(鄭瑋)

 

鄭瑋,復旦大學物理系本科生,北京天文台78屆研究生,美國加利福尼亞大學博士。約翰·霍普金斯大學物理天文系高級研究員。主要研究課題是宇宙早期天體。重要成果:類星體的紫外複合光譜,大爆炸後原始氦的吸收線光譜,引力透鏡和宇宙中最遙遠的星系。

知道鄭瑋先生已經不少年頭了,也在一起用過餐、聊過天。那時就很想採訪他,特別是他發現了距地球132億光年外前所未見的最古老銀河MACS 1149-JD之後,一直想邀請他作為我們雜誌的封面人物。最近一個偶然的機會,我們有了進一步的交談。不過,交談的不是他的專業,而是他可愛的小孫子。視頻中,年僅六歲的小孫子“調教”正在爭論中的爺爺:“Calm Down, calm down. Team work, team work”……此刻,一向外表嚴肅的科學家臉上堆滿了當爺爺的笑容。趁這個機會,我們約定了採訪的事項。

以下是鄭瑋先生談他喜歡上天文學的早期經歷和在美國的科學生涯——

 

一、從文革中“批判”愛因斯坦說起

每個人對天上的星星月亮都有好奇心。“你怎麼會學天文?”很多朋友問我。

我從小就喜歡讀書,但不識天文。上中學時,每天晚上都去上海市徐匯區圖書館,還自學了英語(那時學校教的是俄語)。進了復旦大學物理係後,更是常常泡在圖書館裡。讀過的許多書裡,最有感染力的一本名為《比一千個太陽還亮》,講的是量子力學、核物理和原子彈的故事。書中許多著名科學家的形象栩栩如生, 令人嚮往:玻爾,奧本海黙,費曼等等。可惜好景不長,文化革命一開始,所有高校停課,圖書館也關閉了。我成了消遙派的成員。

不久機會就來了。上海市革委的朱永嘉指示復旦大學批判愛因斯坦,要有革命師生參加。我與另一個同學儲昭坦就自告奮勇。“被參加”者是理論物理組的蔡懷新,陶瑞寶和孫𨥖老師。說起來慚愧:所謂的批判相對論現在看來只是一場鬧劇。不過寫作的主力是文科,我們物理系的人是跑龍套。據儲昭坦回憶,文章草稿裡把相對論描述成“砲彈會從外面打進砲膛,死人會從棺材裡爬出來“。幾位物理老師驚奇得話都說不出來。我們小組的頂頭上司是文匯報的“老王”,他對復旦組的進展不盡滿意。聽說他後來也倒了霉,罪名之一是指責別人把無窮大符號“8字橫過來寫”。雖然我們不直接寫文章,但是有進各級圖書館的特權。我在那裡讀了許多內部書籍。有一次閱讀《第三帝國的興亡》,竟然被鎖在圖書館裡。那是本很厚的書,分上下集。我看得著迷,不知不覺天都黑了,才發現圖書館已上了鎖。我只好從一樓窗子裡跳出去。相對論和宇宙學密切相關。我就是那時候與大爆炸學說結下不解之緣:遠處天體離我們而去,引起譜綫波長向紅端移動,稱為“紅移”。我的天文底子薄,凡是不懂的地方,就到我家附近的上海天文台去請教。

 

大批判小組的經歷如魚得水,不但有書看,還讓我躱過了文攻武衛的風險。上海的圖書館和書店我都跑遍了。當時大學生們都知道大書店的樓上多有內部書刊。尤其是在延安中路陝西路口,有一家影印書刋門市部。它正面沒有牌子,邊門有人站崗,出示學生證就可以進去了。我的第一批英文參考書就在那裡買的。畢業分配的日子到了。離開故鄉前夕,我到福州路科技書店買書。說來不可思議,物理類書架上只有兩種書可以買到:郎道-利弗西茨的物理學叢書和戴文賽的天文學教程。

