當時施老師為我做的一切，更感謝他告訴我‘人還是要做自己熱愛的事情’。”

觀天的日子里處變不驚

與天文結緣后，施勇逐漸養成一幅處變不驚的性格。“對于天文學家來說，想拿到一流的觀測數據，就像一場前途未卜的賭博。”說這話時，他身體后仰，換了一個舒服的坐勢。

觀測的第一步必須要與國際同行競賽，爭取到使用望遠鏡觀測的時間。觀測時間方面的競爭非常激烈，例如，目前比較昂貴的望遠鏡——ALMA（阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡）只向非成員國的科學家開放約10個觀測名額，但申請人數可能在100位左右，這意味著申請成功率不到10%。

即使觀測時間申請成功，也要排隊半年才能輪到。如果不幸觀測的時候下雨或者天氣不好，那觀測就泡湯了。即便拿到了觀測數據，望遠鏡是否能捕捉到想要的信號，也未可知。

有一次，為了證明恒星形成新定律，施勇申請使用美國加州帕拉瑪山天文臺的望遠鏡，好不容易等到觀測那天，施勇卻發燒了。他硬是帶著39度的高燒，開車4小時上山觀測。

還有一次，施勇和一位學者赴西班牙觀測。兩人先后乘坐大巴、纜車、鏟雪車，輾轉到達觀測點所在的山頂。在海拔3000米處，兩人都出現了嚴重的高原反應。但他們來不及休息與照顧自己，每晚從12點觀測到次日凌晨8點，連續8天，每天持續工作。

不過，這次艱辛的觀測，讓施勇在國際上首次在極端貧金屬星系中探測到一氧化碳氣體，該成果后來發表在《自然》雜志的子刊上。

回國6年，施勇的科研工作一直在有條不紊地進行。如果想得到重要的成果，就要舍得花費大量精力與時間，去尋找別人觀測不到的信號，施勇寧可犧牲寫論文的時間，也要寫觀測申請。今年，施勇一口氣又申請了5個望遠鏡觀測時間，包括歐洲南方天文臺甚大望遠鏡、美國射電干涉儀、澳大利亞國立大學2.3米光學望遠鏡和西班牙30米口徑毫米波望遠鏡。他說只有不斷參與國際競爭，才能讓自己保持對科研的敏感。