馮毅：憑一招鮮吃遍“宇宙”

趙廣立

近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員李菂領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》發(fā)表論文，介紹他們?cè)诳焖偕潆姳╊I(lǐng)域新的重要發(fā)現(xiàn)。33歲的之江實(shí)驗(yàn)室研究專家馮毅為共同第一作者。

馮毅靠智能計(jì)算，從浩如煙海的天文探測(cè)數(shù)據(jù)中深度挖掘，以尋找宇宙奧義。他的工具是高性能計(jì)算機(jī)，天文數(shù)據(jù)則主要來(lái)自部署在世界各地的天文望遠(yuǎn)鏡，這其中就包括我國(guó)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡——FAST。

“智能計(jì)算為基礎(chǔ)研究帶來(lái)了新工具和新范式。科研人員未必預(yù)料得到的創(chuàng)新突破，也許就會(huì)在智能計(jì)算與天文研究的融合創(chuàng)新中涌現(xiàn)出來(lái)。”馮毅說(shuō)。

“宇宙為我做實(shí)驗(yàn)”

2007年，快速射電暴首次被人類探測(cè)到，之后迅速成為全球天文科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。這也是馮毅近年來(lái)的研究重心。

“快速射電暴是一種非常劇烈的宇宙爆發(fā)現(xiàn)象，‘快速指它發(fā)生得很快，在毫秒量級(jí)；‘射電暴指它的能量巨大，每次釋放的能量比太陽(yáng)一年釋放的能量還多。”這種目前沒(méi)有被公認(rèn)解釋的神奇天文現(xiàn)象，勾起了馮毅無(wú)限的好奇心。

2019年，李菂團(tuán)隊(duì)通過(guò)FAST觀測(cè)到了持續(xù)活躍的快速射電暴，命名為“20190520B”——這是FAST“多科學(xué)目標(biāo)同時(shí)巡天（CRAFTS）”項(xiàng)目所發(fā)現(xiàn)的、世界首例持續(xù)活躍重復(fù)暴，且持續(xù)可靠。

馮毅告訴筆者，重復(fù)暴的出現(xiàn)，讓快速射電暴研究不再是大海撈針，天文學(xué)家可以對(duì)特定目標(biāo)持續(xù)檢測(cè)，以捕獲更多爆發(fā)數(shù)據(jù)。

“我非常好奇最新的觀測(cè)為我們揭開(kāi)了宇宙哪些奧秘。”馮毅說(shuō)，“我動(dòng)手能力不強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)物理并非強(qiáng)項(xiàng)。但天體物理不同，是宇宙在為我做實(shí)驗(yàn)。我要做的就是運(yùn)用科學(xué)方法，揭開(kāi)宇宙星體奧秘。”

與快速射電暴的故事

2022年3月，快速射電暴的神秘面紗被馮毅揭開(kāi)了小小一角。他通過(guò)對(duì)快速射電暴偏振的計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，不同快速射電暴的表現(xiàn)，可以用一套統(tǒng)一的公式描述。這意味著這些不同表現(xiàn)的快速射電暴，有可能是同一種天體演化到不同階段所呈現(xiàn)的樣子。

馮毅的發(fā)現(xiàn)提供了一種研究快速射電暴復(fù)雜環(huán)境的獨(dú)特方法，為構(gòu)建重復(fù)快速射電暴的演化圖奠定了基礎(chǔ)。馮毅以唯一第一作者身份將該成果發(fā)表于《科學(xué)》。而此次最新發(fā)表的《科學(xué)》成果，則將快速射電暴的起源研究又向前推進(jìn)了一步。

研究團(tuán)隊(duì)利用位于澳大利亞的帕克斯望遠(yuǎn)鏡和位于美國(guó)的綠岸望遠(yuǎn)鏡，對(duì)“20190520B”進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)17個(gè)月的監(jiān)測(cè)。拿到觀測(cè)數(shù)據(jù)后，馮毅運(yùn)用智能算法去繁就簡(jiǎn)，測(cè)量并分析了其中的偏振數(shù)據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其“法拉第旋轉(zhuǎn)量”存在巨大變化。

