——記中國(guó)科學(xué)院新疆天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)加爾肯·葉生別克
本刊記者 王海濤
世界上有兩件東西能夠深深地震撼人們的心靈，一件是我們心中崇高的道德準(zhǔn)則，另一件是我們頭頂上燦爛的星空。
——康德
天文學(xué)是一門古老而充滿生機(jī)的科學(xué)。
說它古老，是因?yàn)樘煳膶W(xué)在中國(guó)有著悠久、輝煌的歷史。中國(guó)古代很早就有專門觀測(cè)天象的天文臺(tái)，最早的天文臺(tái)建于夏代；元代曾經(jīng)在北京建立的司天臺(tái)，是當(dāng)時(shí)世界上最大的天文臺(tái)。我們有著令人羨慕的兩千年不間斷的天文記錄，有著精確的歷法理論�！妒酚�·秦始皇本紀(jì)》記載：“秦始皇七年，彗星先出東方，見北方，五月見西方……彗星復(fù)見西方十六日。”這是各國(guó)學(xué)者公認(rèn)的世界上最早的哈雷彗星記錄。
即使在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的當(dāng)今，天文學(xué)仍然是推動(dòng)科技理論發(fā)展的兩大原動(dòng)力之一（另一個(gè)是粒子物理學(xué)）。近年來，世界各國(guó)投入巨資建造越來越大、越來越先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡。比如，上海天文臺(tái)建設(shè)的65米天馬射電望遠(yuǎn)鏡，國(guó)家天文臺(tái)正在建設(shè)的500米口徑FAST射電望遠(yuǎn)鏡，美日歐等國(guó)家和地區(qū)合作建設(shè)的亞毫米波望遠(yuǎn)鏡陣ALMA，以及HERSCHEL、PLANCK空間望遠(yuǎn)鏡等等。數(shù)以萬計(jì)的天文學(xué)家正在使用這些望遠(yuǎn)鏡孜孜不倦地探索著宇宙的奧秘。
天文學(xué)與其他自然科學(xué)不同之處在于，天文學(xué)的主要實(shí)驗(yàn)方法是觀測(cè)，通過觀測(cè)來收集天體的各種信息。因而需要建設(shè)不同波段的望遠(yuǎn)鏡，以及使用望遠(yuǎn)鏡開展觀測(cè)研究的天文臺(tái)。天文臺(tái)的臺(tái)址選擇非常重要，其周圍的環(huán)境往往直接影響著觀測(cè)效果。不同波段的望遠(yuǎn)鏡對(duì)環(huán)境要求有所不同，比如，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡要求大氣寧靜度高，光污染少。射電望遠(yuǎn)鏡要求沒有無線電干擾等等。因此望遠(yuǎn)鏡大多建在人煙稀少的高海拔地區(qū)，這也注定天文觀測(cè)本身將是一份寂寞的事業(yè)。
對(duì)于中科院新疆天文臺(tái)南山觀測(cè)基地的科研人員來說，為了自己心愛的事業(yè)，他們選擇了在寂寞中努力奮斗，執(zhí)著前行。
南山觀測(cè)基地距烏魯木齊市近100公里的甘溝鄉(xiāng), 坐落在一塊海拔2080米的高地上。10月初的天氣，秋意正濃，這里卻已是銀裝素裹，25米射電望遠(yuǎn)鏡遙望天穹。這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡是我國(guó)最早建成厘米波分子譜線觀測(cè)系統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡，該系統(tǒng)由我國(guó)第一位哈薩克族天文學(xué)博士加爾肯·葉生別克研究員負(fù)責(zé)建成的。
不怕困難挑重?fù)?dān)
南山觀測(cè)基地25米射電望遠(yuǎn)鏡建立于1994年，最初僅是服務(wù)于國(guó)際天文聯(lián)測(cè)。為了充分發(fā)揮望遠(yuǎn)鏡的潛力，開展單天線觀測(cè)研究，剛剛參加工作不久的加爾肯·葉生別克受命建立分子譜線觀測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)，整個(gè)團(tuán)隊(duì)只有他自己一個(gè)人，是名副其實(shí)的“光桿司令”。采訪中，他回憶起當(dāng)年的艱難，仿佛歷歷在目：“當(dāng)時(shí)的條件非常困難，沒有設(shè)備，也沒有任何經(jīng)費(fèi)支持建立分子譜線觀測(cè)系統(tǒng)。分子天體物理與分子譜線觀測(cè)對(duì)我們來說是全新的領(lǐng)域，我們只能靠自己的力量，邊學(xué)邊干，螞蟻啃骨頭一樣摸索、實(shí)踐。”
