中国科学院院士、太阳物理学家汪景琇:执着探索太阳的奥秘
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中国科学院院士、太阳物理学家汪景琇——
执着探索太阳的奥秘(讲述·弘扬科学家精神·前沿领域的创新故事①)
人民日报记者 刘涓溪 施 芳
习近平总书记强调,“我国科技事业取得历史性成就、发生历史性变革”“基础前沿研究实现新突破,在量子科技、生命科学、物质科学、空间科学等领域取得一批重大原创成果”“要持续营造尊重劳动、尊重知识、尊重人才、尊重创造的社会氛围,大力弘扬科学家精神,激励广大科研人员志存高远、爱国奉献、矢志创新”。
仰望苍穹,在反复观测间了解太阳的“脾气”;跨越山海,于极端环境里监测地球的“呼吸”;观察细胞,在生物活动中探索生命的奥秘……广大科技工作者大力弘扬爱国、创新、求实、奉献、协同、育人的科学家精神,把个人理想融入民族复兴伟业之中,将科学家精神写在祖国大地上,描绘科技事业繁荣发展的时代画卷。
本版“讲述·弘扬科学家精神”栏目今起聚焦5位探索前沿科技领域的科学家,记录他们勇挑重担的奋斗故事,感受他们矢志科研的创新精神。
——编 者
人物小传
汪景琇,1944年生,辽宁抚顺人,中国科学院院士、太阳物理学家。自上世纪80年代起从事太阳活动和太阳磁场研究。基于我国太阳磁场望远镜向量磁场观测,最早对太阳活动区磁场复杂性和非势性给出定量描述,提出在太阳活动中存在两阶段磁重联的理论,为我国太阳物理学研究作出积极贡献。2009年获国家自然科学奖二等奖,2012年获中国天文学会张钰哲奖,2013年当选为中国科学院院士。
北京市朝阳区中国科学院国家天文台,在中国科学院院士、太阳物理学家汪景琇的办公室里有一幅照片,是由“黎明星”(风云三号E星)拍摄的我国第一幅19.5纳米太阳极紫外图像。这张照片,标志着我国在该波段太阳成像监测实现零的突破。“得到照片的第一时间,我就把它珍藏了起来!”回想起2021年我国取得的这次技术突破,年过八旬的汪景琇难掩喜悦之情。
揭示太阳活动区向量磁场结构和演化特征、发现太阳低层大气存在磁重联现象、发展太阳活动预报的观测研究基础……从上世纪80年代开始,汪景琇就投身太阳物理学研究。40多年来,每当国内外太阳研究相关领域有新的进展,汪景琇都第一时间了解、学习、论证、思考。“人类探索宇宙的脚步,每一步都很重要。我想紧跟前沿,为太阳物理学研究贡献更多力量。”汪景琇说。
“耐心持续的观测是太阳物理学研究的基础”
人们为什么要研究太阳?
“在广袤的银河系中,作为离地球最近的恒星,太阳孕育了具有智慧生命的蓝色星球。但她也有‘脾气’,她的一系列活动,都会对地球及周边环境产生很大影响。”在一堂科普视频课上,汪景琇这样描述太阳。
“我做过一段时间的基层气象员,知道太阳活动会对地球大气产生重要的影响,这个领域的研究十分有意义。”汪景琇说,系统地研究太阳一直是他埋在心底的梦想。
20世纪70年代末,国家恢复研究生招生。本科学习地球物理的汪景琇第一时间报了名,选定了中国科学院北京天文台(国家天文台前身)的太阳物理专业。从此,在一长串太阳物理研究学者的名单里,出现了汪景琇的名字。
1983年,汪景琇在导师史忠先的带领下,到国外访学,第一次体验了太阳观测。一开始,汪景琇没有接到具体的课题任务,但每天一大早,他就第一个到观测站的圆顶(观测实验室),帮助观测人员检查观测设备、做好望远镜聚焦等准备工作。
无论哪个观测课题,汪景琇都紧盯着监测屏幕,了解观测区域的结构特征和演化趋势。休息时,他索性就躺在观测站的地板上,一边休息一边琢磨太阳活动的规律;晚上,他还到图书馆查阅文献资料或进行磁流体力学的理论推演。
