作者:茱笛 馨雨 刘孜铭 来源:《国科大》 发布时间:2022/3/15 14:25:14
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中国科学院国家天文台:仰望星空的女博士

 

编者按:

我们在寻找仰望星空的中国女性。

两百多年前,清朝有一位女科学家,在她璀璨如流星的29岁生命里,留下了令人惊叹的天文学著作。这位杰出女性的存在,是当时万里无一的幸运和偶然。

今天,我们来到中国科学院国家天文台,欣喜地发现,对这里的女博士而言,仰望星空早已是生活的常态。她们工作而无需牺牲家庭;她们奉献,同时还可以拥有圆满的人生。

这是一曲时代进步的赞歌,也是无数知识女性共同写就的诗卷。

她们在欣赏星空,我们在欣赏她们,日月装点着她们的梦想,她们则告诉我们:有梦就去追吧。

清朝乾隆年间,南京出了一位女科学家王贞仪,“通星象,精历算,工诗文,晓医理”。她撰写《地圆论》,解读地球何以是圆形的;她留下《月食解》,图解月食等天文现象的成因机理。《自然》杂志尊她为“为科学发展奠定基础的女性科学家”;金星上有一个陨石坑,就以她的名字命名。

两百年以降,女科学家不再是如此罕见的“稀世”之宝。能够仰望星空的女性越来越多,有机会实现梦想的女性越来越多。但她们的智慧与超越,她们的发现与思考,永远是人类社会的珍贵财富。

在中国科学院国家天文台(文中均简称“国家天文台”),我们遇见11位女博士。她们遥望太阳表面的景观,为奔赴月亮的“嫦娥”护航,迎接从火星上传来的讯息,追寻远古恒星消逝的秘密;她们调试着人类观天的眼睛(望远镜等)和触角(天线等),接引并且解读着来自星星的密码……

她们中的大多数都已身为人母,一边是浩瀚星河,一边是柴米油盐,既憧憬着宇宙永恒,又眷恋着凡俗温馨。但每个人都似乎处理得很好,会繁忙,但没有撕裂;有苦恼,但最终能达到和解。

“手可摘星辰”

她们的工作是揭开星辰的秘密

李海宁:寻找宇宙的第一缕光

(光学天文研究部副研究员,39岁)

“你的工作是什么?”

“寻找点亮宇宙的第一缕光。”

这样酷炫又有点中二的对话,就发生在一间平平无奇的会议室里。以“寻光”为职业的李海宁,已经是两个孩子的妈妈,但干净飒爽的短发、明媚爽朗的笑容,让她看起来还像那个随时能登上单车一骑绝尘的,校园里最帅的女生。

从小,李海宁的梦想就很“酷”:“我想学考古。”

但是填报大学专业的时候,她才发现,考古专业的选择余地太小了。于是她又加上了在她看来同样酷的天文专业。好在念念不忘,必有回响,准备读博士研究生时,她发现竟然有“恒星考古”这个专业。兜兜转转,她成了一名“太空考古人”。

在浩渺无际的宇宙间,人类文明仰慕、崇拜的太阳只是一颗再平凡不过的恒星,就连辈分都实在算不上大。李海宁关注的是恒星界的老祖宗们——第一代恒星和第二代恒星。

138亿年前,宇宙大爆炸。鸿蒙初辟,不久就诞生了具有极大质量的第一代恒星。但它们只活了几百万年,就以超新星爆发这种绚烂而剧烈的方式结束了一生。所有的物质都抛射到星际介质中,形成质量较小的第二代恒星。

“点亮宇宙的第一缕光,就是第一代恒星的光芒,我们暂时还无法直接看到。但一部分第二代恒星能够一直活到今天,使我们还能接收到它们的星光。”李海宁说,“这些恒星,就是宇宙的化石。”

寻找宇宙化石,从它们的光芒中,分析化学成分,然后反推这颗恒星诞生时的宇宙环境,发生了怎样的天体物理事件——这就是李海宁的研究工作,既像个考古学家,又像个侦探。

但再浪漫的工作,落在现实中的每分每秒时,都是平凡而琐碎的。

做高分辨率恒星光谱分析的时候,动辄就是好几百颗星星,每一颗星都有好几百条谱线,每一条谱线都要去细细测算。有时还要推倒重来,反复分析。过去数据库不够好,初筛候选体的时候常常连续处理十几万几十万的数据,最后也没能说明什么问题……对星辰大海的向往,有时也会淹没在大海捞针的疲惫中。

当年那个酷酷的女孩,在记者面前微笑着坦言:“我的工作和生活也有不那么酷的时候。”

但那又如何?

当学生和朋友遇到困难的时候,她会对他们说:“我们身上的每一个原子,都穿越了130多亿年的时空,从大爆炸而来,从宇宙的起源而来。我们每个人都来自星尘,这不是鸡汤,而是科学的事实。当你很沮丧的时候,就想想自己身上藏着宇宙起源的证据,想想生命的伟大和奇迹。你还觉得自己渺小吗?一点儿也不。”

在家里,李海宁也是一个有点酷的妈妈。

2021年12月,著名的詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST)发射升空。她带着两个孩子观看了火箭发射的整个过程。

接下来的几天,5岁的儿子会吃着吃着饭,突然问一句:“韦布是不是已经到L2(轨道)了?”“韦布展开了吗?”

女儿要参加学校的英语故事大赛,李海宁和她一起编写了一个剧本《小彗星旅行记》。

——你好,我是一颗小彗星,我要去寻找太阳。

——嗨,我是太阳系的海盗——海王星,这个懒洋洋的家伙是我的兄弟——天王星。

“你很快就会发现,没有小朋友对天文不感兴趣。”

她再一次笑了,还是那个标志性的,大大的、灿烂的笑。就像当初,自己也是一个小女孩时,想要考古这个美妙的世界,没想到一路“考”到了无远弗届的天际,追到了130多亿年前的“远古”,窥见了宇宙的隐秘与瑰丽。

李 婷:太阳为什么“发脾气”?

