徐燁：用熱愛描摹星空的模樣

衛(wèi)婷婷 李 桐

銀河系的真實(shí)面貌是什么？銀河系里螺旋狀的“手臂”是如何分布和運(yùn)動的？銀河系里真的有暗物質(zhì)存在嗎？這些一直都是天文學(xué)中懸而未決的重大謎題。中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員徐燁就是這些問題的解謎人。對星空的好奇讓他做出了人生中最重大的決定：用熱愛描摹星空的模樣。

徐燁

事實(shí)證明這條路他沒有選錯。在此后從事天文學(xué)研究領(lǐng)域的20多年里，他通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)高精度天體測量的劃時代突破，在銀河系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域做出了系統(tǒng)性的工作。銀河系權(quán)威專家Caswell在有關(guān)銀河系的綜述文章中評價相關(guān)成果是銀河系結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域的“一個里程碑（a landmark）”。

從地下到天上

1962年，徐燁出生在一個普通的礦工家庭。他從小就在煤礦子弟學(xué)校讀書，14歲初中畢業(yè)后，他順理成章地進(jìn)入了礦場工作，先從學(xué)徒開始做起，兩年后正式成為一名煤礦工人。

煤礦在偏遠(yuǎn)的山區(qū)，每天8小時高強(qiáng)度的體力勞動，徐燁咬著牙堅持了下來。在枯燥而危險的生活中，他唯一的消遣是在沒事的時候抬頭看看星空。每逢晴朗的夜晚，他總是能看到滿天的繁星在夜空中閃爍，時間長了，徐燁開始對星空產(chǎn)生了向往。礦工微薄的工資被他拿來買天文學(xué)相關(guān)的書籍，遇到看不懂的地方也不氣餒，每天都堅持閱讀。

對天文學(xué)的熱愛讓徐燁成為了一名天文愛好者，平時也會自己研究一些天文問題。有一次，徐燁拿著自己做的研究論文，請當(dāng)時上海天文臺的沈有根老師幫忙看看?！叭绻阆胍獜氖绿煳墓ぷ鞯脑?，還是要考研究生?！鄙蛴懈浅ＵJ(rèn)真地建議他去考研。從那以后，徐燁開始了艱難的研究生備考。英語不行，他就天天對著錄音機(jī)練習(xí)聽力和口語；理論知識不行，他就自學(xué)高中和大學(xué)的課程。一步步公式推導(dǎo)、一滴滴汗水積累，徐燁始終相信天道酬勤。1996年，他成功考上了中國科學(xué)院上海天文臺的研究生，開啟了全新的天文探索之路。

與銀河系結(jié)緣

2002年，博士畢業(yè)的徐燁進(jìn)入南京大學(xué)天文系博士后流動站工作。來到南京大學(xué)后，徐燁開始嘗試去測量銀河系天體的距離。“距離測得不準(zhǔn)，你對天文現(xiàn)象的描述就很難準(zhǔn)確?！毙鞜罱忉尩?，測準(zhǔn)了銀河系天體的距離，就能揭開銀河系的神秘面紗。在過去，天文學(xué)家常常通過模型間接地測量天體的距離，從而勾畫出銀河系的旋臂，但是徐燁發(fā)現(xiàn)這種方法得到的距離有很大的誤差。

徐燁和他的合作伙伴們決定拋棄舊方法，采用天文學(xué)里最古老的三角視差法?！耙缘厍虻教柕木嚯x為基線，測量地球-天體-太陽連線的夾角，就可以確定天體的距離。”原理很簡單，但技術(shù)富有極大挑戰(zhàn)！ 要測量整個銀河系的旋臂結(jié)構(gòu)，視差精度至少要比當(dāng)時提高100倍，相當(dāng)于在地球上看月球上一只螞蟻的張角。

在隨后的幾年時間里，徐燁及其團(tuán)隊解決了一系列具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題，在國際上率先提出用甚長基線干涉儀測量脈澤的三角視差和自行，研究銀河系旋臂結(jié)構(gòu)和運(yùn)動學(xué)性質(zhì)這一開創(chuàng)性的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。他們的第一個目標(biāo)就是天文界爭議已久的英仙臂的距離。他們向美國的射電望遠(yuǎn)鏡VLBA（Very Long Baseline Array）提出了5個歷元的觀測申請。但第一個歷元觀測完了以后結(jié)果并不理想，哈佛-史密松森天體物理中心的合作者認(rèn)為可能做不出來，徐燁也沒有太多的把握，但他不愿就此放棄。

“做不出來就拉倒，至少證明了這條路行不通，可以讓別人少走彎路?！毙鞜畹男膽B(tài)很好，“一切還沒到最后絕望的時候”，他繼續(xù)著對英仙臂剩余4個歷元的觀測，一邊檢查修改程序，改進(jìn)數(shù)據(jù)處理方法，一邊尋找新的研究目標(biāo)。

功夫不負(fù)有心人，2006年徐燁與項目組成功測量出銀河系英仙臂的距離，測量精度達(dá)2%，這是天文學(xué)史上精度最高的距離測量。鑒于該成果的重要性，《科學(xué)》雜志將其作為封面論文發(fā)表。這是以中國天文學(xué)家為第一作者的研究成果首次出現(xiàn)在該雜志封面上。英國皇家學(xué)會院士James Binney在同期雜志發(fā)表評論文章，高度評價其“開創(chuàng)了三角視差測量的新紀(jì)元（a new era）”。

