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[訪談]王力帆:從超新星1987A到雙中子星引力波

2017年, 雙中子星引力波事件在中國掀起了輿論的熱潮, 中國在南極昆侖站的天文臺也拍攝到了該事件的光學圖片, 相關文章發表在中國國內的《科學通報》上, 引起了巨大的社會反響。 中國科學院紫金山天文臺研究員、南極天文中心主任、美國Texas A&M大學教授王力帆也進入了科學媒體的視野, 蝌蚪五線譜網站在事件沉靜後的一個多月後對他進行獨家訪談。

求學之路

王力帆出生在陝西寶雞, 1981年進入中國科學技術大學讀大學, 他在本科階段讀的是無線電電子學微波專業, 這是一個偏應用的學科, 因此王力帆在大學時代學習了許多與微波技術相關的理論和工程知識。

除了大量的電磁學課程, 譬如電磁學, 電動力學, 微波技術, 天線理論等等, 他也學習了很多物理學的其它課程。

可是, 在學習這些微波知識的同時, 王力帆發現自己似乎對天文學與宇宙學這樣的學科更感興趣。

1985年, 霍金受中國科技大學邀請第一次訪問中國。 當時霍金在科大的水上報告廳做了一個科普報告, 這個科普報告和宇宙學及時間的本質有關。 當時王力帆也去聽了這個科普講座, 他被霍金所描述的宇宙時空的概念所震撼, 他朦朧地感覺到這些概念似乎比大學期間學的狹義相對論時空觀更加神奇。

於是, 大學畢業以後, 王力帆改變專業方向,

他進入了中國科技大學天文學系攻讀博士學位。

超新星1987A

1987年2月23日, 一位加拿大天文學家在大麥哲倫星雲(距離地球大概16萬光年, 這是離地球最近的星系)中發現了一顆5等星, 它很快就被證實是一顆超新星。 這是自明朝萬曆三十二年(1604年)以來第一顆用肉眼就能看到的超新星。 當時的著名天文學家開普勒對萬曆年間的這顆超新星進行了觀測, 因此這個超新星也被稱為開普勒新星。

而1987年的這顆超新星被命名為超新星1987A。 1989年, 王力帆通過教育部與歐洲南天天文臺的合作培養協定, 從中國科大後去歐洲南天天文臺攻讀博士學位, 這也給了他一個千載難逢的好機會:觀測超新星1987A。 當時國際天文學界對剛爆發的超新星1987A很有興趣,

其中日本的小柴昌俊實驗組還意外地發現了這個16萬光年之外的禮物——超新星中微子。

在歐洲南天天文臺, 王力帆是最早使用1989年投入使用的3.5米新技術望遠鏡天文學家之一。 王力帆也有一個意外的大發現, 他發現超新星1987A的週邊有一個明亮的環, 環外面還包裹著一層彌散的星雲, 其形狀神似一個拿破崙帽子。

王力帆發現到的超新星1987A的環 及拿破崙帽狀星雲

(上圖中除插入的哈勃望遠鏡圖像外, 其它資料都來源於歐洲南天天文臺的新技術望遠鏡)

王力帆的這個發現震驚了國際天文界, 而相關論文也得以在著名的物理學期刊《自然》上刊出, 這是王力帆的第一篇重量級的論文。 這個環在1990年哈勃望遠鏡升空後, 得到了進一步觀測。

哈勃學者

1993年, 在得到博士學位以後, 王力帆回國在北京天文臺呆了一年左右, 期間觀測了超新星1993J, 結果也發表在《自然》期刊上。 這是他的第二篇重要的論文, 也是中國天文學家首次在《自然》雜誌上發表中國天文望遠鏡的發現結果。

1994年王力帆出國去了美國的德州大學奧斯丁分校, 他得到了重要的博士後獎金項目, 成為哈勃學者。 該項學術獎金是國際上久負盛名的天文和天體物理學的博士後獎金專案, 面向全世界的年輕天文學家, 篩選過程的競爭激烈。 在奧斯丁分校期間他開創了超新星偏振的觀測。