經過軍墾農場水與火的鍛煉,我被分配到河南北部的汲縣。縣廣播台是有綫廣播,按當地農民的說法:木盒子都會講話唱戲!二十幾個人的小單位有三個大學生,的確算專業對口了。我的工作是修理半導體收音機,這對我這樣熟悉電子管五燈機的愛好者真是太容易了。當年自己年輕氣盛,空餘之下不禁想發展相對論,挑戰大爆炸學說。每次假期,我都到鄭州大學物理系圖書館查閱最近的物理摘要(英文影印)。更專業的資料要到上海圖書館(黃陂路南京路口)查閱。那年代圖書館是沒人去的地方,常常裡面沒有別人。

當時有關宇宙學的討論已傳至國內。北京天文台的潘寧堡寫了綜述文章,講到高紅移的類星體是否在宇宙的邊緣,對我影響很大。我還到北京專門拜訪他。類星體是六十年代早期發現的神秘天體。如果它們的確位於數十億光年那麼遠,就是宇宙中最高亮度的天體,只有超級黑洞可以解釋其能量來源。當時一些學者對此有懷疑,爭論很激烈。基於有限的資料,我寫了第一篇科學文章。 1977年秋天,天文學科召開黃山會議。我有幸參加,見到方勵之和李啟斌等天文學家。次年,我報考北京天文台研究生,來到了北京市海淀區的肖莊。

許多年後,我才明白自己走進科學院研究生院的大門是有貴人相助。當年我到上海天文台去串門,接待我的是研究員吳守賢。他後來支內到陝西天文台擔任領導工作,手下有一個大學生是我的中學同學。吳老師無意中聽到我的名字,就從側面了解我的情況,暗中推動我去科學院。 2012年,我到西安拜訪吳老師。他才告訴我,是他給科學院的一位處長打了電話,院部才發了公函到我單位邀請參加黃山會議。我一直蒙在鼓裡,不想想自己怎麼能參加這樣的會議?老一代的天文學家都是南京大學天文系的同學。他跟好幾個與會的學者都打了招呼。所以我的黃山之行,其實是一次面試。說來可惜,老吳自己的孩子都沒有得到上大學的機會。

 

二、來美國探索宇宙的秘密

在研究生院和北京天文台學習兩年後,我來到美國攻讀博士學位。加利福尼亞州大學聖地亞哥分校(UCSD)位於美麗的海濱小城拉荷亞(La Jolla) ,我來時校內大陸學生還屈指可數。加州是廿世紀美國天文學的大本營。聖地亞哥東北郊的珀羅瑪(Palomar)天文台就有當時世界上最大的五米光學望遠鏡。我的導師瑪格麗特·伯比奇教授經常帶我去里克(Lick)天文台。它座落於北加州聖何塞(San Jose) 的東郊,有一台三米望遠鏡,也是在一座古老美麗的園頂建築中。伯比奇教授來自英國。她的觀測生涯始於第二次世界大戰初德國飛機轟炸倫敦的時期。在燈火管制下,城市的夜空漆黑,不時有炸彈的火光閃亮。就是在這樣危險的條件下她寫下了觀測紀錄。她的許多貢獻中,最著名的是1957年一篇被譽為BBFH的論文,解釋了重元素的起源:宇宙中的金屬元素都是在恆星內部高溫高壓下生成的。我們地球上的鐵和銅都來自宇宙早期的超新星爆發的塵埃,說明太陽系不是第一代原生系統。雖然伯比奇夫婦是該工作的第一第二作者,諾貝爾獎卻給了第三作者。以我看來,這是因為他們兩人對大爆炸宇宙學有非正統觀點而致。與諾貝爾獎擦肩而過。太可惜了!

天文觀測很辛苦。我在國內沒有做過觀測,不會熬夜。每到觀測時間的下半夜,我的眼皮就睜不開了,心裡只盼著老天爺開恩下點雨。可是導師越晚越有精神,即使下雨,她還是耐心等待。我實在睏得不行,不小心誤碰鍵盤。那台老式的PDP-8 計算機就亂了套。老闆吃驚的眼神掃過來,把我的睡意一下都趕走了!我有多個同事由於嚴重的高山反應被送下山急救。有一次在里克天文台觀測中發生了強烈地震。震中就在附近。整個建築物都搖起來,望遠鏡上的平衡鐵塊砸到地板上,幾乎傷人。這是我一生中最強烈的震感,才知道人在危急的瞬間會嚇傻而不動。近四十年來, 幾面更大的十米級望遠鏡建成了。它們都設在遠離人煙的不毛之地,周圍猶如火星表面。我第一次去歐洲南方天文台(ESO)的經驗就很離譜:到了南美洲智利的首都聖地亞哥(Santiago)後,天文台安排了長途客車,說下車後有專車接我們上山。我與一個同事到了下車點已是下半夜,卻沒有看到任何接應的車輛。我們倆人都沒有準備,一時不知如何是好。當夜是伸手不見五指,只有南天的麥哲倫星雲顯得格外明亮。我們兩人提著行李,沿著公路走了一個多小時才看到房屋。我們藉用電話與山上聯繫後,原來是大巴司機開過了接車點!