在南京大學(xué)天文系鄭興武老師的幫助下，加爾肯·葉生別克從紫金山天文臺(tái)借來聲表面波頻譜儀，從云南天文臺(tái)借來頻率發(fā)生器，并定做了頻率轉(zhuǎn)換器。在此基礎(chǔ)上，建成了初步的分子譜線觀測(cè)系統(tǒng)。與此同時(shí)，他自學(xué)了C語言，自己編寫觀測(cè)軟件，出色完成調(diào)試譜線系統(tǒng)和定標(biāo)等大量工作，成功觀測(cè)到水脈澤譜線。之后，他根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不斷完善譜線觀測(cè)系統(tǒng)，終于在1997年建立起終端為40MHz帶寬、1024通道的分子譜線觀測(cè)系統(tǒng)，使南山基地成為國(guó)內(nèi)最早的厘米波段分子譜線觀測(cè)基地。
2004年，加爾肯·葉生別克帶領(lǐng)團(tuán)組將分子譜線觀測(cè)系統(tǒng)終端升級(jí)為80MHz帶寬、4096通道的單路數(shù)字自相關(guān)頻譜儀。使用該系統(tǒng)成功地觀測(cè)到6cm波段的氫復(fù)合線和甲醛吸收線。2010年，這套分子譜線觀測(cè)系統(tǒng)的終端進(jìn)一步升級(jí)為1GHz帶寬、8192通道的雙路DFB系統(tǒng)。DFB系統(tǒng)是世界上最好的數(shù)字自相關(guān)頻譜儀之一。
在不斷完善分子譜線觀測(cè)系統(tǒng)的同時(shí)，加爾肯·葉生別克積極開拓分子天體物理研究這個(gè)陌生領(lǐng)域。經(jīng)過多年的奮斗，當(dāng)年孤軍作戰(zhàn)的他逐漸組織起了一支精兵強(qiáng)將——恒星形成與演化團(tuán)組。加爾肯·葉生別克根據(jù)南山25米望遠(yuǎn)鏡分子譜線觀測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，精心確定了合適的研究課題，依靠該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)做出了一系列具有國(guó)際顯示度的成果。主要包括：通過甲醛和氫復(fù)合線大尺度成圖觀測(cè)首次研究了一批大質(zhì)量恒星形成區(qū)中甲醛分子云的物理性質(zhì)以及甲醛與一氧化碳的關(guān)系等。探測(cè)到150多個(gè)新甲醛譜線源，測(cè)定了一批UCHII區(qū)的運(yùn)動(dòng)學(xué)距離，研究了甲醛與氨分子、甲醇脈澤的關(guān)系。
為了實(shí)現(xiàn)北半球銀河系氨分子譜線巡天觀測(cè)，一臺(tái)高靈敏度1.3cm波段接收機(jī)必不可少。2007年開始，在中科院裝備處和自然科學(xué)基金天文聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目的支持下，加爾肯·葉生別克與天文臺(tái)的工程師一起研制成功1.3cm波段高靈敏度雙極化制冷接收機(jī)和相關(guān)的軟硬件設(shè)備，接收機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。2014年年初，新接收機(jī)成功用于氨分子巡天觀測(cè)和水脈澤巡測(cè)。
至此，加爾肯·葉生別克花費(fèi)無數(shù)心血建設(shè)的南山基地25米射電望遠(yuǎn)鏡分子譜線觀測(cè)系統(tǒng)發(fā)展到了一個(gè)新高度。該系統(tǒng)配備了國(guó)際先進(jìn)水平的頻譜儀（DFB）和1.3cm雙極化制冷接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)了On The Fly觀測(cè)模式，觀測(cè)能力大幅提升。它可以在1.3cm、6cm和18cm波段觀測(cè)NH3、H2O、CH3OH、H2CO、H110α、OH等分子譜線。而且，南山基地的氣象條件非常好，每年的晴天數(shù)超過200天。這使得南山25米射電望遠(yuǎn)鏡成為世界上同等口徑望遠(yuǎn)鏡中，可以從事厘米波分子譜線觀測(cè)研究的最好望遠(yuǎn)鏡之一。