但對于徐燁來說，確定英仙臂的距離只不過是“萬里長征”的第一步，后面還有很長的路要走。

離銀河系更近一步

青海省德令哈市以東35公里海拔3200米的戈壁灘上，坐落著中國科學(xué)院紫金山天文臺青海觀測站。這個觀測站內(nèi)的13.7米毫米波射電望遠(yuǎn)鏡是中國唯一一臺工作在毫米波段的大型射電天文觀測設(shè)備，為一系列重大科學(xué)項目提供觀測支持，并向全球天文學(xué)家開放使用。

2009年，徐燁成為中國科學(xué)院紫金山天文臺青海觀測站的站長。一年中他有近一半的時間都在這里做著觀測研究，“待多久取決于你的意愿，某種意義上講，這里非常清靜，做科研活動可能更好一點(diǎn)，所以我比較喜歡在這里”。徐燁笑著說，唯一不好的地方可能是高原氧氣少，很多人不能適應(yīng)。

徐燁（一排右四）團(tuán)隊合影

在高原寒冷缺氧的環(huán)境中，中國的天文學(xué)家正在實(shí)施一項宏大而富有詩意的科研項目：為浩如煙海的銀河畫像。在青海觀測站工作的12年里，徐燁和他的合作者們結(jié)合天體脈澤、分子氣體和大質(zhì)量恒星等繼續(xù)開展銀河系旋臂的研究，逐步構(gòu)建起多波段觀測相結(jié)合的銀河系旋臂結(jié)構(gòu)研究體系。他們發(fā)現(xiàn)了銀河系的一條新旋臂——本地臂；首次精確描繪了被廣泛認(rèn)可的太陽附近銀河系旋臂結(jié)構(gòu)新圖景，將旋臂結(jié)構(gòu)從北天延伸至南天；發(fā)現(xiàn)了距離銀心最遠(yuǎn)的一段氣體旋臂，并且率先提出了銀河系不是簡單地由宏偉的、規(guī)則的螺旋形主旋臂組成，而是由充滿著臂間次結(jié)構(gòu)的多條旋臂組成的復(fù)雜旋渦星系的新觀點(diǎn)。

這些成果的發(fā)現(xiàn)再一次引發(fā)了天文學(xué)界的廣泛關(guān)注，被評為國家自然科學(xué)基金委25年來“重大科學(xué)突破或重要科學(xué)進(jìn)展”案例之一。

新的旅程

前20年做礦工，后20年做天文，是徐燁常常掛在嘴邊的一句話，也是對他目前為止人生的高度概括，天文的博大精深至今仍然讓他著迷。也許是因為自己過去的經(jīng)歷，讓他對于學(xué)生的要求也有了新的想法。

“我對學(xué)生的要求是，來了以后好好工作。至于學(xué)生的能力大小，不是主要的，重要的是態(tài)度?！毙鞜钫f，只要團(tuán)隊里的每一個人盡一份力，相互團(tuán)結(jié)，擰緊一股繩，達(dá)到事半功倍的效果，推動學(xué)科往前發(fā)展，這就是徐燁心中的最佳隊伍。

2019年3月，SKA的7個創(chuàng)始成員國——中國、澳大利亞、意大利、荷蘭、葡萄牙、南非和英國正式簽署了成立SKA政府間國際組織的公約。SKA全稱“平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡”，是由2500面直徑15米的碟形天線陣列（中頻）、250個致密孔徑陣列以及130萬只對數(shù)周期天線陣列（低頻）組成的巨大網(wǎng)絡(luò)。

這個迄今人類歷史上規(guī)模最大的天文學(xué)工程于2021年1月1日開建，計劃2024年左右出第一批數(shù)據(jù)，2028年完成一期10%規(guī)模的建設(shè)。項目的設(shè)計壽命為50年，可以說，這將主導(dǎo)國際射電天文學(xué)界至少半個世紀(jì)的發(fā)展脈絡(luò)。

“我希望我們能在SKA項目中有一個好的起步?！毙鞜钊缡钦f，“10年以后SKA就可以開始正式工作了，這樣的一個黃金時間，中國必須抓住，因為在這個過程中可以訓(xùn)練人才隊伍，這對年輕的科研隊伍非常重要，勢必會影響一兩代人?！?/p>

2021年11月3日，2020年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會在北京人民大會堂隆重舉行，來自中國科學(xué)院紫金山天文臺青海觀測站的徐燁團(tuán)隊獲得國家自然科學(xué)獎二等獎。這個獎是對徐燁和團(tuán)隊探索銀河20余年，開創(chuàng)了三角視差測量的新紀(jì)元，誕生了廣獲認(rèn)可的新的銀河系旋臂圖，顛覆人類對銀河系傳統(tǒng)認(rèn)知的最佳證明。

星空無止境，徐燁的探索星空之旅還在繼續(xù)，也許在將來的某一天，他可以把銀河的具體形態(tài)完整地描摹出來。徐燁自己也在翹首以待。