(太阳磁活动研究团组副研究员,35岁)

李婷读博士期间的一个课题是“日冕波”。当太阳上的一个局部发生爆发活动时,就会产生全球尺度的扰动现象,仿佛从远处投来的一颗石子,在巨大的范围内激起了一串串涟漪。

自从日冕波被发现以来,太阳物理学界的学者就争执不休:它到底是不是真正的波呢?这一争论,就是20多年。

最初,导师不太同意李婷的选择,因为这个领域的文章已经“太多”了,再怎么做,也不过是在众多论文中增加一篇而已,“多这一篇不多,少这一篇不少”。

但李婷有点“倔”,她现在可以拿到美国宇航局太阳动力学天文台(SDO)卫星的数据,这是当时全球最高质量的太阳观测数据。她相信在这个基础上重新探究日冕波,应该会有些新发现。最终,导师也被她说动了,同意她试试。

功夫不负有心人,李婷发现了一种新现象——日冕波的次级波。简单来讲,就是日冕波在遇到障碍时会瞬时消失,并在障碍物的另一侧重现次级波。

“只有真正的波才会出现这种现象。也就是说,我们回答了天文学界这个争议已久的问题。”李婷说。

这篇论文入选了世界天文学2009-2013年前10%高引用论文,同时还被两本国外专著引用。

初见李婷,你可能会觉得她性情和婉,不擅言谈,但当她遥望星空时,自有一份义无反顾、追光逐梦的坚韧和笃定。

李婷上大学时的专业是物理学。很偶然地,一门名叫“天文学基础”的选修课给她打开了一扇看向天外的窗口。这种感觉吸引着她,申请保送了国家天文台的研究生,就这样一步步走到今天。

她的日常就是守望太阳。与研究夜天文的同行们相比,太阳的研究材料简直太丰富了。那一轮红日看似宁静,其实脾气很大,不断地发生着此起彼伏的爆发活动。当耀斑等现象出现时,就会有大团物质抛射出来,影响地球的空间环境,导致导航失灵、电网破坏等。

“如果研究清楚这些物理过程,就能提前做出预警,将有助于减少剧烈太阳爆发活动对人类造成的损失。”李婷说。

作为一个科学家妈妈,在孩子上的幼儿园举办科学节时,她会被邀请去录视频课。面对这些跟自己孩子一般大的小朋友,她温柔耐心、循循善诱。

——“你们知道太阳有几个宝宝吗?”

——“有8个。”

——“它们叫八大行星。”

看着孩子们闪烁光芒的眼睛,她好奇,会不会在哪个小小的心灵里,就此种下一颗好奇的小星星。

今年对李婷来说很重要,她即将迎来自己的第一个研究生。这场望日观星的漫漫长途,她希望带着更多人一起走下去。

刘 洋:冥冥注定的机缘巧合

(国家天文台星系宇宙学团组研究生,24岁)

“要不是另一所大学提前批录取的填报截止日期被我睡过去了,或许我就来不成国科大了。”刘洋迈向星辰大海的第一步或许只是机缘巧合。

她是这次采访中最年轻的女博士,还处在二十郎当岁,充满希望但不乏迷茫的人生阶段。

面对未来,有太多的幻想和太多的可能性。抱着这样一份迷茫和莽撞,刘洋走进了中国科学院大学的课堂。

“我被录取的时候是生物系,直到第二次确定专业才转到天文。”——国科大赋予学生两次选择专业的机会。

系统学习过一部分生物学课程之后,刘洋意识到,繁琐的生物实验研究和庞杂的知识体系并不符合她的科学“审美”,数学、物理的简洁感,反而更让她着迷。

再加上怀揣着一份对宇宙真理探寻的初心,刘洋在专业确认截止日期前的最后一个深夜,在网页上勾选了“天文”的方框。

“我最开始以为天文就是在深山老林里面,在巨大的望远镜旁边,安静地进行观测和研究,或许也有机会使用到世界各地的不同的望远镜,但后来发现天文研究并非仅此而已。”

没有系统学习过天文系课程的刘洋,初来乍到,便拜在中国科学院院士武向平门下,“选导师的时候,我看到一张照片:武老师只穿着一件短袖,站在雪地中的21CMA(世界上最早开展搜寻宇宙第一缕曙光的唯一大型射电望远镜阵列)前,就觉得好酷啊。”大学二年级暑期实践,刘洋便跟随武向平前往新疆乌拉斯台,也就是21CMA所在的地方。

在那一排排面朝天空的八木天线阵列前,刘洋静静聆听着武老师讲述着观测宇宙第一缕曙光的传奇往事。

刘洋第一次实际操作望远镜,还是参加姜晓军研究员的变星观测项目,使用的是1968年便建成在兴隆观测站的60厘米望远镜。“比我爸妈年纪还大。”刘洋调皮地说。

“但是那台望远镜实在是太老了,已经几乎不能完成自动跟踪,如果不进行人工干预的话,很快目标天体就会飘移出望远镜视野。”毕竟是第一次操作这样的老古董,刘洋和同伴一时疏忽,那颗变星还是暂时地逃出了望远镜的追踪,为此他们也是着实挨了一顿训导。

天文研究并非只有观测,刘洋认识到这一点还是在大三时的星系宇宙学课程上,郭琦老师所展示的绚烂星系和描述它们演化进程的简洁理论让刘洋深深折服,也正因如此,她在确定保送研究生资格后,便转入郭琦老师门下,进行星系演化规律的相关理论研究。

