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百万年后,人类将何去何从?——走近“引文桂冠奖”得主天文学家桑德拉·法伯尔 精选

已有 9554 次阅读 2018-9-29 20:21 |系统分类:人物纪事

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作者简介:加州大学圣克鲁兹分校天体物理博士生,师从桑德拉·法伯尔教授


美国时间9月20日,科睿唯安公司(Clarivate Analytics)发布了被认为是诺贝尔奖风向标的2018年度“引文桂冠奖”的获奖名单,其中美国科学院院士、加州大学圣克鲁兹分校教授桑德拉·摩尔·法伯尔(Sandra Moore Faber)作为今年唯一的天文学家赫然在列。

 

法伯尔获奖的原因为“研究出确定星系的年、大小和距离的开性方法以及宇宙学的其他献,包括冷暗物的研究,认为是宇宙丢失的物。”这并不是法伯尔近年来获得的来自外界的唯一认可。法伯尔于2012年就获得了天文界最高荣誉之一的布鲁斯奖章,2013年获得了由美国总统奥巴马亲自授予的美国国家科学奖章,2017年获得了价值五十万美元的格鲁伯宇宙学大奖。笔者非常有幸成为了法伯尔教授在晚年指导的学生之一,在这里我就与大家聊一聊我所认识的法伯尔教授。

 

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图1. 桑德拉·摩尔·法伯尔(来源是法伯尔的个人主页,版权归属于courtesy R. R. Jones, Hubble Deep field Team, NASA)

 

——星系宇宙学的学术泰斗

 

大多数天文专业的学生第一次听说桑德拉·法伯尔这个名字应该来源于早已被写入星系物理教材中的法伯尔-杰克逊关系(Faber-Jackson relation)。事实上,当你一旦迈入星系宇宙学这个领域的门槛,就很难避免见到法伯尔的名字,因为她几乎参与了半个世纪以来所有关于星系宇宙学领域的研究。早在1976年,法伯尔就与其学生罗伯特·杰克逊(Robert Jackson)发现了这一后来以其名字命名的描述椭圆星系光度与中心恒星速度弥散的关系。这一关系的发现为天文学家首次提供了一个测量星系距离的比例尺,并由此启发了人们对星系大小、亮度和速度弥散的整体关系的研究,这后来被称为星系的“基本面”(fundamental plane)。1979年,法伯尔与威斯康辛大学麦迪逊分校的约翰·加拉格尔(John S. Gallagher)共同发表了讨论暗物质存在证据的文章。几年之后,法伯尔与加州大学圣克鲁兹分校的林潮(Douglas Lin)、乔治·布鲁门萨尔(George Blumenthal)、乔尔·普里马克(Joel Primack)及剑桥大学的马丁·里斯(Martin Rees)等人陆续讨论了暗物质的基本性质,并提出了宇宙学中冷暗物质(cold dark matter)的概念。这一概念现在已被人们广泛接受,带有宇宙学常数的冷暗物质模型(LCDM)被称为“标准宇宙学模型”,尽管这一模型还存在着些许未被解决的问题。法伯尔与普里马克等人现在依然在试图研究并完善标准宇宙学模型,笔者也参与了其中的部分工作。

 

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图2. 位于加州大学利克天文台(Lick Observatory)的三米谢恩望远镜(Shane telescope)的外部与内部照片。法伯尔曾任加州大学天文台台长多年。(图片版权属于作者本人)

 

天文学作为一门观测学科,大科学装置的建造很大程度上会影响学科的发展。因此,除了科学研究工作以外,法伯尔还积极参与了许多大科学工程与项目。法伯尔是目前口径最大的光学天文望远镜凯克望远镜(Keck telescope)的设计者之一。她参与设计了凯克望远镜的光学结构,并领导了凯克望远镜主要的后端光谱仪DEIMOS的建造。同时,她还参与设计了哈勃空间望远镜上的广域行星照相机WFPC。1990年,法伯尔与其学生断出了哈勃望远镜光学设计上的瑕疵,即广为天文爱好者所知的哈勃望远镜的球差,并参与了修复工作。在上世纪八十年代到本世纪初,法伯尔先后领导了包括“Seven Samurai”和“Nukers”等项目,推进了人们对星系、暗物质和超大质量黑洞之间关系的认识。自2010年起至今,法伯尔领导了哈勃望远镜有史以来最大的项目CANDELS,其惊人的曝光深度使得人们能够研究宇宙自早期以来各种星系的性质。包括中国在内的十多个国家的科学家目前依然在对CANDELS项目的数据进行着深入地研究,希望能够通过这个项目得到星系从结构到恒星形成等各个方面的演化规律。

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图3. 室女座星系团局部:图中右侧最延展的亮源便是室女座星系团的中心椭圆星系M87。(图片版权属于作者本人)

 

虽然在天文学的各个领域都取得了令人瞩目的成就,然而对于被科睿唯安公司预测将获得诺贝尔奖,法伯尔则显得非常谦虚。她非常感谢评委们能够肯定她的学术贡献,但在同时,她认为不应将功劳全部归于她一人——无论是对星系的基本性质还是对冷暗物质的研究,她一直在与许多学者通力合作。没有他们的帮助,她无法取得今天的成就。

 

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图4. 2013年美国总统奥巴马为法伯尔授予美国国家科学奖章(图片来自维基百科)

 

——亦师亦友的领路人

 

