仰望星空的黑洞捕手-深度-知识分子

仰望星空的黑洞捕手

2019/12/09

导读

“我对中国天文的未来充满信心！”

一周前，一条“中国科学家发现迄今为止最大质量恒星级黑洞”的新闻赫然出现在公众的视野中，并再次点燃了大家对天文的热情。在这一令人振奋的成果背后，有一位星空追梦人，正是他的敏锐洞察和不懈努力造就了这项发现——他就是中科院国家天文台的刘继峰研究员。本文将从他的童年开始，把他探索宇宙的心路历程娓娓道来。

撰文 | 李唐（中国科学院国家天文台）

编辑 | 小赛

在晴朗的夜晚，我们总是不由自主地遥望宇宙，在光明与黑暗交织的深邃中思考人类和自己的意义。也许，每一个天文人都有自己与星空的浪漫奇遇，刘老师也不例外。

追寻星空的童年

上小学的时候，刘继峰偶然读到一本书——《太阳上的He是怎么发现的？》。这本书让他爱不释手，他甚至把整本书当作读书笔记抄了一遍。令孩童时代的刘继峰感到震惊的是，地球上的人类竟然能如此详细地知道太阳上发生了什么——宇宙是非常值得探索的。

在中学时，为了观看星空，刘继峰便自己动手组装简易的望远镜：选择两个镜片，搭配废旧的纸筒，慢慢组装调整。他还带领同学们去看土星环，与大家一同感受星空之美。

1986年，哈雷彗星的回归在全国引起了一场“天文热”。“这些事情让我觉得，在我们日常生活之外，在我们司空见惯的各种物质、社会关系和各种喧嚣之外，还有更值得追求的东西，那就是宇宙本身！”于是，在1991年选择高考志愿时，刘继峰毫不犹豫地将南京大学天文系列为第一志愿；但由于北京大学提前录取，他最终在燕园开始了天文专业的学习。

探索宇宙之途

经过本科的基础学习后，刘继峰继续在未名湖畔攻读硕士学位。毕业后，他远赴重洋，在美国密歇根大学开始了博士阶段的研究工作，并于2005年获得天体物理学博士学位。之后，他来到哈佛大学史密松天文台，历任博士后和PI研究员（Principal Investigator）。

在国外时，刘继峰的研究已经取得了很好的成绩，荣获美国宇航局爱因斯坦学者奖以及密歇根大学杰出校友奖（Ralph B Baldwin Prize），正式的职位和优厚的待遇已是囊中之物。这时，他却选择了回国。

对刘继峰而言，回国是一件自然而然的事情——心之所向，没有犹豫，也没有挣扎。作为一个黄皮肤、黑眼睛的中国人，他深知自己的根在大洋的对岸，那里亟需新鲜的知识和力量。在国际会议上，刘继峰和国内的学者见面交流，表达了自己回国的想法。2010年，他加入中科院“百人计划”，成为国家天文台的一名研究员。

刘继峰的主要研究兴趣是利用不同的波段，对黑洞等致密天体和恒星族进行观测。天文学家曾在宇宙中发现了一些很强的X射线源，学界普遍认为它们是中等质量黑洞。但刘继峰的团队在一系列的精密测量后，发现一个源仅是一个普通质量的恒星级黑洞。这项成果被认为“摘取了此领域的圣杯”，并入选22个“2013年中国科学家代表性成果”。2015年，刘继峰团队在对黑洞谱线进行细致研究后，发现了一种极高速的相对论性喷流——这揭示了黑洞吸积与喷流形成的新模式，并入选同年的“中国十大科技进展”。

就在刚刚过去的11月28日，《自然》在线发布了一项重大发现：刘继峰和张昊彤研究员领导的研究团队发现了迄今为止质量最大的恒星级黑洞；这颗70倍太阳质量的超大恒星级黑洞远超理论预言的质量上限，颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知，必将推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。值得注意的是，这一发现背后是一种利用郭守敬望远镜（LAMOST）的独特优势寻找黑洞的新方法；其中，LAMOST发挥了不可替代的作用。