“天文确实没有那么理想化,有时候会很枯燥很无聊。”刘洋说,“但学习的过程中却不乏乐趣,我觉得我会坚持下去。”在未来的学业中,也许还会有迷茫和无助,也或许会走些弯路,但她会尽最大的努力。

“工欲善其事必先利其器”

她们的工作是照料好人们探索星空的“眼睛”和“触角”

王东光:“看”太阳

(国家天文台怀柔太阳观测基地总工程师,54岁)

王东光的主阵地之一在北京怀柔水库北岸的一个小岛上,是我国第一座水上太阳观测站。她的工作,就是“看太阳”,准确地说,是研制望远镜帮助科学家“看太阳”。

对大多数人来说,太阳就是每天抬头都会看到的那轮金色的圆盘。因为习以为常,所以显得平淡。而通过望远镜看到的太阳,有丰富的细节:雕琢着冕流和极羽的日冕,跳跃如鲜红火舌的日珥、增大变小的黑子、突然间爆发的耀斑……在11年的轮回间,有时活跃,有时温和,每一个动向都影响着周围的环境。

这是人类最熟悉的恒星,也是唯一一颗可以进行高空间分辨率观测的恒星。

王东光是个“半路出家”的天文人。30岁前,她在北京量具刃具厂计量光学仪器研究所担任工程师,做计量光学仪器。对那时的她来说,光学只是一种技术,光学仪器是一种工具,帮助人们实现想做的事情。但人们用这些仪器去做了什么,她并没有过多关注。

调到国家天文台后,她所在的团组既有工程师,又有天文学家,听着他们讨论科学问题、科学目标,王东光渐渐感到望远镜不仅是一个个技术指标,而是揭秘科学、探索未知的装备。工作中,她心中会多一份期盼,希望自己参与研制的望远镜,把大家眼中那轮普普通通的太阳,看得更细、测得更准,给科学家提供更先进的观测数据,帮助他们更深入地了解神秘的太阳。她说:“科学能唤起人们与生俱来的好奇心,做科学仪器的工程师慢慢会培养出科学情怀,会有一种使命感,能够在困难的时候,有一种精神力量去坚持。”

“天文学是非常具有挑战性的,因为天文学里只有第一。”王东光说。天文数据是国际共享的,全世界只要有一台望远镜能满足研究人员的需要,再建一座差不多的望远镜就没有意义。这个领域的游戏规则不是“你有我也有”,模仿和追随没有出路,只有打造世界第一的、独一无二的天文仪器,才会得到支持,才会为人类贡献价值。

现在王东光她们正在研制的一米中红外太阳望远镜(AIMS望远镜),是国际上首次提出在中红外波段观测太阳磁场的专用望远镜,中国科学院先导专项ASO-FMG载荷,也将是国内第一个太阳专用科学卫星。

天文台的工作,不完全是人们想象的满天星空,美好而浪漫,大多数时间,需要在实验室、在野外台站不断地调试仪器设备。来天文台时,艾国祥院士问她:“你是个女同志,孩子又小,这样长期不在家,能行吗?”王东光从来没想过作为女同志在工作中需要照顾,毫不犹豫地回答:“我不会因为家庭影响工作的。”她是这样说的,也是这样做的。早些年,她每年都要在野外台站工作150~200天。她后来才知道,那时候有野外台站的团组一般不招收女同志,但自她来了之后,组里接连来了几位女博士。

因为经常到野外台站工作,不能长时间陪伴孩子,但王东光丝毫没有放松对孩子的教导,她说:“女性工作者完全可以兼顾家庭与工作。”她像对待科研一样对待孩子的教育,不断总结改善教育方法,在紧张的工作之余,引导女儿走上健康、自主的成长之路。女儿以北京市前10的高考成绩进入清华大学学习,证实了母亲的努力可以对孩子产生非常正面的影响。有一次,上中学的女儿告诉王东光,班里有同学在比家境、比吃穿,她特别自豪地跟同学说:“我妈妈会做天文望远镜!”这份无条件的爱与支持,让王东光感动不已,她为自己的努力能让女儿引以为傲,很是欣慰。

一年又一年,王东光在工作和家庭间,“像陀螺一样拼命旋转”,几乎没有属于自己的空间。但从事天文工作也给她带来一些常人难以经历的独特体验,例如,她会踏上一些杳无人迹的土地,去为新的望远镜选址。看到过青藏高原无人区的靛蓝如墨染的天空,感受过西北戈壁滩被满天繁星包裹的静谧,踏上过纯净如婴孩的荒野,感叹脚下每一步都是人类留在那里的第一个脚印……这些让她觉得生命充满活力与美好。

王东光就是这样,努力工作,认真生活,用心体验天文工作带来的那份独特与神秘,尽情享受工作中不断自我提升带来的满足与愉悦。

姚 蕊:工科女生和她的“心动offer”

(FAST团队副研究员,38岁)

在“中国天眼”(英文简称FAST)建设现场,一头长发,身穿红色冲锋衣的姚蕊站在一群以黑、灰为主色调的男士中间,显得十分耀眼,她边比划、边讲解,指挥着设备的设计、制造与调试。

那是2012年,姚蕊29岁,刚加入国家天文台“中国天眼”团队两年,便被任命为馈源舱(该项目最核心的部件之一)的负责人。如果把FAST看作一个探索神秘宇宙的“天眼”,那么,馈源舱则是这个眼睛的“瞳孔”,它起到聚焦作用,让我们能看得更清楚。

