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2015年12月25日

景益鹏:解密“宇宙之问” 绘制“宇宙地图”[图]

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仰望星空,人们经常会发出“宇宙之问”——宇宙是由什么物质构成的?它是如何演化成今天的状态?星系是如何形成的?暗物质又是否真的存在?面对浩瀚神秘的宇宙繁星,地球或许如沧海一粟,人类更是尘埃般渺小,但这或许更激发了天文学家探索宇宙奥秘的决心。上海交通大学物理与天文系讲席教授、天文与天体物理研究中心主任景益鹏就表示,自己和所在中心的研究方向,就是努力探索、尝试解密此类的“宇宙之问”。景益鹏是天体物理专家,几十年致力于天文观测和实验研究,已是天文领域的著名学者,并于2015年12月当选中国科学院院士。  

“兴趣是引导方向的最好老师”

景益鹏主要从事星系形成、宇宙结构形成、宇宙暗物质和暗能量、宇宙原初扰动等宇宙学基础前沿问题的研究。近年来,他和他的团队建立了几个高分辨数值模拟程序,取得了一系列高质量、高精度宇宙结构的模拟样本;首次提出了暗晕集因子的对数正则发布公式;首次提出了描述暗晕内部物质发布的三轴椭球密度分别模型;首次精确测量了星系对的速度弥散,其结果被广泛应用于检验星系形成模型,在国内外产生了广泛影响。   

回顾自己走上天文学研究的历程,景益鹏表示:自己青年时代就对爱因斯坦的相对论非常感兴趣,也许正是这份兴趣成就了自己。1964年景益鹏出生在浙江上虞一个小镇,20世纪70年代末,基础物理理论发展迅速,爱因斯坦、牛顿和中国数学家陈景润等成了青少年心中的偶像。受此影响,景益鹏在高中时期就明确了自己对物理学科的喜爱,决心高中毕业以后学习物理。为了实现这个梦想,他刻苦学习,最终以全校第二名的成绩考上杭州大学(后并入浙江大学)物理系。   

在大学期间,神秘莫测的宇宙天体和爱因斯坦的相对论激发了景益鹏的兴趣,之后他顺利考上中国科技大学研究生,主攻天文学。四年在中科大学习,为景益鹏以后的科学研究打下了坚实的理论基础。更重要的是,在自己导师的引导下,景益鹏发现了自己对于天文学方面的浓厚兴趣,从此明确了将天体宇宙学作为自己未来研究方向的目标。在离开中科大的时候,景益鹏已经发表了A类B类文章5篇,展现出卓越的科学研究能力。   

1988年,景益鹏应邀到意大利罗马国际理论物理中心做访问学者。意大利在天文天体发展史上占有非常重要的地位,这里聚集了一大批杰出的天体物理学家,天文的学术氛围也异常浓厚。在访问期间,景益鹏非常向往意大利国际高等研究生院,渴望师从意大利最杰出的天体物理学家丹尼斯.夏马。丹尼斯.夏马也是著名科学家霍金的启蒙老师,在天文物理界久负盛名。经过激烈的竞争,景益鹏的考试成绩位列报名的17位学生之首,丹尼斯.夏马认为他是个“难得的天文奇才”。1990年,景益鹏如愿以偿成了丹尼斯.夏马的学生,著名物理学家霍金的师弟。在两年的学习过程中,导师对景益鹏的学习能力和科研能力大为欣赏,他先后有10多篇论文在《美国天体物理学报》、《英国皇家学会天文杂志》等国际权威学术刊物上发表。景益鹏说:“丹尼斯.夏马对我最大的帮助就是让我学会了独立思考、独立科研,导师没有过多的限制我的研究方向,通过和他的博士后合作,我可以按照自己的想法自行发展”。仅仅两年的时间里,景益鹏已经有20多篇高水平论文发表在国际顶尖物理与天文杂志,卓越的研究成绩让他仅用两年时间就获得了天文学博士学位。一个有趣的插曲是,据说当年霍金也曾申请提前至3年完成博士学业,却被丹尼斯.夏马拒绝了。景益鹏成为两年内取得意大利国际高等研究院天文专业博士学位的第一人。   

“天文学与物理学的交融势在必行”