郭守敬望远镜（LAMOST）是我国自主设计、建造的大型望远镜，也是世界上光谱获取率最高的光谱望远镜。刘继峰谈道，每台仪器都有它独特的地方，而独特的研究恰恰就是要立足于仪器的独特性。

之前曾有天文学家提出利用黑洞伴星的运动来寻找黑洞。理论上讲，只要观测足够多的恒星，就可以发现黑洞。然而，这对普通望远镜而言是一项十分耗时的工作，实践上难以进行。LAMOST为我们提供了强大的支持：它一次便能获得四千颗恒星的光谱，十分高效。正是在LAMOST的帮助下，刘继峰团队发现了这颗巨大的恒星级黑洞。刘继峰总结道：“这说明LAMOST有它巨大的威力，只要用准用对了，就是一个强有力的研究利器。”

教育立本

在刘继峰看来，天文教育是一项可以和科研并列的重要事业。2012年，中国科学院大学成立。3年之后的2015年，刘继峰参与筹建国科大天文学院，并作为副院长负责教学等工作。

身为国家天文台的副台长，他平时事务十分繁忙，但仍每周赶往玉泉路校区和远在怀柔的雁栖湖校区为学生上课。作为国家天文台的一名研究生，笔者也有幸在课堂上聆听过刘老师的教诲，他说：

“我们不能只是知识的搬运工，而是要做的是知识的创造者。我们需要有科创的能力、科创的意识、科创的方法论、科创的环境，并且要有科创的行动。”

他想把自己的知识、方法论和对科研的理解尽可能多地传授给讲台下这些未来的天文学家们。他采用新的教学方法，努力将科研的情景在课堂上再现，让学生们带着问题学习、思考，并在小组合作中完成一项项富有挑战性的作业。“为什么要让你们以小组为单位做作业呢？因为合作已成为科研活动的一种重要形式；现在‘单打独斗’越来越少，你们应该学习如何与别人合作，这对你们以后的研究很有好处。”

但是，在刘老师看来，国科大的天文教育仍在起步阶段。

“天文教育应该是集理论、观测、技术于一体的教育。所以，课程体系一定要在这三个方面进行均衡和补足。为什么说是补足呢？因为我们国家天文发展的历史相当短。1991年我上大学的时候，全国只有50个天文方向的正教授，一台两米级的望远镜都是宝贝，大多数人都没做过观测，也没写过英语文章。经过这些年的发展，人数上升到差不多500个，很多人也都具备了观测的经验。但是天文技术，特别是在教学方面，仍非常欠缺。”

天文技术是一个十分复杂的交叉领域，包含光学、机械、热学、电子控制、软件设计等，开设一门课程往往需要各路人才。像“射电望远镜设计与实现”这种课程，目前国内仅有中国科学院大学可以开设。“所以我们（国科大）的优势在于能够对天文技术课程进行补足。现在，这件事只有我们能做，并且我们已经在做了。但我觉得还远远不够。现在我们只有关于射电望远镜和光谱仪的课程，之后还要增加探测器等课程，目前已经花了180多万，明年一定开设起来。”

值得注意的是，这次《自然》发表的论文中，有两位作者（牟枭勇、郑传杰）是国科大的本科生，他们都为这项研究做出了一定的贡献。

在牟枭勇眼中，刘老师不仅科研工作杰出，也很热情地投身于为祖国培养新一代的天文学家。“刘老师是我在国科大读本科期间的学业导师。在很大程度上，他也是我学习、研究、生活中方方面面的恩师。”

从大一到大三的三个暑假中，牟枭勇都在刘继峰老师的课题组中进行学习和研究。在老师和学长学姐们的帮助下，他学到了很多知识和技能，正是这些扎实的准备使他能够胜任此次的部分研究工作。