“法拉第旋轉(zhuǎn)量隱藏了諸多宇宙磁場(chǎng)環(huán)境特征，對(duì)于射電天文學(xué)研究至關(guān)重要。”馮毅解釋說(shuō)，通過(guò)分析法拉第旋轉(zhuǎn)量，可以反推快速射電暴所經(jīng)過(guò)的宇宙磁場(chǎng)環(huán)境。

馮毅和研究團(tuán)隊(duì)利用之江智能計(jì)算天文平臺(tái)的算法高效處理數(shù)據(jù)，通過(guò)綜合分析發(fā)現(xiàn)，“20190520B”的法拉第旋轉(zhuǎn)量經(jīng)歷了兩次正負(fù)值劇烈轉(zhuǎn)變的過(guò)程。

“這顯示出它周邊磁場(chǎng)存在著極端反轉(zhuǎn)，也就意味著‘20190520B可能處在雙星系統(tǒng)中，而雙星的伴星可能是黑洞或者大質(zhì)量恒星。”馮毅認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)使快速射電暴起源研究邁出了重要一步。

“一招鮮”既有個(gè)人天分也有團(tuán)隊(duì)加持

馮毅目前是之江實(shí)驗(yàn)室智能計(jì)算平臺(tái)研究中心研究專家，負(fù)責(zé)牽頭建設(shè)“快速射電暴數(shù)據(jù)分析及可視化平臺(tái)”。他擅長(zhǎng)的正是在天文中引入智能計(jì)算技術(shù)，破解數(shù)據(jù)篩選和分析難題，讓巡天數(shù)據(jù)處理“撥開(kāi)云霧見(jiàn)月明”。

馮毅在計(jì)算天文領(lǐng)域“一招鮮”是怎么練成的？

還在小學(xué)一年級(jí)，馮毅就與科學(xué)結(jié)緣，在書店一眼看中了《中國(guó)少年兒童百科全書》，小小少年心中種下了好奇的種子。初中起，馮毅開(kāi)始接觸數(shù)學(xué)競(jìng)賽，升學(xué)進(jìn)入華中師范大學(xué)第一附屬中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)班后，高中3年又專注物理競(jìng)賽，并在高三那年被保送清華大學(xué)物理系。

馮毅說(shuō)，中學(xué)對(duì)數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，加深了他對(duì)科學(xué)的興趣，也為他后來(lái)從事天文計(jì)算研究打下基礎(chǔ)。

在清華學(xué)習(xí)期間，馮毅的“物理世界”越發(fā)多姿多彩。憑著興趣，他最終選擇了天體物理專業(yè)。2014年，馮毅前往美國(guó)深造，并很快小有建樹——以一作身份在《自然》發(fā)表論文，闡釋在“疏散星團(tuán)化學(xué)組分均勻性的起源”方面的理論見(jiàn)解。

在這之后，馮毅的研究經(jīng)歷了兩年的“阻滯”，他回國(guó)創(chuàng)業(yè)。缺少創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗(yàn)的他難以像在科學(xué)探索中那樣如魚得水，于是與科學(xué)再續(xù)前緣。

“還是做學(xué)術(shù)更有趣。”馮毅說(shuō)，之江實(shí)驗(yàn)室非常支持年輕人，且人事管理制度很靈活，這讓他們的團(tuán)隊(duì)得以在一兩年內(nèi)從幾個(gè)人發(fā)展到30多人，并完善了科研機(jī)制和平臺(tái)建設(shè)。

馮毅提到，他們團(tuán)隊(duì)非常感念南仁東先生。“感謝他領(lǐng)導(dǎo)建設(shè)的FAST和留下來(lái)的精神遺產(chǎn)，我們非常榮幸能站在前輩的肩膀上，引領(lǐng)國(guó)際。”

對(duì)于會(huì)不會(huì)有壓力、是否擔(dān)心未來(lái)不再有如此旺盛的產(chǎn)出，馮毅的回答是“不擔(dān)心”。“做好研究是最重要的，我不太喜歡預(yù)設(shè)和承諾，把每個(gè)科學(xué)問(wèn)題想明白、弄清楚，就知足了。”他說(shuō)。