从2005年在清华大学读博士便跟随导师参与FAST馈源支撑系统研究算起,至今17年。

她带领团队用时两年为馈源舱“减重”,研究并提出馈源舱高速精确的精度方法,设计出成功“瘦身”的经典“钻石三角形”;提出一套大跨度索并联机构的力特性评价指标;解决了馈源支撑系统的轨迹运动规划问题;创新性提出并成功应用大型混联机器人精度设计与补偿方法,实现了馈源舱在数百米运动范围的毫米级定位精度。

这些,都为FAST成功运行作出了重大贡献。

如今,馈源支撑系统是望远镜用来接收宇宙信号的装置系统,安放在望远镜这口“大锅”的正中心,它通过6根长达600米的绳索来组成绳索并联机器人,牵引着直径13米、重达30吨的馈源舱,在140米的高空、206米的范围内运动,它的控制精度可以达到毫米级,这是大型绳索并联机器人的首次大型高空运动。

每次在观众或记者面前讲述这些工作时,姚蕊总是轻松畅谈、静静讲述,从不渲染紧张与努力。但事实上,过去的每一天,不论是一开始在北京密云的馈源舱模型摸索,还是在贵州FAST中实战,姚蕊从未有一刻停歇。

她喜欢在夜深人静的时候作图,晚上10点从实验室回到宿舍,点个外卖,洗把脸,12点开始画图到凌晨3点多,那几个月,她长胖了10斤;项目启动后,她对每一张图纸都仔细审核,反复计算,为力求完美,她从早到晚、连续4天在电脑前编程,“不吃饭也无所谓”;每天早晨5点出门,从北京前往石家庄的“中国天眼”馈源舱科研中心,开学术会议,做科研设计,晚上9点回到北京的家,参照白天的会议记录列出修改清单,两年里风雨无阻——

现在,姚蕊专注馈源舱的升级方案,期待升级后的“瞳孔”,让FAST拥有更大的观测天区。

是热爱推动着姚蕊一直往前走,她享受着克服困难、获得成功的喜悦,享受着一个从来没有人完成的工作的挑战。

“困难是非常正常的事情,遇到的时候,脑子想得纯粹一点,想着怎么解决问题就行了,而不是先想着,要是解决不了,别人会怎么评价。”姚蕊说,“你做了什么、做得好不好,不是让别人决定的。”

同样,在家庭中成为妈妈的姚蕊也从不会想“平衡”的问题,“很多时候,当女性不得不面对平衡问题时,一定是家中有人的角色缺失了,当爸爸妈妈平等面对孩子时,这个问题便不存在。”在姚蕊看来,有了孩子,成为妈妈,并非多了“负担”,反而更让自己在面对问题时无坚不摧,“好像没有什么解决不了的问题”。

姚蕊的儿子出生时,也正是项目较为紧张的时候,她经常带着儿子“跑现场”,到FAST的所在地贵州大窝凼,如今4岁的儿子,看到“天眼”的照片,会兴奋地说:“那是大窝凼,妈妈工作的地方!”

姚蕊身上多了一份印象中一般女孩子少有的理性和刚毅,对于“工程”的热爱在她小时候便有所显露。当同龄的小女生们抱着芭比娃娃和玩偶不离手时,姚蕊更喜欢拆解爸妈买回来的手枪、坦克等各种玩具模型。

“有点像‘男孩子’。”这是亲戚们对姚蕊的评价。

“的确不太‘女生’,我从小喜欢机械,从小在制图板上长大,但大部分时候拆完是装不回去。”姚蕊笑着说,但爸妈也从不会因此斥责。作为工程师的父母,也从未给姚蕊限定,“女孩子应该做什么”。

很多人说“工科女生得不到心动的offer”,因为工科行业常常被认为是“男生的天下”。

但姚蕊却说,“一定要去大工程里,因为大工程一定是背后采用很多的新技术、新方法,深入扎根这个领域,做一些创新突破。”

张君波:还记得年少时的向往

(兴隆观测基地助理研究员,36岁)

初秋的一个夜晚,晚上6点,夜幕降临,国家天文台兴隆观测基地(以下简称“兴隆基地”)各个望远镜圆顶谢绝访客,严阵以待,接下来的整个夜晚都属于天文工作者。

国家天文台助理研究员张君波也到了精神高度集中的时刻,今晚,她是兴隆基地天文值班人员。

来自各地从事天文研究的观测者们也已抵达各个望远镜观测室,准备开展观测工作。张君波的任务是协调望远镜的使用,并且随时解答大家的望远镜使用问题。如果一切照常,她将在值班室里待到夜晚12点,之后回宿舍休息。

然而,“意外”的特殊天象常常不期而至。这天晚上,清华大学物理系天体物理中心教授王晓锋用80厘米望远镜开展搜寻超新星观测。晚上10点30分,他在观测时突然发现,电脑屏幕上多出了一个亮点。

直觉告诉他,这可能是个有意思的超新星候选体。不过,这需要2.16米望远镜光谱观测才能进一步确认。

时间紧迫,接到电话的张君波马上来到观测室,了解了王晓锋的需求。她迅速作出判断,立即临时调用2.16米望远镜,并与当晚该望远镜的观测者沟通情况,联系相关工作人员做好准备工作。

“这需要专业而快速地作出判断。”张君波说,“特殊天象常发生在瞬间,错过了就不可弥补。”

凌晨零点15分,最新的光谱出来了,王晓锋对数据进行处理分析,并将结果向全世界天文学家公布。凌晨1点30分,王晓锋工作结束,张君波将被临时征用的2.16米望远镜归还给当晚的观测者。

这是张君波在《兴隆观测基地的一天》视频中所展现的,像这样的夜晚,对张君波来说已是常态。紧急情况下作出正确判断,需要丰富的知识和长时间的经验积累,在兴隆基地多年,她早已能够从容应对。