此外，牟枭勇也十分感激中国科学院大学的科教融合体制为学生们提供的学业导师和科研训练机会，“在国科大的学习过程中，我们能时刻与大师为伍；我除了与国家天文台的几位老师有过深入交流之外，也从高能物理所、理论物理所、数学与系统科学研究院、半导体所等研究所的几位老师身上学到了很多。这些都对我们作为年轻科研工作者的发展有着潜移默化的影响”。

刘继峰还强调，除了方法论，环境对科研来说也十分重要，要让学生进入优秀的科研团队中锻炼。“我们有很多专业的科研团队，我们考评的标准就是科研。要实干，要行动，不脚踏实地就不会有成果。科学研究需要有创造力的人，而我们提供这个环境。”

“我对中国天文的未来充满信心！”

刘继峰认为，科学创新是带动人类文明进步的重要手段，用科学创新来促进社会高质量发展是人类的出路。天文学是一个拥有广阔前景的领域，它把我们的眼光引向地球之外那深不可测的宇宙，那里有无穷无尽的资源。

现在，国家对天文学、空间物理、航天技术等领域都十分重视，宇航立国已是我们的国家战略。在未来的宇航时代，天文学将发挥引领作用。“天文是一个国家现代化的标志；从这个意义上来说，天文必然是要发展的，它随着国家的进步、随着我们复兴之梦的逐渐推进，一定会迎来大发展。”

但刘继峰也谈道，中国天文还有很长的路要走。“我们的基础还很薄弱。从就业人员的数量上看，美国有3亿人口，拥有2万名职业天文学家；中国有13亿人，却只有2000多位天文学会会员。这中间是40倍的差距。但我们也应该欢欣鼓舞，因为前面有巨大的发展空间，将来就由我们这些老师、学生去填补。”国家发展和科技前沿都对天文学都有重大需求。中国的各种大型项目（比如空间站、爱因斯坦探针、探月等）的立项上马和未来推进，都离不开天文学家；天文学必须要发展壮大。

刘继峰希望学子们在将来都能成为社会的脊梁。“什么叫社会的脊梁？什么叫社会的中流砥柱？不是说要多么成功、要多么有钱，而是要实实在在地做事情，推动社会前进，不论什么时候一定有这样一批人，我希望我们国科大走出来的学生都会成为这样的人。”

其实，每个人内心都有一个宇宙。“我们通过科研教育、科教融合来满足心灵的需求。天文学的前景非常广阔，我们需要大量的职业天文学家；而国科大在这之中的作用将是巨大的，因为我们的科教融合一定可以培养出一批优秀的天文学人才！”

刘继峰在不断探索宇宙的过程中找到了两种意义：一个是科学之美，另一个是将自己的命运与一个民族、一个国家乃至整个人类文明的进步联系在一起。在浮躁的现代社会，那颗赤子之心是我们每个人的榜样。为何夜空如此璀璨？那是因为人类群星的光芒在闪耀。

特别鸣谢：

非常感谢刘继峰老师、毛永娜老师以及国科大天文学院“星之语”宣传部所提供的原始资料和对本文写作的大力支持！

参考资料

[1] http://people.ucas.ac.cn/~liujifeng

[2] http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzUzNzA4MTIwNA==&mid=2247487574&idx=1&sn=64690c3a7e31429d3794227b512528fd&chksm=faed344dcd9abd5bd3d0ebada1334da9ac7435c1e90735a59c827ee7ead648f34575d9ddf122&mpshare=1&scene=24&srcid=&sharer_sharetime=1575007562707&sharer_shareid=20977344d9b162ceb68b2489608dba97#rd

[3] http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIyODQ4NTc3MA==&mid=2247488679&idx=1&sn=b726a8efcb26b8216225627684693742&chksm=e8506b42df27e25489c4ac14321534765958b13acbbe7d84a02a4f2eefd27ceaa7b5b53c1468&mpshare=1&scene=24&srcid=&sharer_sharetime=1574949587842&sharer_shareid=20977344d9b162ceb68b2489608dba97#rd

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