1993年至1999年,景益鹏分别在美国亚利桑那大学、德国马普天体物理研究所和日本东京大学做博士后研究。在国外发展的这几年让他意识到与发达国家相比,国内天文研究相对滞后,天文人才非常短缺,于是他毅然决定要回到祖国,为国内宇宙天文学贡献自己的力量。   

1998年景益鹏入选中国科学院“百人计划”,2000年回国之后,他迅速组建上海天文台德国马普青年伙伴小组,主要从事星系形成与演化的大规模数值模拟和演化模型研究,是当时上海天文台最为活跃的天体物理研究小组之一。   

国内很多高校有没有天文学专业,天文物理方面的高端人才在国内更是相当紧缺。景益鹏常说,天文的发展还是要靠人才的培养,无论本科生、硕士生还是博士与博士后,景益鹏都是亲自带学生。景益鹏认为,最难的是选择好的研究方向和有意义可行的课题,导师的建议对学生很重要,他就是在导师的建议下才走上了天文宇宙的探索之路,为此他希望自己也能扮演好导师的角色。   

2012年,景益鹏加盟了上海交通大学物理系。景益鹏表示,天文学不是一个脱离其他专业的学科,天文只有与其他学科交叉发展,才能有更多的突破。2013年6月,在景益鹏和交大相关领导的推动下,上海交通大学宣布将物理系升格为“物理与天文系”,景益鹏任物理与天文系天文与天体物理研究中心主任,他说“我们中心的研究方向就是要解密‘宇宙之问’,绘制宇宙地图,通过研究了解宇宙的结构,宇宙中的物质成分和演化过程”。景益鹏有21篇高水平论文引用次数超过100次,标志着他领衔的研究和上海交大的天文学研究已经处于国际领先的位置。   

景益鹏对上海交大天体物理的发展充满信心。他说,近年来天文学的重要发现层出不穷,诺贝尔物理奖也多次颁给天体物理专业,暗物质、暗能量、系外行星系统等天文观测成果极大地丰富了人类对宇宙物理世界的认识,天文学与物理学的交融势在必行。   

景益鹏有繁重的研究任务,却依然亲自带学生,也常常关心学生的生活和学习,特别是个别家庭条件一般的学生,他更是尤为照顾。学生们谈到景教授一般最后都会补充一句:虽然景老师脾气很好,但对学业要求极为严格,来不得半点马虎。也正是因为如此,景益鹏的学生在几年的学习之后,不仅科研基础坚实,发表很多高水平论文,有的还成为了景益鹏如今的合作伙伴。   

由于在教学科研方面的出色成就,景益鹏先后担任了973项目首席科学家、基金委创新群体项目负责人、973项目专家组成员等,主持国家自然科学基金、杰出青年基金、中科院重要方向性项目等科研任务,并负责基金委“十一五”天文发展规划工作,还获得了国家自然科学二等奖、上海市科技进步一等奖、中国青年科技奖、上海市科技精英、上海市劳动模范等科学奖励和荣誉称号。2015年底,景益鹏入选中国科学院院士。   

“用更远的望远镜看到更年轻的宇宙”

谈到上海交通大学天文与天体物理研究中心的未来发展方向,景益鹏非常明确地指出了三个目标:宇宙新模拟演示,与日本、美国合作的大型星系观测项目PFS以及与加拿大法国合作的大面积U波段项目。   

宇宙和天体的特性决定了天文学的很多结论都建立的假设和设想之上,很多结论难以通过科学实验加以验证,即便如此,景益鹏依然坚信天文学是一门非常精密和严谨的科学,不是通过简单的想象就能完成。   

天文与天体物理研究中心为更好地推进物理学科和天文学科交叉融合,将进一步凝聚未来发展方向和研究重点领域。中心的研究工作围绕着宇宙学、星系形成和黑洞物理领域展开,重点不仅在具有优势的理论宇宙学、观测宇宙学、星系的多波段研究等,而且将通过加入大型观测项目向实测天文学、数据处理软件、数据库建设等拓展。中心计划参加平方公里阵望远镜(SKA)、斯隆巡天四期(AS3)和大型重子声波振荡光谱巡天(BigBOSS,首个第四代暗能量实验);将开展宇宙结构形成的大规模数值模拟和国际虚拟天文台建设。中心针对这些项目和其他大型天文项目准备为本科阶段的学生制订全面的教育计划,课程将涵盖基础天文学、恒星物理、星系形成、宇宙学和天文技术各个方面,计划在5到10年时间内将中心建成天文领域内最有实力的研究机构之一。   

