范一中:“火眼金睛”探索宇宙深处奥秘

2019-12-03 06:20:01  来源:南京龙虎网-南京日报  

(原标题:范一中:“火眼金睛”探索宇宙深处奥秘)

范一中:“火眼金睛”探索宇宙深处奥秘

范一中(前)

    2012年,范一中成为我国首颗天文卫星“悟空”号的科学应用系统副总设计师,并负责带领科学团队。经过长期的努力,他与同事一起实现了中国天文卫星零的突破并取得了重要的观测成果。鲜为人知的是,他其实是半路出家,凭着坚强的毅力和对未知世界的执着,敢于不断地挑战自我,成功实现了从测绘工程到天文学再到空间粒子探测的巨大跨越,在伽玛暴物理、引力波天文、暗物质间接探测领域取得了丰硕成果。 

    范一中曾长期学习测绘工程,本有望成为一名著名的测绘专家。但在读完霍金的《时间简史》后,他改变了想法。“测绘主要是跟地球打交道,读完这本书后感觉地球还是太小了,我想研究整个宇宙。”2000年,范一中报考了南京大学天文系的硕士研究生,从此正式开启了仰望星空的研究生涯。2003年夏天,范一中考入紫金山天文台师从韦大明研究员继续从事伽玛暴研究。当时美国的伽玛暴卫星Swift发射在即,范一中在导师的指导下抓住时机发表了多篇论文来预言观测结果,这些工作为他赢得了2004年的中科院院长奖特别奖。 

    2015年12月17日“悟空”号顺利升空,每天探测到约500万个粒子。这是中国的首颗天文卫星,作为科学团队负责人的范一中很是自豪,但是压力也随之剧增。2016年与2017年的几乎每个周末,紫金山天文台的科学团队都会与中国科大研究组展开深入讨论。除了实时了解卫星数据处理的进展并献计献策,范一中和他的同事负责对数据进行物理解读。 

    “悟空”号卫星的三大科学目标是间接探测暗物质粒子、破解宇宙线起源和传播谜题、研究伽马射线天文现象。目前国外正在进行的主要相关实验项目有著名物理学家丁肇中领导的阿尔法磁谱仪、费米卫星、以及量能器电子望远镜。由于采用了自主电子探测技术,“悟空”号耗资显著低于其他相关实验,但在电子宇宙线探测方面的性能却世界领先,实现了对高能电子、伽马射线的“经济实用型”观测。 

    2017年底,“悟空”号的首批科学成果发布,获得了世界上最精确的TeV电子宇宙射线能谱,引发了学界的广泛关注。今年,“悟空”号又探测到了质子宇宙射线的一处能谱“拐折”。“宇宙线已经发现100多年了,科学家们曾长期认为在很宽的能段范围内的宇宙射线流量随能量是匀速下降的。”范一中解释,“直到2011年,欧洲的实验才发现在约三千亿电子伏特处质子宇宙射线的流量随能量的降低开始显著的‘变慢’,这表明我们原有的宇宙线物理认识是不完善的,需要修改。为了更好地揭示其背后的物理原因,科学家需要知道该‘变慢’是一直持续,还是在某个地方会终止。”由于“悟空”具有观测能段范围宽、粒子鉴别能力优这两项核心技术优势,此次“悟空”号首次观测到了宇宙射线能谱在约14万亿电子伏特处的“拐折”,也就是更高能段的质子宇宙线流量随能量的衰减又“变快”了。