 

三、用世界上最大的望遠鏡觀察宇宙

天體物理是物理學的超級實驗室:高溫,高壓,大尺度。例如最高能的宇宙線粒子達到三萬億億個電子伏特,是人工加速器至今達到的數億倍!我的研究課題不在太陽系,銀河系,而是宇宙最遠處的類星體。天文上有趣的現像大多了,也許每個發現都可以寫成一個有趣的故事。畢業後最幸運的是:哈勃望遠鏡不久升空,為我們這一代天文學家提供了無限的機會。我到霍普金斯(Johns Hopkins)大學工作,主要課題是宇航局的紫外波段望遠鏡。因為紫外線不能穿透大氣層,所以必須在空間中觀測。我的周圍有很多著名的天文學家,包括幾位諾貝爾獎獲得者。辦公樓對面就是著名的天空望遠鏡研究所,負責哈勃望遠鏡的操作和管理。

幾十年中,我用過了世界上各大地面望遠鏡。發表的三百多篇文章中,最有趣的三個成果卻都是基於哈勃望遠鏡:從1995年起,我對宇宙早期的氦譜線做了最早,系統的分析。氦的豐度僅次於氫,它的譜線揭示早期宇宙暗物質的分佈。第二個重要發現是1997年,我利用哈勃望遠鏡拍的一百多個類星體光譜做了一個複合光譜(composite spectrum of quasars)。光譜分析是圖像之外更重要的手段,用來測定天體的溫度和化學組成。這個複合譜揭示了類星體在遠紫外和X-射線波段之間未知的特徵,另一次,2011年感恩節後,我在哈勃望遠鏡的圖像中發現一個異常的紅點。它是位於極遠的極暗天體。由於宇宙中暗物質形成的引力透鏡,它被放大了大約十五倍,才得以發現。我們知道大爆炸發生於大約137億年以前,銀河系的物質生成於100億年以前。日本和英國科學家進一步拍到這個早期星系的光譜。它的氫和氧的譜線導出的紅移值(9.1)是至今最高,最準確測量的記錄(有兩個其他天體可能更遠,但它們都沒有可靠的紅移值)。也就是說,它是已確認的離我們最遙遠的天體。宇宙學的一個重要問題是:最早的天體是什麼時候形成的?如果把宇宙比做一個八十歲的老人,那麼這個與大爆炸差五億年的星係就像一個三歲的孩童,它只有銀河系質量不到千分之一。這一發現證明我們今天的銀河系很可能在宇宙這樣的早期就產生萌芽了。

 

天空中有趣的天體太多了,望遠鏡積累的資料也太豐富了。我覺得有做不完的課題,恐怕永遠也停不下來了!一次重要的天文發現,常常基於幾千個甚至幾百個光子。(一個燈泡每秒鐘要發出大約3000億億個光子!)我常常想像,這些光子起源於宇宙早期,經過一百多億年的飛行,落在地球表面上一個“極小極小”的望遠鏡面上,真是極為罕見。這些光子中的幸運兒,帶來了早期宇宙的秘密。我們應感謝它們,不是嗎?