“用更远的望远镜看到更年轻的宇宙。”由数千个小天线组成的射电望远镜阵列正在以前所未有的精度观测整个宇宙,这就是有全球20多个国家合作的SKA项目。有科学家据此称“人类已经进入了绘制宇宙地图的新时代”。SKA项目的目标是建造接收面积为一平方公里,接收频率范围从70MHz到10GHz,拥有最高图像分辨率的射电望远镜,它的灵敏度高于任何现存的射电设备50倍以上,能够以一万倍的速度完成巡天,进而能够解答宇宙的起源和演化的基本问题。SKA国际合作包含澳大利亚、加拿大、中国、意大利、新西兰、南非、瑞典、荷兰、英国、印度、德国等20个国家,预算高达15亿欧元。按照计划,SKA的建造将开始于2016年,2019年进行第一批观测,2024年完全投入使用。上海交通大学物理与天文系将参与此项研究,徐海光、武向平等组织了来自物理、天文学、数学、计算机和软件、机械工程、电子工程等各个领域的专家学者,为SKA中国项目提供科学和技术背景培训,软件,计算机系统和科学的初始输入支持。   

除了“实际”的对天文数据的科学分析,“虚拟”天文台的建设也是中心未来优先发展的方向,用观察数据处理软件及数据库建设的模型,也许会指导人类更深刻地理解宇宙——星系是如何形成又会如何演化?最遥远的星系的结构是什么样子?近邻星系的内部结构又如何?怎样理解宇宙的起源……有人说,人类对宇宙认识是沿着观测——理论(假说),再观察——再理论(假说)的轨迹螺旋发展起来的,每一次观察结果和新的理论的提出,都使人类对宇宙真相认识进了一步,甚至会掀起一场认知方式的革命……或许可以说,对景益鹏和天文与天体物理研究中心科研人员来说,这是未来发展的方向,也是肩上承担的使命。   

“令我困惑的不是神秘的宇宙,而是人类为什么能够认识这一切。”这是景益鹏最喜欢的一句爱因斯坦名言。确实,正如景益鹏所言,与其他学科相比,天文和宇宙距离人们的生活非常遥远,地球上所有的物质都可以在化学元素周期表中找到对应的元素,而天文学家所面对的、研究的对象是远在天边的星系和暗物质。这些神秘的存在是如何构成的,又会如何演化,时间的长河让这些问题变得难以捉摸,天文学家就像一座通往浩瀚宇宙的桥梁,拉近了地球人类和外太空的距离;景益鹏更像一个在科研中前进的战士,为我们揭开一层又一层神秘的面纱,探寻天体的神奇奥秘,绘制宇宙的最新图景。   

【人物简介】

景益鹏,天体物理学家,中科院院士,上海交通大学讲席教授,无党派人士。1964年1月9日出生于浙江省绍兴市,籍贯浙江慈溪人。1984年毕业于原杭州大学(后并入浙江大学),1991年在意大利高等研究生院获硕士学位,1992年在该校获博士学位。   

长期从事宇宙结构和星系形成的数值模拟、理论研究和观测分析。在数值模拟方面,自主建立了一套针对宇宙高密度区域的多层网格、自适应P3M方法,开展国际领先的宇宙学数值模拟。在理论研究方面,提出描述暗物质内部结构的三轴椭球模型,被观测证实,已被广泛应用于宇宙结构的观测和理论研究。在观测分析方面,提出暗晕占有数模型方法,并首次应用于星系巡天,建立了星系与暗物质分布之间的关系,增进了对宇宙暗物质结构的认识,该方法已成为测量星系周围暗物质分布的标准方法。曽获国家自然科学二等奖、上海市自然科学一等奖(两次)等。  

(信息来源:上海交大新闻网 http://news.sjtu.edu.cn/info/1006/821415.htm

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