“唯一可能不好的是日夜颠倒,要熬夜。”张君波笑着说,“不过,我们离望远镜这么近,做科学研究很便利。”

作为亚洲大陆最大光学天文观测基地,兴隆基地面向全球开放。除了基地日常运行和管理,张君波还有一项重要职责是天文教育与科普,把更多人带进天文的世界。

值完夜班,早上8点,张君波坐在电脑前,再梳理一遍材料,稍后要接待前来参观实习的学生们。尽管常常是前一晚熬了整宿,第二天还要精神抖擞地作报告和讲解,但她都沉浸其中,尤其在收到学生们的正向反馈时,一瞬间就不知道什么是累了。

此外,张君波还承担着“兴隆观测基地光学天文实测天体物理培训班”的培训工作,为学员们讲解望远镜观测及数据处理相关内容,并指导学员分别进行相应目标的观测实习与操作。

张君波常常想起儿时的那个画面:在夏夜的大树下乘凉,一抬头便是漫天繁星,“天到底有多大?”“星星长什么样子?”神秘的天空总能让她产生无限遐想。

直到二十五六岁,张君波的研究生导师与国家天文台开展合作,深藏在她心底的遐想突然被拨动。当得知可以到天文台边工作边学习,她更是激动不已,“我好像离小时候的愿望更近了一步。”

如今,张君波还从事着天体元素丰度、恒星及银河系形成和演化等的研究工作。星空是浪漫的,可守护这片星空需要耐心和坚守,但她乐在其中。

张君波还有一个身份——宝妈,对她来说,一离家便是至少一周,家庭是最强大的后盾。“家人非常支持我的工作,我也不会缺席孩子的成长。”几乎每周末,她和家人会带着孩子出门,陪伴孩子,“专心工作,专心带孩子,两不误。”

“识盈虚之有数”

她们的工作,是迎接来自天上的数据

苏 彦:探月从未一帆风顺

(探月工程及火星探测项目研究员,47岁)

湛蓝如洗的天空,升起一只巨大的彩色热气球,气球下吊着的,是火星环绕器雷达探测模拟器。

苏彦把这张漂亮的照片发到儿子手机上,告诉他:“今天实验特别成功,而且我还坐上热气球啦!热气球飞到了200米的高空,可震撼了!”

“妈妈,我也想坐热气球!”上中学的儿子雀跃起来。

但是苏彦沉默了,许久,她才说:“好,下次,我们一家三口一起去坐!”

这次令孩子艳羡的出差,对苏彦和她的同事们来说,却是一次艰难的试炼。实验中,内蒙古巴彦淖尔市高原上的天气总是难测难料。风向突然发生变化,把热气球吹离了预期着陆位置。多亏了驾驶者经验丰富,临阵不乱,才保住了火星模拟器的设备和人员的安全。

由于雷达设备在中国月球和火星任务中的广泛应用,在探测器发射之前,需要多次外场实验验证设备的性能。他们做车雷达实验的地方在甘肃的老虎沟冰川,海拔大约4500米,需要用人力把模拟月球车和火星车拉到冰川上。包括苏彦在内,团队中的大多数人身体出现了严重的高原反应:头晕、恶心、呕吐。苏彦亲眼看见一米开外的一名同伴刚朝自己挥了下手,就一头栽倒在地上。

“那次实验并不顺利,事实上,探月和火星的外场实验没有一次是一帆风顺的。”苏彦回到家后,儿子才从同为天文学者的父亲口中,知道了这个有点残酷的真相

但在苏彦看来,这条遍布坎坷的路,是世界上最幸运的路。

1997年,苏彦来到国家天文台,面试她的是南仁东老师。“我们要建一个世界上最大的望远镜!”南老师光芒四射的眼睛,让苏彦也感到振奋与期待。真正进组后,苏彦才知道,南老师所说的那个望远镜,叫FAST,此时还没有立项,正处于争取经费与支持的艰难时刻。跟随着南老师的步伐,苏彦见证了FAST从无到有,筚路蓝缕的历程。

博士毕业后,苏彦加入了月球与深空探测团队,在《三体》小说中提到的密云地面站工作,负责探月工程地面应用系统的数据接收。从嫦娥一号到嫦娥五号,以及天问一号,奔月和奔火之旅中探测到的所有数据,都经由他们设计建造的,国内最大口径的接收天线悉数收集。

“我们的工作就像‘千里眼’和‘顺风耳’,让那些本应迅速衰减的信号,穿越40万公里的宇宙空间,尽可能清晰地抵达地球,抵达科学家的数据库。”苏彦说。

现在,她和同伴带着20年间积淀的技术和经验,再次迎来了天问一号火星探测器的重大任务。

从FAST到“嫦娥”,再到“天问”——苏彦成长路上迈出的每一步,似乎都踏在“刚刚好”的地方。伴随着中国天文和航天事业的欣欣向荣,她和同伴们的事业也如登云梯,蒸蒸日上。

近平书记在人民大会堂会见探月团队的那天,领导特意让所有一线工作人员站在前排,与总书记握手。这一天,永远在苏彦的记忆里熠熠生辉。

“我只是做着平凡的本职工作,国家却赋予我们如此崇高的荣耀。这难道不是世界上最幸运的事吗?”苏彦微笑着。她的语调轻快,仿佛那些艰难磨砺都不曾存在过,又仿佛它们早已化作骄傲的徽章。

张健楠:慢慢从容

(LAMOST数据处理部一维光谱处理系统研发骨干,47岁)

过去的20年里,张健楠都在与天文数据打交道,分析数据,研发算法,编程测试,运维系统、处理发布数据……每一年,都完成数据处理流水线的处理任务,每一年,要面对新的数据产品需求,忙碌又从容。