王力帆是最早系統開展超新星偏振觀測的天文學家。 剛開始觀測的時候, 實驗條件非常艱苦, 當時還沒有10米級大口徑望遠鏡, 只有一個建於1938年的很老的2.1米望遠鏡。 由於望遠鏡口徑小, 一組偏振觀測需要疊加兩三個晚上的資料才能發現一些暗弱的偏振信號。 那時北師大的李宗偉老師也去奧斯丁分校訪問, 他和王力帆一起做了很多觀測, 也因此他和李老師成了好朋友。雖然有很多困難,最後這個項目也堅持了下來,為這一研究領域奠定了基礎。超新星偏振觀測在10米級望遠鏡建成後迅速發展,為超新星爆炸的物理機制提供了非常重要的觀測資料。

王力帆做學術報告

超新星的偏振可以告訴我們超新星爆炸時的形狀,如果是球形的,偏振就很小,如果非常不對稱,偏振就會比較大。偏振要測量光子的自旋狀態,一般的天文觀測只關心光子的數目。超新星爆發時的光子偏振都非常小,很不容易測量。不同的爆炸機制預言不同的爆炸後的幾何結構。觀測偏振可以直接限制超新星的爆炸機制。

超新星與宇宙加速膨脹

2000年,王力帆到了羅倫茲伯克利實驗室,參與了超新星宇宙學專案,負責超新星光譜資料分析。1998年在宇宙學領域發生了一件大事,而王力帆也是這個大事件的見證者——當時Saul Perlmutter等人根據對一種具有標準燭光亮度性質的遠方超新星的觀測,推斷出我們的宇宙正在加速膨脹。

而王力帆所加入的實驗室,他們的團隊的負責人正是Saul Perlmutter。

王力帆告訴蝌蚪五線譜:“這些用於宇宙學的超新星都非常遠,非常暗。需要10米級的望遠鏡才能測量到它們的光譜。那時候經常去夏威夷觀測。我們要從很暗弱的信號裡找出超新星的蛛絲馬跡,確定它們是不是我們想找的那種超新星。”

超新星宇宙學仍然是天文學的熱點領域。但是,中國目前還沒有能觀測高紅移超新星的望遠鏡。如果計畫中的12米大口徑望遠鏡可以上馬或者中國能夠實質性的加入30米望遠鏡合作項目,這一現狀將會被改變。

中子星引力波的光學觀測

2017年 10月16日22點,美國國家科學基金會宣佈:鐳射干涉引力波天文臺(LIGO)和處女座引力波天文臺(Virgo)於2017年8月17日首次發現雙中子星併合引力波事件。此次引力波現象發生在南天的長蛇座,北天的望遠鏡很難看到,所以中國的大多數望遠鏡沒能進行觀測,比如剛剛建成的FAST以及很多光學望遠鏡(雲南麗江的2.4米望遠鏡和國家天文臺興隆觀測站的2.16米光學望遠鏡等)。

不過幸運的是,中國位於南極Dome A的50釐米的南極光學巡天望遠鏡(AST3)也參與了觀測,這個項目的負責人正是王力帆研究員。

在引力波源資訊發佈的約一天后,AST3望遠鏡開展了對於這個目標源的觀測。當時南極的冬天剛剛過去,目標天體的地平高度較低,每天差不多只有2個小時左右的觀測時間。南極天文中心的望遠鏡最終進行了10天的觀測,得到了目標天體的光變曲線,這一結果發表後激發了中國民眾的民族自豪感。

王力帆告訴蝌蚪五線譜,中國極地研究中心的科考隊伍於2005年到達南極冰穹A。冰穹A有可能是一個十分優良的天文臺址。於是他與崔向群院士一起開始探討南極天文觀測的可能性。隨後,南極天文臺項目獲益于整個天文界的大力支持。科學院基礎局及天文臺的國家天文財政專項都給予了關鍵性的支持。南大,清華,北師大不光有優秀的團隊參加,而且也給予了強大的經費支援。除了觀測到了中子星引力波事件的光學圖像,在南極的這個望遠鏡還批量發現了一些系外行星候選體,這在中國還是首次。而且同國際上相比較,南極巡天望遠鏡發現系外行星的效率也是地面望遠鏡裡最高的。

從超新星1987A到雙中子星引力波的光學觀測已經30周年了,王力帆回首往事,心潮澎湃。最後,王力帆說,天文學是一個發現性的科學,多次引領人類文明的進步,他希望更多的人來關心天文學,更多的青年學生能參與到天文學研究中來。他也希望我國很快能有功能強大的望遠鏡可用。