“哈薩克族，從小學(xué)到高中讀哈薩克語學(xué)校，初中開始學(xué)漢語，上大學(xué)時(shí)使用維語，自學(xué)俄語，20世紀(jì)90年代末自學(xué)英語。”這名當(dāng)年從新疆阿勒泰走出的哈薩克少年，如今已是新疆天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)。二十幾年寒暑交替，大約已無人再探究這時(shí)光流轉(zhuǎn)背后的艱辛。然而，當(dāng)我看到加爾肯·葉生別克字?jǐn)?shù)寥寥的個(gè)人簡(jiǎn)介，卻無法不去想象需要多少付出、忍受多少寂寞才可以積淀出今日的成功。
滿懷雄心攀高峰
銀河系星際介質(zhì)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)是當(dāng)代天體物理中最具有挑戰(zhàn)意義的研究課題之一，對(duì)研究大尺度恒星形成規(guī)律、解釋星系形成和演化有著非常重要的意義。加爾肯·葉生別克根據(jù)南山基地25米射電望遠(yuǎn)鏡分子譜線觀測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，在深入理解本研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的情況下，將北半球銀道面氨分子巡天觀測(cè)研究作為主攻課題。
高密度度氣體構(gòu)成的分子云是恒星形成的場(chǎng)所，高密度氣體的分布則是銀河系形態(tài)和結(jié)構(gòu)的直接體現(xiàn)。銀河系高密度氣體的分布與物理性質(zhì)等信息對(duì)于真正解決大尺度的恒星形成規(guī)律乃至星系的形成和演化等天體物理根本問題是必不可少的。氨分子是銀河系最豐富的多原子分子之一，而且激發(fā)密度高，是探測(cè)銀河系高密氣體成分的理想探針。由于每條譜線都有精細(xì)結(jié)構(gòu)，研究者可通過氨分子觀測(cè)方便地計(jì)算分子云核的溫度和密度，同時(shí)得到分子云核的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。
北天銀道面高密度氣體的大尺度分布和物理性質(zhì)至今仍然沒有系統(tǒng)的觀測(cè)研究。加爾肯·葉生別克敏銳地認(rèn)識(shí)到這是恒星形成與演化團(tuán)組難得的歷史機(jī)遇。抓住這個(gè)機(jī)會(huì)，團(tuán)組將承擔(dān)起探測(cè)北天銀道面高密氣體的分布與物理性質(zhì)的重任，并由此開展巨分子云的大尺度結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)、北天銀道面大尺度恒星形成規(guī)律、銀河系結(jié)構(gòu)等前沿天體物理課題的研究，為解決這些天體物理根本問題作出我們的貢獻(xiàn)，同時(shí)為天文學(xué)研究貢獻(xiàn)寶貴的數(shù)據(jù)資源。加爾肯·葉生別克也清醒得認(rèn)識(shí)到，真正把這個(gè)想法落到實(shí)處，還有很多工作要做。
“工欲善其事，必先利其器”，加爾肯·葉生別克深知這個(gè)道理。他首先積極推進(jìn)氨分子巡天觀測(cè)所須硬件和軟件的研制，主要是高靈敏的1.3cm接收機(jī)和On The Fly觀測(cè)模式的軟件。一方面進(jìn)行觀測(cè)研究的理論準(zhǔn)備。
2007年開始，依托加爾肯·葉生別克主持的國(guó)家自然科學(xué)基金天文聯(lián)合重點(diǎn)項(xiàng)目“1.3cm接收系統(tǒng)研制和銀河系氨分子譜線巡天觀測(cè)”。加爾肯·葉生別克與新疆天文臺(tái)的工程師一起研制完成了高靈敏度、高穩(wěn)定性雙極化制冷1.3cm波段接收系統(tǒng)，接收機(jī)噪聲溫為低于18K，穩(wěn)定度～0.05%。系統(tǒng)溫度在天氣晴的情況下為36K（天頂），天線效率38%。達(dá)到了同類望遠(yuǎn)鏡的國(guó)際先進(jìn)水平。在這個(gè)為期5年的項(xiàng)目中，加爾肯·葉生別克和團(tuán)組成員進(jìn)行了大量繁瑣細(xì)致而又必不可少的工作。