“从容不是一步就‘炼’成的,是随着年纪增长慢慢成熟的过程。”国家天文台“郭守敬望远镜”数据处理部一维光谱处理负责人、70后的张健楠笑着娓娓道来,“年轻的时候,工作起来我也是个急性子。”

2002年,张健楠在中国科学院自动化研究所读博士,张健楠的导师带着她参与LAMOST数据处理系统软件和算法研究。

这是国内最早开展天文数据处理与人工智能相结合的研究,2006年7月,可供LAMOST使用的光谱自动识别分类的软件包成功开发,并成功建立了各种类型的光谱库,还设计出协助天文学家寻找有效的对天体光谱进行自动识别分类和参数测量的算法。张健楠是其中的重要参与人之一。

“那时候很着急,与别人沟通时,就觉得为什么他们不明白我的想法呢,怎么还做不出来,对别人有很多的要求。遇到问题时也是先担心、忧虑,想着做不出来怎么办。”张健楠说,“不过,慢慢地就成长了,工作时也会从多角度考虑,会有很多的思考。”

成熟是在潜移默化的思考中产生的,这种成熟也给张健楠的工作带去了从容与沉稳。

那是2011年10月24日,张健楠永远记得这个日子,LAMOST第一批观测数据出来了,大家在办公室里围着一台电脑,兴奋地等待第一批数据。然而数据噪声多,质量差,与科学数据目标差异大。他们兴奋之余,心里升起一层沉沉的压力,因为接下来,对这些数据进行处理,分类识别天体类型,测量参数,张健楠和同事们负责设计的软件即将开始迎来挑战。

“得想办法赶紧解决。”张健楠说,这是大家沉静下来的第一个想法。的确,作为独立自主设计的世界上一次曝光观测光谱目标数量最多的大视场兼大口径的望远镜,且自动识别分类光谱的软件算法几乎没有参考样本,出现问题也在“意料之中”。

接下来的几年里,张健楠和同事们全身心投入,对整个系统软件从前端到后端,重新设计,研究改进核心算法,在软件运行稳定、性能达标后,每年对软件进行一次修改,根据新的科学目标,对软件增加更多功能,促使产生更多的数据产品。

今年,已经是处理发布第10版的数据了。数据处理流水线从最初的完成分类与红移测量,升级进化为融合多种数据处理技术、具有多种参数星表、特定类型天体星表等丰富的数据产品的数据处理系统。

“在这个过程中,我们每年发布3次数据,每个季度一次。”张健楠表示,第一个月获取观测数据,第二个月处理分析数据,第三个月用来发布,循环往复,每年年中要把本年度所有数据进行处理,集中成数据集进行发布,“时间还是挺紧的,工作到晚上是常态。”

去年4月,LAMOST发布了包含先导巡天及正式巡天前8年的数据集,利用2020年升级后的新数据处理系统完成了LAMOST DR8数据集的处理及质量分析工作,数据产品精度达到国际先进水平。

LAMOST千万量级的光谱数据将成为“数字银河系”的重要基石,对于研究银河系的结构、形成和演化具有不可替代的科学意义。

每一版数据产品背后,都浸满了张健楠和同事们的汗水与辛苦。在科研中,张健楠并不觉得有“男女性别”之分,“每个人都是拼实力,不会因为你是女性就少承担任务,是男性就多一些任务。”

除了数据处理,张健楠还承担着数据产品的运营维护工作,这意味着,根据不同需求做更多的算法研究、更多的责任。

“这很有意思,我喜欢做这样的科研工作。”张健楠心中明确自己想要什么,也因此在前进道路上多了内心驱动,而非外界压力。“与同事们一起一步步解决问题,自己一步步有创新的想法,这种满足感和开心,是没有什么能够替代的。”

任娟娟:有一个“经天纬地”的梦想

(空间站望远镜科学应用研究团组副研究员,35岁)

回想起过去的经历,任娟娟觉得冥冥之中都是为她在“载人空间站工程巡天空间望远镜(英文简称CSST)”科学数据处理系统方面做好工作打基础。

在武汉大学测绘工程专业读本科时,任娟娟被学院悬挂的条幅“测天绘地 经天纬地”所震撼,虽脚踏“实地”,却对广袤星河“心向往之”。2008年,她被成功保送国家天文台研究生,那年10月,我国的大视场兼大口径光学光谱巡天望远镜——郭守敬望远镜(英文简称“LAMOST”)正式落成。随后的6年硕博连读时光,任娟娟围绕LAMOST项目学会了诸多天文方面的技术和方法。

从北京大学两年的博士后出站,任娟娟选择到国家天文台兴隆观测基地“历练”。“要想做好天文研究,要对望远镜的各方面都非常熟悉,因为获得天文数据是光学天文研究的重要手段和基础。”这是任娟娟选择到兴隆观测基地的初衷。兴隆观测基地是亚洲大陆最大的光学天文观测台站,每天都有不同的天文学家来此开展观测研究,在基地的工作,让她进一步深入了解了不同的望远镜该如何运维、各类天文研究课题的开展,以及数据处理分析等多方面的知识。

同时,基于LAMOST巡天数据及兴隆基地望远镜的观测数据,任娟娟在白矮星双星、银河星云等领域还开展了深入研究,并作出了重要成果。

2019年下半年,空间站望远镜科学应用研究团组成立后,任娟娟满怀热情地投入到新的挑战中,开展CSST数据处理系统中重要的“在轨定标策略”研究任务。

中国载人空间站工程巡天空间望远镜(CSST)是我国首个大型的巡天空间光学天文望远镜,其探测灵敏度和空间分辨本领与美国著名的哈勃空间望远镜相当,而观测视场和获取数据规模远超哈勃空间望远镜。有望在暗物质、暗能量、星系形成与演化、系外行星探测等天文领域和基础物理领域的重大问题上取得突破,引领国际光学天文的发展。