笔者是从2016年夏天开始加入法伯尔的研究团队的。怀着对法伯尔学术成就的敬佩,笔者与她第一次通邮件的时候十分紧张,尊称她为法伯尔教授。而她在接下来的回信中则很亲切地让我直呼她的昵称桑迪Sandy(本文为表示尊敬,依然采用了法伯尔的称呼)。在我第一次抵达圣克鲁兹的当晚,她邀请我一起参加了在乔尔·普里马克教授家里举行的美国独立日派对。在派对上,我们一边饮着某位教授自己酿的果酒,一边探讨星系宇宙学的未来。她对于星系和宇宙的本质是那样地着迷,以至能从她的言语中体会到一种“朝闻道,夕死可矣”的境界。

 

尽管已经74岁高龄,法伯尔依旧保持着惊人的活力与耐心。平日里她每天9点总会准时到达学校。法伯尔的办公室位于加州大学圣克鲁兹分校内自适应光学中心(CFAO)的一楼,然而她几乎从不坐在自己的办公室内——她永远都会坐在CFAO二楼大厅的桌前办公,据她说这是为了更方便与不同的人交流。她的午餐时间永远都安排了“lunch talk”,会与不同的教授、学生和访问者们边享用从家里带来的健康的午餐,边从宇宙的起源聊到人生哲学。

 

法伯尔对待学生的耐心与循循善诱是许多教授所不具备的。在我与她做第一个课题的时候,我们常常单独讨论好几个小时。印象里最长的一次,我们从上午九点一直讨论到傍晚六点,中途的午饭便在会议室解决,总时间竟长达9个小时!“要试着对导师说不”是她常常跟我提到的一句话。她鼓励学生在不认同导师的观点时表示反对,并在自己真的出错的时候会主动接受并及时改正。她对待学术认真严谨而又虚心的态度在某种意义上来说使她达到了今天的成就。她常说这个时代是星系宇宙学研究的“黄金时代”,她很荣幸能够亲身参与如此之多的重要工作。这不禁令人思考,究竟是这个时代成就了她,还是她造就了这个时代呢?

 

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图5. 法伯尔(左三)在与笔者(左二)及上海天文台林琳博士(左一)讨论课题(图片归UCSC所有)

 

——中国天文的好伙伴

 

法伯尔本人与中国有着不解之缘。法伯尔与许多中国学者都有着良好的私人关系,她对中国文化也有着很浓厚的兴趣。她喜爱吃中餐,能够熟练地运用筷子,还喜欢饮茶。

 

近年来法伯尔经常到中国进行学术访问。2015年还在南京大学天文系念书的我第一次在位于南大的讲座现场见到了法伯尔。在报告结束之后我匆忙上去与她合影,从没想过后来她竟能成为我的导师,而后来才知道她近些年对中国学生可谓是青眼有加。最近五年来,跟她工作过的来自中国的本科实习生以及青年学者已有十余人,她也依然欢迎更多来自中国的学生。她与林潮老师等人力推的中国国家留学基金委与加州大学圣克鲁兹分校天文系的博士合作项目已于去年签署,越来越多的中国学生将有机会前往这个现代天文研究的中心之一的地方进行学习。

 

2017年法伯尔再次对中国进行了一次深入的访问。在去过位于贵州平塘的“中国天眼”FAST之后,她对总工程师南仁东老师的才华十分钦佩。而在云南天文台高美古观测站里,她还对一台存在着一些工程问题的光谱仪提出了一些修改建议。法伯尔对于中国天文的发展非常关心,她曾对我国计划建造的12米光学红外望远镜的设计提出过许多非常详细的建议。她还近日出任了北京大学科维理天文与天体物理研究所理事会的联合主席,将对研究所的运行提供指导与监督。

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图6. 2018年9月19日法伯尔在北京为人类命运共同体的‘星’征程专题论坛作报告(图片来自来自新华社客户端http://www.xinhuanet.com/tech/2018-09/19/c_1123456024.htm)

 

——人类命运的思考者

作为一个天文学家,法伯尔习惯了从宇宙学的时标来思考问题。毕竟对于星系演化来说,一亿年的尺度尚且不算很长,百十万年几乎更是弹指一挥间。然而,对于人类来说,我们从来没有从宇宙学的时间尺度上认真考虑过自己的未来。千百年来,一代又一代的人类在思考未来的时候最多从自己的子女考虑到孙辈甚至重孙辈,可是没有人对整个人类文明在宇宙学时标上的发展进行过严谨的科学研究。因此,法伯尔正在致力于推动加州大学圣克鲁兹分校下属的地球未来研究所和加州大学系统下属的起源与深度时间研究中心。在这两个机构中,来自包括但不限于天文学、地球科学、生物学、计算机科学、经济学、政治学等各个学科的精英学者们将从一百万年的时间尺度上思考地球和人类的未来。一百万年将经历四千代人类的繁衍,到那时,地球的未来将会如何?人类存在的终极目的将会是什么?地球和人类的存在又重要吗?人类这个物种从哲学意义上的价值观又会是怎样的?这些问题值得思考,也应该有人开始去认真地思考。作为加州大学起源与深度时间研究中心的负责人,法伯尔将激发无穷的想象力,带领人们开创这一关乎人类未来问题的讨论,她也真诚地邀请来自中国的学者能够参与到这一项目之中。



2018年诺贝尔奖
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