通過此項(xiàng)目，25米望遠(yuǎn)鏡的分子譜線觀測(cè)系統(tǒng)的觀測(cè)波段擴(kuò)展到1.3cm波段，為氨分子譜線巡天觀測(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2013年年底，加爾肯·葉生別克指導(dǎo)吳剛博士開發(fā)了分子譜線系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集（OTF）觀測(cè)軟件。OTF觀測(cè)模式是在天線勻速運(yùn)動(dòng)過程中快速記錄譜線數(shù)據(jù)，從而完成天區(qū)成圖的一種觀測(cè)模式。其最大特點(diǎn)是節(jié)省觀測(cè)時(shí)間，提高觀測(cè)效率。OTF觀測(cè)模式的建成使得25米射電望遠(yuǎn)鏡的分子譜線系統(tǒng)有了更強(qiáng)大的觀測(cè)能力，非常有利于氨分子譜線大尺度成圖和巡天研究工作。在軟件開發(fā)過程中，加爾肯·葉生別克對(duì)OTF概念的深刻理解，對(duì)開發(fā)技術(shù)路線的準(zhǔn)確把握給吳剛博士留下了深刻印象。加爾肯·葉生別克還帶領(lǐng)團(tuán)組更新了分子譜線系統(tǒng)的頻譜儀，完成了觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理軟件的編寫與調(diào)試。至此，南山25米望遠(yuǎn)鏡終于完成了氨分子巡天的準(zhǔn)備工作。經(jīng)過多年辛勤耕耘，加爾肯·葉生別克和他的團(tuán)隊(duì)終于迎來了收獲的時(shí)刻，心中滿是喜悅和激動(dòng)。
2014年年初，加爾肯·葉生別克帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)正式開始氨分子巡天觀測(cè)，完成了8平方度天區(qū)的巡天觀測(cè)，在許多13CO核心區(qū)域觀測(cè)到氨分子譜線。談起這些初步研究成果和未來的發(fā)展，加爾肯·葉生別克如數(shù)家珍，言語中透露出無比的信心和期待。“這說明我們的預(yù)期目標(biāo)是準(zhǔn)確的，南山25米望遠(yuǎn)鏡分子譜線系統(tǒng)有能力開展氨分子巡天觀測(cè)。我們將首次給出北天銀道面氨分子示蹤的致密氣體的大尺度結(jié)構(gòu)，其密度將比CO分子云高約兩個(gè)量級(jí)，屬于銀河系大尺度結(jié)構(gòu)更為核心的骨架部分。與CO線巡天和紅外巡天結(jié)果比較研究,可以使人類了解彌漫分子云到分子云核,分子云核到原恒星演化的大尺度規(guī)律。同時(shí)，項(xiàng)目將首次給出北天銀道面致密氣體的大尺度溫度分布、密度分布以及運(yùn)動(dòng)學(xué)信息，并首次獲得北天銀道面巨分子云中致密氣體的大尺度結(jié)構(gòu)與物理質(zhì)”。
加爾肯·葉生別克的信心源于過去數(shù)年里艱苦細(xì)致的準(zhǔn)備工作，從項(xiàng)目的整體籌劃到硬件、軟件的研制開發(fā)到科學(xué)意義的充分調(diào)研和研究思路的確定，他無不親力親為，引導(dǎo)和帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一起奮斗。2014年，加爾肯·葉生別克主持的“北半球銀道面氨分子巡天觀測(cè)研究”獲得國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目支持，這已經(jīng)是他主持的關(guān)于氨分子巡天觀測(cè)的第二個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目。他說：“這是對(duì)我們前期工作的肯定，也是對(duì)項(xiàng)目科學(xué)意義的肯定。目前，只有澳大利亞MOPRA 22m望遠(yuǎn)鏡完成了南半球銀道面的氨分子巡天。而在北半球銀道面還沒有一個(gè)高密度分子氣體的巡天。因此，這也將是國(guó)際上首次對(duì)北半球銀道面進(jìn)行無偏氨分子譜線巡天”。
為人師表育人才