“从巡天望远镜、到通用望远镜,再到望远镜的观测运行数据处理等,前面积累的知识和经验都能用得上。”任娟娟觉得能加入CSST项目并贡献一份力量,感到很幸运。

在轨定标对CSST数据产品质量的好坏至关重要,因此需要提前做好在轨定标策略研究工作。它主要是研究望远镜“上天”之后要开展哪些定标项目、如何开展,制定好相应的策略。以科学需求为驱动,帮助我们监测在轨后探测器的特征及变化情况,定期为数据处理流水线提供更新的定标参考文件等。

而这些具体的工作,对于任娟娟来说都是新的挑战,“CSST数据处理系统的研制,包括在轨定标策略的研究,是不断迭代的一个过程。”任娟娟说,需要基于广泛深入的调研、结合CSST的实际情况,来制定在轨定标策略,在这个过程中,还需要协同跟进并结合地面测试的结果、数据处理系统流水线的研制,以及科学方面的需求等,不断迭代调整和深化完善,比较庞杂但非常重要。

任娟娟也遇到过困惑的时候,在刚加入CSST科学应用研究团组时,也曾受到过诸多质疑,如项目还未立项,望远镜还不知道能否顺利上天等。任娟娟并未受此影响,“一个全新的项目在开展过程中会遇到各种各样的声音,关键是要坚定自己的信念,有开拓进取的精神,坚定做自己认为对的事情。在立足之处深挖下去,总会有泉水涌出来。”

一路走来,也遇到过许多困难,在她看来,这些不可避免,用积极的心态去面对,遇到困难就解决困难,这是一步步建立信心的过程,会让自己的工作越做越开心。

中国载人空间站工程巡天空间望远镜计划于2024年发射入近地轨道开展巡天观测,作为观天利器,为开展重大原创性科学研究提供有力支撑。

从当下到今后的两年里,是整个项目团组最为紧张的时刻,也是任娟娟最为繁忙的时刻,此时她的第二个宝宝也刚满4个月。

“有了宝宝后,我的很多思考方式和工作方式都发生了很大的变化。”任娟娟坦承,的确生活责任和担子更重了,但她最大的感受是工作效率反而提高了,也更努力了,产出的成果也比以前更多。

看着女儿,任娟娟时常会想:希望我的女儿以后是一个什么样的人?“妈妈就是女儿的榜样,我要自己首先成为什么样的人,然后才能做好她的榜样。”任娟娟说。

“宾主尽东南之美”

她们的工作,是让大家都能更好地工作

王 丹:潜能无限的大管家

(LAMOST运行和发展中心副主任兼办公室主任,44岁)

2012年,国际天文学年会在北京召开。这是中国第一次举办如此大规模的天文学领域国际会议,意义非凡。

这场会议上,LAMOST作为当时唯一参展的天文领域大科学装置,将以模型的形式,在国家会议中心一层的大厅中央闪亮登场!

王丹全身心投入这场会议的准备工作中,她向南京一家公司定制了模型,约定提前两三天运到国家会议中心。王丹记得很清楚,那天她下班后,就立刻赶到国家会议中心,大概晚上七八点钟时,大货车开进来,开始卸货。模型整体分成3块,其中结构最复杂的那块开封时,所有人都傻眼了。

这块模型在运输过程中被损坏了,后部所有精细的支撑结构全部塌掉!

随车同来的模型公司工作人员检查过后,很遗憾地表示,不可能在短时间内一一粘好。

大家都很抓狂:两天后全世界的天文学者都会来到这里,总不能让他们看这种坏掉的模型吧?

众人七嘴八舌地出主意。突然,王丹想起来,她好像在什么地方见过这样一个相似的模型。突然,她灵光一闪,想到了国家天文台下属的南京天文光学技术研究所(天光所)。她赶紧给天光所的副所长打电话说明了情况,请求借用模型,领导当即拍板,派人着手准备。王丹又连夜跑到火车站帮模型公司的人买了第二天清晨第一趟回南京的高铁票,叮嘱他们装车时一定用被子把模型包裹起来,再跟着天光所的车返回北京。

终于在国际天文学年会开幕的前一天晚上,LAMOST模型组装完成。幕后有惊无险,台前惊艳八方。

从2007年博士毕业,成为LAMOST的运行管理人员开始,王丹每天都在为这个大家伙操心。渐渐地,大家都管她叫“LAMOST大管家”。

2008年落成的LAMOST是我国天文学大科学装置中的先行者,像这世上所有了不起的事物那样,它是在争议和质疑中成长起来的。

通常来讲,光学望远镜的精确度比射电望远镜要高,LAMOST的精度是纳米量级,大概是头发丝的1/6000。它用来巡天观星的那双眼睛,是由24块对角线为1.1米、厚度为25毫米的六角形平面子镜拼接成的主动非球面改正镜(Ma)、37块对角线为1.1米、厚度为75毫米的六角形子镜拼接而成的球面子镜(Mb)和直径为1.75米,质量约为2吨的焦面组成,如此精细复杂庞大的结构,稍有变动,就会差之毫厘谬以千里。

因此,在LAMOST刚刚建成的两年里,工作人员投入大量精力对它进行精调。“当时有很多声音,纷纷扰扰的,说你们花那么多钱,建的这个大家伙,怎么迟迟不能开始运行呢?我们没有前人的经验可以借鉴,只能顶住压力,做正确的事,必须做的事。”王丹说。2012年,LAMOST终于正式启动巡天,它获取的源源不断的海量数据,为国际天文学界注入了崭新的血液。