本篇采寫 蝌蚪五線譜 張軒中

本文為蝌蚪五線譜原創,版權歸蝌蚪五線譜所有,任何媒體、網站或個人未經授權不得轉載,否則追究相關法律責任。如需轉載請訪問http://rightknights.com/pub/pub_author?greatAuthor=CIHHF&type=0獲得合法授權。

也因此他和李老師成了好朋友。雖然有很多困難,最後這個項目也堅持了下來,為這一研究領域奠定了基礎。超新星偏振觀測在10米級望遠鏡建成後迅速發展,為超新星爆炸的物理機制提供了非常重要的觀測資料。

王力帆做學術報告

超新星的偏振可以告訴我們超新星爆炸時的形狀,如果是球形的,偏振就很小,如果非常不對稱,偏振就會比較大。偏振要測量光子的自旋狀態,一般的天文觀測只關心光子的數目。超新星爆發時的光子偏振都非常小,很不容易測量。不同的爆炸機制預言不同的爆炸後的幾何結構。觀測偏振可以直接限制超新星的爆炸機制。

超新星與宇宙加速膨脹

2000年,王力帆到了羅倫茲伯克利實驗室,參與了超新星宇宙學專案,負責超新星光譜資料分析。1998年在宇宙學領域發生了一件大事,而王力帆也是這個大事件的見證者——當時Saul Perlmutter等人根據對一種具有標準燭光亮度性質的遠方超新星的觀測,推斷出我們的宇宙正在加速膨脹。

而王力帆所加入的實驗室,他們的團隊的負責人正是Saul Perlmutter。

王力帆告訴蝌蚪五線譜:“這些用於宇宙學的超新星都非常遠,非常暗。需要10米級的望遠鏡才能測量到它們的光譜。那時候經常去夏威夷觀測。我們要從很暗弱的信號裡找出超新星的蛛絲馬跡,確定它們是不是我們想找的那種超新星。”

超新星宇宙學仍然是天文學的熱點領域。但是,中國目前還沒有能觀測高紅移超新星的望遠鏡。如果計畫中的12米大口徑望遠鏡可以上馬或者中國能夠實質性的加入30米望遠鏡合作項目,這一現狀將會被改變。

中子星引力波的光學觀測

2017年 10月16日22點,美國國家科學基金會宣佈:鐳射干涉引力波天文臺(LIGO)和處女座引力波天文臺(Virgo)於2017年8月17日首次發現雙中子星併合引力波事件。此次引力波現象發生在南天的長蛇座,北天的望遠鏡很難看到,所以中國的大多數望遠鏡沒能進行觀測,比如剛剛建成的FAST以及很多光學望遠鏡(雲南麗江的2.4米望遠鏡和國家天文臺興隆觀測站的2.16米光學望遠鏡等)。

不過幸運的是,中國位於南極Dome A的50釐米的南極光學巡天望遠鏡(AST3)也參與了觀測,這個項目的負責人正是王力帆研究員。

在引力波源資訊發佈的約一天后,AST3望遠鏡開展了對於這個目標源的觀測。當時南極的冬天剛剛過去,目標天體的地平高度較低,每天差不多只有2個小時左右的觀測時間。南極天文中心的望遠鏡最終進行了10天的觀測,得到了目標天體的光變曲線,這一結果發表後激發了中國民眾的民族自豪感。

王力帆告訴蝌蚪五線譜,中國極地研究中心的科考隊伍於2005年到達南極冰穹A。冰穹A有可能是一個十分優良的天文臺址。於是他與崔向群院士一起開始探討南極天文觀測的可能性。隨後,南極天文臺項目獲益于整個天文界的大力支持。科學院基礎局及天文臺的國家天文財政專項都給予了關鍵性的支持。南大,清華,北師大不光有優秀的團隊參加,而且也給予了強大的經費支援。除了觀測到了中子星引力波事件的光學圖像,在南極的這個望遠鏡還批量發現了一些系外行星候選體,這在中國還是首次。而且同國際上相比較,南極巡天望遠鏡發現系外行星的效率也是地面望遠鏡裡最高的。

從超新星1987A到雙中子星引力波的光學觀測已經30周年了,王力帆回首往事,心潮澎湃。最後,王力帆說,天文學是一個發現性的科學,多次引領人類文明的進步,他希望更多的人來關心天文學,更多的青年學生能參與到天文學研究中來。他也希望我國很快能有功能強大的望遠鏡可用。

本篇采寫 蝌蚪五線譜 張軒中

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