拆解藏在太阳光芒里的谜题(弘扬科学家精神)
517公里高空,太阳同步轨道上,“羲和号”满载着人类对太阳的好奇心,每96分钟绕地球飞行一圈,一天15次与太阳“赴约”。在每次碰面的30分钟里,它调整姿态对准太阳,将光球层黑子的缓慢脉动、色球层耀斑的骤然喷发以及细微的光谱波动记录下来。
太空传回的观测数据,流入南京大学太阳科学数据中心——这里是“羲和号”科学与应用系统的地面“大本营”。从项目论证到在轨追日的多年中,一群坐得住冷板凳的科研人,一点点拆解着藏在太阳光芒里的谜题。南京大学天文与空间科学学院教授、“羲和号”科学与应用系统总设计师李川,在这条追光逐日、探索未知的道路上,走了近20年。
“听从内心的选择”
2014年的一天,正在南京大学任教的李川,被中国科学院院士、自己的博士生导师方成叫去办公室:“想不想做一颗探测太阳的卫星?”李川没有立即回答。许多年后他回忆,这句话成了他人生的转折点。
1981年,李川出生在山东淄博一个普通家庭,从小对星空充满好奇。本科毕业后,他考入南京大学天文学系(现天文与空间科学学院),硕博连读,后加入“太阳课题组”。
在天文学界,太阳研究不算热门赛道,但李川始终认定它有着不可替代的研究价值。李川介绍,太阳是离地球最近的一颗恒星,在太阳上发生的爆发活动,也可能在其他遥远的天体上发生。人类对太阳的物理过程越了解,对宇宙的认识就越深刻。
2008年博士毕业,李川赴欧洲从事博士后研究,方向是太阳爆发与高能粒子。李川发现,在地面上观测太阳,躲不开大气和云层等干扰,欧美早已发射多颗太阳卫星和深空探测器,开启了空间探日;而我国没有自己的太阳探测卫星,中国学者拿不到一手原始数据,只能用国外卫星的公开数据做跟进研究。
导师方成鼓励他,李川却忧心忡忡,“用别人的数据发论文,成就感差了一点;如果转而研究卫星,就要先放下目前手上的研究,另辟新路,万一失败了,就什么都没有了。”
“国家总得有自己的太阳探测卫星。”李川告诉自己,“这一次就听从内心的选择,哪怕失败了也没关系。”
“没成果,但一切都值得”
要研制卫星,首先要明确科学目标。作为探路者,“羲和号”的核心功能是对太阳Hα光谱进行探测。这是太阳可见光里最重要的谱线之一,能帮助人类探测低层大气,了解太阳活动源区的物理过程。
但Hα光谱波段极窄,常规拍照成像会让信号淹没在背景光谱里无法分辨。李川说,“羲和号”的核心创新点,就是采用“CT扫描”思路,分层扫描出内部结构。
南京大学牵头论证的核心载荷“太阳Hα成像光谱仪”基本原理是:让太阳光先穿过9微米宽的狭缝,再通过每毫米刻线1900对的光栅展开光谱,把光谱看得更清晰。
这套设计,相当于把十几米高的“太阳塔”(塔式太阳望远镜)硬生生塞进70厘米见方的科学载荷,难度远超想象。课题组四处对接科研院所研制,先后两次合作都因技术门槛过高、适配性不足宣告失败。
2018年,课题组和中国科学院长春光学精密机械与物理研究所达成合作,卫星载荷的研制落地。2019年6月,经过论证,“羲和号”获得国家航天局批复立项,由南京大学、中国航天八院、长春光机所等单位联合攻关。“这是值得纪念的日子!”李川说,“5年没论文、没成果,但一切都值得。”
发射定在2021年底前,时间极紧。研发团队直接跳过初样环节,从原理样机一步跨到正样研制。李川带着团队开启“魔鬼节奏”:每周至少一次飞到合作单位对接,几乎天天在线开会,连轴转啃下了所有难题。
2021年10月14日,“羲和号”发射升空,我国正式步入空间探日时代。站在发射场,李川松了一口气。但真正的考验才刚开始。
随着卫星入轨、初光观测数据传回,李川的心情从兴奋变得低落:空间分辨率没有达到预期。两家工程单位都拍着胸脯保证,产品绝无问题。那么最大可能是发射时的震动,让某个活动件产生了位移。
光谱仪上共有5个活动件,只能挨个尝试。李川将调节意见交给两家单位,由他们发指令给卫星,卫星飞过中国上空时,微调一次。然而一连8个月毫无进展。“这是我科研生涯中最绝望的时候,但我不能放弃。”李川带领团队继续坚守,部件一个一个调试没效果,那就几个一组联调。
2022年8月3日,在“羲和号”入轨近10个月后,根据它传回数据绘制出的画面质量,光谱分辨度、时间分辨度等均达到最佳水平。那一刻,李川百感交集。
“抱着锲而不舍和乐观主义的精神”
“羲和号”设计寿命是3年,如今已超期在岗。这几年,李川团队的工作,就是每两个月指挥卫星在轨定标,进行数据处理后发布给全世界。“我们网站的太阳图片、剪辑的科普视频,不是卫星直接拍摄的。原始数据就像底片,得‘校准’和‘调色’,才能变成好看的太阳图像。”李川说。
处理卫星数据的工序,也是李川培养学生的过程。他的学生中先后有11人参与了卫星研发工作,有人迷上了太阳研究,有人成长为独当一面的数据处理专家。
5年间,团队交出了答卷。“我们首次精确刻画了太阳大气自转的三维图像。”李川说,此前普遍认为,太阳内层大气转得快、外层大气转得慢,观测数据推翻了这个结论:太阳磁场“拽”着外层大气跑,所以转动更快。截至目前,已有16个国家的科研团队下载使用“羲和号”的数据,显著提升了我国在太阳物理领域的国际影响力。
追日的脚步不停歇。就在“羲和号”发射的前一天,“羲和二号”的第一场论证会已经开在了发射现场。2025年12月,“羲和二号”立项时,团队已扩大至30人。
李川常常告诉学生:“当年我们是追着别人跑,现在轮到我们领着大伙往前走了。抱着锲而不舍和乐观主义的精神,我们一定会走得更远。”
记者手记
追光逐日 勇攀科技高峰
从“用别人的数据”到“领着大伙往前走”,“羲和号”追光逐日。这不仅是从无到有的突破,更是科学家砥砺奋进的写照。
勇攀科技高峰,需要甘坐冷板凳的定力。是做跟随研究,还是搞原始创新?李川选择了更难的路。正是这种不计个人得失、锲而不舍的坚守,换来了一次次绝境中的突破。
勇攀科技高峰,需要敢闯无人区的魄力。“羲和号”的创新研发没有现成经验可循。传统成像模式不管用,就创新为“CT扫描”;合作失败,就另起炉灶……突破性成果从不属于循规蹈矩者,而是属于敢闯敢试、勇于创新的人。
勇攀科技高峰,还需要薪火相传的接力。从“羲和号”到“羲和二号”——一项事业行稳致远,是科学家精神的代代传承。科研创新,需要一代人站在上一代人的肩膀上,望向更远的星辰大海。
建设科技强国,需要更多像李川这样的坚守者,在更多领域实现从追赶到引领的跨越。
本报记者 姚雪青
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