 

…………

四十年過去了,現在最高的類星體紅移已超過7,最高的星係紅移已達10 左右。也就是說紫外譜線會在紅外波段被觀測到,相應的宇宙的退行速度可達到光速的98% !今後的幾十年可能是天文學最有意義的黃金時代:哈勃望遠鏡的下一代是韋伯望遠鏡(JWST)。這個巨大的望遠鏡直徑6.5米,造價百億美元,將於2021年發射。在地面上,三台超巨型(20-40米)的望遠鏡正在建造中。還有一台大視場的巡天望遠鏡,把大半個星空中最特別的天體找出來。可以預見,這些巨型設備會把人類對宇宙的認識推向一個新的水平。

回顧自己的經歷,就像三劍客騎士一樣走南闖北。從一個“懷疑一切”的頑童,成為捕捉宇宙中最遠天體的觀測家。類星體的分類和演化仍然是我的興趣所在:人類幾千年來所消耗的熱量,遠不到太陽一秒鐘釋放的多;而太陽在幾十億年中釋放的能量,還比不上類星體一秒中產生的多。沒錯,它們是比萬億個太陽還亮!

 

採訪鄭瑋博士

 

《華人》:作為一名成功的天文學家,您認為你科學生涯中最有成就感的是哪些科研成果?

鄭瑋:在我文章中提及三個:(1)早期宇宙的氦元素特性:(2)類星體複合譜。被廣泛引用,進了幾本教科書;(3)最遠的早期星系。這些成果都是哈勃望遠鏡的功勞,也要感謝許多同事的鼓勵和指導。但是哈勃望遠鏡已接近極限,新的突破要靠新一代的望遠鏡。

 

《華人》:假設您沒有進入天文學領域,那麼您會選擇什麼職業?為什麼?

鄭瑋:我從小喜歡無綫電,裝過電視機。在復旦大學接觸過發光二極管和集成電路,這些當年的新發現現在廣泛進入日常生活。我理應按興趣在電子技術上發展。但是我們當年沒有發展個人愛好的機會,我從事天文是鴨子趕上架的巧合。

 

《華人》:在您的職業生涯中,誰對您影響最大?

鄭瑋:三人行,必有我師。我的同事中多有傑出人才。霍普金斯大學的Arthur Davidsen 是個極聰明能幹的人,可惜英年去世了。

 

《華人》:從他們那裡,您學到的最主要的東西是什麼?

鄭瑋:一絲不苟的敬業精神和與眾不同的創新精神。他們都平易近人,但作出別人做不到甚至想不到的的事。

 

《華人》:請問現在學習天文學的的年輕人多不多?為什麼?

鄭瑋:很多啊!許多年輕人從小就對星空有興趣。他們的基礎和條件很好,又趕上韋伯望遠鏡,大有用武之地!最近四年的諾貝爾物理獎中,天文佔了三個!今後的二三十年是天文界的黃金時代。

 

《華人》:您退休後打算如何生活?還做不做天文學研究?

鄭瑋:我有空還做天文。有這麼多的資料,永遠做不完。我的同事有一件T卹,寫著:“God put me on earth to accomplish certain things. Right now, I’m so far behind, I’ll never die.”但是我要多與家人孩子在一起。幾十年忙於工作,深深感到內疚。

 

《華人》:您的業餘愛好是什麼?

鄭瑋:我又重啟五十年前的愛好,拿起電烙鐵,用發光二極管做照明光源,還想發明一些什麼。我一直喜愛古典音樂:它代表人類文化中最美麗的精華。人們的愛好多在二十歲前就定型了。

 

 

鄭瑋博士(約翰霍普金斯大學物理與天文學系高級研究員)

科學生涯小檔案

 

一、專業準備

學士, 復旦大學物理學學位,中國上海(08/1978)

碩士,加利福尼亞大學聖地亞哥分校(UCSD)物理學專業(06/1982)

博士, 加利福尼亞大學聖地亞哥分校(UCSD)物理學專業(12/1986)

二、研究成果

發表210篇經審稿專業文章,50篇會議論文和72篇演講。共332篇科學文章。其中最突出的是:

  • Hashimoto, T. 等, 2018, 《星系生成始於大爆炸後2.5億年》 ,“Nature”, 557, 392
  • Zheng,W. 等。 2012年,《大爆炸後約5億年的年輕星系》, ”自然”,489,406
  • Miley,G. K.等, 2004年,《在紅移4.1的原始雲團中的多個“萊曼截斷”星系》,”自然”,427,47
  • Inada,N.等, 2003年,《引力透鏡下一個間距14.62弧秒的類星體的四重圖像》,,“自然”,426,810
  • Kriss,G. A.等, 2001,《使用遠紫外光譜瀏覽器解析銀河系介質中的電離氦結構》,“科學”,293,1112
  • Zheng W.,Kriss G. A.,Telfer R. C.,Grimes,J. P.和Davidsen,A. F. 1997,《類星體的哈勃複合譜》。“天體物理雜誌“,475,469
  • Davidsen,A. F.,Kriss,G. A. 和 Zheng,W. 1996,《星系際介質中電離氦的不透明度的測量》,“自然”,380,47

 

三、協同活動

  • NASA探索者提議的首席研究員:“ PRIME – Primordial Explorer”,1999-2004年。提議對太空進行近紅外巡天觀測,以找到紅移〜10的類星體並研究暗能量。 PRIME是2000年的SMEX決賽入圍者。其太空近紅外巡天的先驅概念已發展為美國的WFIRST和歐洲的Euclid空間項目,兩者均處於開發階段。
  • 美國國家科學基金會天文科學部河外研究資助計劃主任(01/2006 – 06/2007)

 

親愛的讀者朋友,您好!

不知不覺已經來到了12月,再過30來天2020年就結束了。不知道這一年您過的怎麽樣呢?相信突如其來的疫情打斷了很多人的計劃,也改變了很多人的生活軌跡。雖然這是艱難的一年,但我們還是要相信,明天會比今天要好,明年也肯定會比今年更有希望!

本期的封面人物是著名天文學家鄭瑋博士,他是約翰·霍普金斯大學物理天文系高級研究員。主要研究課題是宇宙早期天體。重要成果有類星體的紫外複合光譜,大爆炸後原始氦的吸收線光譜,引力透鏡和宇宙中最遙遠的星系。知道鄭瑋先生已經不少年頭了,也在一起用過餐、聊過天。那時就很想採訪他,特別是他發現了距地球132億光年外前所未見的最古老銀河MACS 1149-JD之後,一直想邀請他作為我們雜誌的封面人物。鄭瑋先生介绍了他喜歡上天文學的早期經歷和在美國的科學生涯,也讓我們瞭解到天文學這個讓很多人覺得高深的學科,其實并沒有那麽陌生和遙遠,當然也沒有那麽輕鬆和愜意,其中也充滿了艱苦和鑽研。

在本期的“華人之光”欄目裏,李峴向我們介紹了加州監獄慈善義工譚巧嫦女士。她和她的丈夫譚瑞欽多年來熱心於社區的公益事業,全身心地與先生投入到探訪監獄的慈善工作中去。通過將陽光播撒到這些罪犯的心中,真正讓他們做到“洗心革面”。但你想不到的是,她還是一個抗癌鬥士,一個“漸凍人”兒子的母親。是什麽給了她這麽大的勇氣,是什麽又讓她堅信與人為善可以化解世間的恩怨情仇,慈悲為懷能夠普度眾生。通過這篇文章,我們可以瞭解到很多,可以感悟到很多,也可以學會很多。

李延育兒筆記這次的故事很有意思,她記錄了《大兒子的第一次與外人“吵架”》。李延以前縂覺得大兒子“溫開水”的性格讓人着急,“怒其不爭”!而隨著孩子的成長,性格也在一點點的變化,這次因爲練球的事情,兒子和外人起了口角,沒想到他竟然敢和人據理力爭了。那一瞬間,她才發現孩子在悄悄長大,而且兒子也在不斷的關心他人,回饋社會,承擔起一個“男子漢”的責任了。其實在孩子的培養過程中,有時候“不識廬山真面目,只緣身在此山中”啊!

想跟大家聊的太多了,可是篇幅不夠了,那麽更多的精彩内容就讓大家自己來發現吧。最後發一個徵文啓事,歡迎您用筆記錄下在2020年的經歷、體會和感悟,發送給我們,分享給大家。文章不超過三千字,我們將在2020年一月至三月通過雜志、網站和公衆號内進行刊登。

2021年《華人》雜志將迎來創刊20周年,讓我們一起憧憬一下新一年,並祝福大家新年新氣象!

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