一花獨(dú)放不是春，百花齊放春滿園。加爾肯·葉生別克研究員不僅癡迷于射電天文觀測(cè)研究，還把這種精神傳遞給團(tuán)組的每一個(gè)人，激發(fā)起他們從事天文研究的信心和熱情。他悉心指導(dǎo)年輕人的科研工作，引導(dǎo)他們確定研究方向，督促他們申請(qǐng)基金項(xiàng)目，為他們繼續(xù)深造創(chuàng)造機(jī)會(huì)。新疆天文臺(tái)恒星形成與演化團(tuán)組成員包括周建軍研究員、吳剛和紀(jì)偉光助理研究員、湯新弟博士等。在他的帶領(lǐng)下，團(tuán)組學(xué)術(shù)氣氛濃厚，大家齊心協(xié)力搞研究�，F(xiàn)在的研究課題包括：使用南山基地25米射電望遠(yuǎn)鏡分子譜線觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行甲醛與氫復(fù)合線巡天和水脈澤的搜尋觀測(cè)、觸發(fā)恒星形成、紅外暗云、分子云的磁場(chǎng)與湍動(dòng)、天體化學(xué)、恒星形成理論模擬等。團(tuán)組成員已完成國(guó)家自然科學(xué)基金天文聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和青年基金項(xiàng)目、中科院西部之光項(xiàng)目等多項(xiàng)國(guó)家級(jí)及省部級(jí)課題，正在執(zhí)行國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和青年基金項(xiàng)目、中科院西部之光重點(diǎn)項(xiàng)目等5項(xiàng)課題并參加兩個(gè)“973”項(xiàng)目，現(xiàn)已發(fā)表SCI論文50多篇。
加爾肯·葉生別克研究員非常重視人才培養(yǎng)，他是新疆天文臺(tái)最早的研究生導(dǎo)師之一。從培養(yǎng)第一個(gè)碩士研究生開始，他就給自己確定一個(gè)原則，為國(guó)家培養(yǎng)有用人才。他說“我的學(xué)生不能是書呆子。只會(huì)寫論文，別的都不會(huì)肯定不行。”加爾肯·葉生別克研究員獨(dú)特的育人理念使得他培養(yǎng)的研究生在工作崗位上有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，很快就可以出成績(jī)。2014年，他通過聯(lián)合培養(yǎng)方式培養(yǎng)的一名尼日利亞博士研究生順利畢業(yè)，這也是新疆天文臺(tái)培養(yǎng)的第一位外籍博士生。目前，加爾肯·葉生別克研究員正在培養(yǎng)4名碩士生和5名博士生，其中包括1名來自馬來西亞的聯(lián)合培養(yǎng)博士生。
只爭(zhēng)朝夕探奧秘
采訪加爾肯·葉生別克研究員的時(shí)候，你看不到一星半點(diǎn)驕傲自滿的情緒，有的只是沉甸甸的緊迫感和使命感。重點(diǎn)項(xiàng)目“北半球銀道面氨分子巡天觀測(cè)研究”將持續(xù)5年，觀測(cè)研究北天銀道面200平方度的天區(qū)。他說:“今年項(xiàng)目剛剛開始，還有一些領(lǐng)域的研究需要繼續(xù)深入。未來的觀測(cè)和研究任務(wù)非常重，肯定會(huì)遇到不少挑戰(zhàn)。我們必須抓緊時(shí)間，有些事情你不做，別人就做了。”是的，時(shí)不我待，只爭(zhēng)朝夕。這就是加爾肯·葉生別克研究員和他的團(tuán)組的拼搏勁頭。談到未來，他露出了微笑，“我們有完善的分子譜線觀測(cè)系統(tǒng)，有一支充滿活力的年輕研究隊(duì)伍。我相信我們會(huì)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的科研目標(biāo)，獲得一流的研究成果。”——這就是加爾肯·葉生別克研究員，一個(gè)永不停歇的宇宙奧秘探索者。
遠(yuǎn)遠(yuǎn)的街燈明了，
好像閃著無數(shù)的明星。
天上的明星現(xiàn)了，
好像點(diǎn)著無數(shù)的街燈。
我想那縹渺的空中，
定然有美麗的街市。
街市上陳列的一些物品，
定然是世上沒有的珍奇。
……
(《天上的街市》,郭沫若)
每當(dāng)夜幕降臨，南山觀測(cè)基地便陷入一片沉寂，遠(yuǎn)處是連綿的山巒,沒有萬家燈火、花前月下，更不見推杯換盞觥籌交錯(cuò)，甚至連手機(jī)信號(hào)都無處可覓。只能聽見黑暗中傳來的25米望遠(yuǎn)鏡運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音，只能看到實(shí)驗(yàn)室里控制臺(tái)前神情專注的科研人員。詩人筆下的宇宙充滿詩情畫意，卻不見研究人員日復(fù)一日年復(fù)一年的執(zhí)守寂寞，那美麗街市上的珍奇物品，是他們用青春換來的人類最寶貴的財(cái)富。
責(zé)編：微科普