作为一名运行管理人员,王丹要做的,就是担负起这宏大事业背后的一切琐碎,把鸡毛蒜皮收拾得有条不紊,把柴米油盐料理得无微不至,让前线科研人员可以心无旁骛地拥抱苍穹星斗。

“我从小就是班干部,很擅长这种沟通协调的工作。但是真正做了这个‘大管家’,才发现原来一个人可以同时做这么多事情,千头万绪的任务可以在一个瞬间很完美地一起完成。”王丹笑称这是一份激发人潜能的工作。

然而忙忙碌碌一整年,年终总结的时候,她却常常不知道该说些什么。“时间都去哪了?”这是一个很难回答的问题。但也许,答案就藏在每一个顺利完成的观测季和每篇依托LAMOST数据的累累收获里。

但王丹从没觉得失落:“我很幸运。在这里,领导相信我,同事配合我,科研人员信赖我,能使LAMOST高效运行,为大批的科学用户服务我觉得很值得。”当她为整个LAMOST团队管起一个家时,大家也给了她一个温暖的家。

王 乐:“乐”“天”派

(爱因斯坦探针EP卫星项目和中国空间站巡天望远镜CSST项目组研究员,50岁)

“来,这样,分成4组,我们属于姐姐们,中间是小姐姐们,那边是小妹妹们。”王乐给11位女博士安排了站位,声音柔和,但却清脆利落。

这是在《国科大》杂志为国家天文台女博士们拍摄封面的间隙。来自各个研究组、不同年龄段的女博士们在非学术场合下的“初见面”,还有些腼腆,拍摄一度进入“停滞”,最后还是王乐打破了“僵局”。

王乐是国家天文台研究员,天命之年的她是个“乐天派”,气质优雅,岁月似乎并未在她身上留下深刻印迹。“开心是一天,不开心也是一天,为啥不开心地活着呢。”王乐说,随之伴随着一如既往的笑声。

王乐担任着爱因斯坦探针(英文简称:EP)卫星、中国空间站工程巡天望远镜(英文简称:CSST)项目国台任务的副指挥,协助指挥和首席科学家工作,负责质量控制、协调指挥等管理工作。

“这两个项目都是我国自主创新研制任务,也都到了最紧张的时候。”王乐介绍近年将要发射的两个天文项目,爱因斯坦探针是一颗面向时域天文学和高能天体物理的天文探测卫星,为我们认识宇宙打开一扇窗;而中国空间站工程巡天望远镜是我国载人航天工程的重大科学项目,它是未来的“空间天文台”。

王乐经历近20多个项目,有“卡脖子技术”的单项技术器件研发项目,也有系统级有效载荷卫星项目;从彻夜通宵讨论修改方案到夜以继日的实验室研发,从参与项目到自己主持项目;外场试验不分春夏秋冬白昼黑夜,从南海到青藏高原,从深山平原到草原戈壁;合作联合从单位内部到全国,从欧洲到北美,她亲身感受科研人员和技术人员的不容易,和被认可的成功喜悦。

而身为指挥战线一员的王乐,她说自己的任务就是,“保障项目研制顺利进行,为项目规避风险、化解危机;为年轻人铺路,做年轻人不擅长的事。”

她为基础科研团队能够获得资源据理力争;为解决科学人员吃穿住行和潜在风险,让科学家没有后顾之忧四处奔走;更为项目团组争取优秀人才耐心沟通协调。

在同事们心中,王乐是团队的“大家长”。她却说,“能在国家重大项目的团组中做一点事儿,帮一点忙,就觉得特别自豪。有需要就争取,争取了就有成功的可能性,就像爱情萌发了,你表达了,就有可能获得,否则就永远得不到。”

无论是拍照、说话,还是在一旁坐着,王乐总是面带笑意,举止言语之间的快乐与好心态也感染了身边人。

“您有过烦恼、压力的时候吗?”

“遇到问题是常态,我们每天做的事情就是在解决问题。”王乐坦承,压力会有,但不会让她感到烦恼,这也深受家庭影响,父母是科研人员、祖父辈是为建立新中国奋斗的军人。“在他们眼中,没有解决不了的问题,饭要一口一口吃,问题要一个一个解决,关键要细心、耐心、沉得下心。”

在家庭环境的熏陶下,王乐执行力强,敢于尝试,喜欢什么,就立刻去学、去做。因为喜欢最浪漫的文学和天文,她在文学、语言学和空间科学、航天管理方向进行了系统的学习,“纯属靠兴趣,也不累。”王乐说。

如今,王乐还喜欢美食,在家“掌勺”,掌握家庭美食“话语权”;喜欢葡萄酒,在法国学习时利用空闲时间品尝和学习研究斯特拉斯堡的葡萄酒;喜欢舞蹈和运动,形体芭蕾、瑜伽,滑雪、游泳和各种球类运动也都常常参加。

“快乐了,就会觉得生活很美好,什么都不是问题!”王乐说。

200多年前,清朝女科学家王贞仪举起望远镜窥察天机时,或许感受过超越时代的孤独;当她写下“始信须眉等巾帼,谁言儿女不英雄”等诗句时,或许激起过纷纷的众议和讥嘲;当她与那个年代的纲常迷信斗争时,不知会不会想到,在未来的中国大地上,像她这样的人生选择不再是离经叛道,如她这般的优秀女性不再是凤毛麟角。越来越多的女子一边读书工作,一边结婚生子,一面仰望星空,一面脚踏实地,活得生机勃勃而且从容自适。

这是多好的时代!

在国家天文台的咖啡厅里,女博士们难得地齐聚一堂,欢歌笑语,如沐春风。可以谈星空,可以聊家事,可以问科学,可以评文章。

这样的世界,比星空还要自由。(原标题:仰望星空的女博士 作者系国科大记者团成员)

 
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