访学期间,汪景琇和史忠先一道,完成了对该太阳天文台磁象仪的定标工作,使天文台的磁场观测有了定量的结果。从那时起,汪景琇找到了自己的阶段性研究方向,也认识到了观测的重要性。“耐心持续的观测是太阳物理学研究的基础,无论什么时候都不能放弃观测。”这个理念,贯穿汪景琇之后的学术生涯。
“用我们自己的观测设备,做出不一样的研究”
在汪景琇访学的同时,国内的太阳研究领域也取得了不小的进展。1984年11月,由北京天文台艾国祥教授主导建立的北京怀柔太阳观测基地落成。这个坐落于风景如画的怀柔水库北岸的基地,聚焦太阳向量磁场观测,丰富了当时科研人员观测太阳的技术方法。
听到这个消息,汪景琇迫不及待地赶回国,回到北京天文台工作。“怀柔太阳观测基地的落成,极大地推动了我国学者关于太阳磁场和太阳活动的研究,将我国的相关研究推向世界前沿。”
从此,汪景琇和史忠先成为怀柔太阳观测基地的常客。由于国内计算机技术还没有普及,太阳观测又需要借助计算机和图像处理系统提供支撑,汪景琇从零开始学习软件编程和图像处理系统、攻克语言难关、啃下一本本专著,使相关研究得以顺利开展。
这时,汪景琇开始思考:“如何用我们自己的观测设备,做出不一样的研究?”怀柔太阳观测基地中包含35厘米太阳磁场望远镜等我国独创的研究设备,在同时测量太阳上不同层次、不同尺度的太阳磁场、速度场等方面具有明显的优势。何不以此为契机,在世界范围内,首先做出更为系统的太阳向量磁场观测?
为此,汪景琇开始探索系统的太阳向量磁场观测的分析方法,先后提出向量磁剪切的概念、纵向电流计算的新方法和磁剪切发展方程,并早于国际同行四五年定量估计太阳活动区磁螺度(即磁场复杂性)。这些成果为国际同行的相关研究提供了借鉴和参考。在他2009年获得国家自然科学奖二等奖的8篇代表性论文中,有6篇论文的数据支撑,是基于我国自己的太阳磁场望远镜观测完成的。
“就是要瞄准国际前沿寻找研究课题,要相信,中国科学家可以做出世界顶尖的研究成果。”此后,汪景琇努力推动太阳观测研究领域的国际合作、参与创办我国第一本英文天文学期刊、组织国际学术会议,不断提升我国天文学研究在国际上的影响力。
近年来,随着“羲和”“夸父”两颗探日卫星的成功发射,我国初步建立了综合性太阳观测网。“这不仅提升了我们自己的观测能力,也将为世界提供更多有价值的研究成果。”依托新的设备和技术,汪景琇的研究工作也在不断深入。
“希望有更多年轻人投身太阳物理学研究事业”
作为科学指导组成员,汪景琇最近正在为将于今年11月举办的亚太地区太阳物理国际学术会议做准备。这也让汪景琇回忆起自己第一次参加国际学术会议时的情景。
上世纪80年代,汪景琇以报告人的身份参加了天文学学术交流会议。“参会的都是来自各个国家的太阳物理学专家,我当时只是一名硕士研究生,不紧张是不可能的。但由于我们做了充分的准备,报告很成功。”汪景琇说,那次会议打开了他的学术视野。
多年来,汪景琇一直鼓励学生多参加国际性学术会议,并积极为大家创造条件。汪景琇的学生、国家天文台副研究员金春兰说:“每次与汪老师探讨论文,他都给予鼓励并对研究方向提出建议,但不做过多干预。他希望我们提出新观点,并希望可以与国际学术前沿接轨。”
学生取得了成绩,汪景琇有时比学生本人还高兴。“我一直鼓励大家,做研究不要给自己设限。在很多方面,学生应该比老师的研究更超前。”采访时,汪景琇不时从书架上拿出一本书,在参考文献中找到自己学生的名字,并兴奋地指给记者看。在汪景琇培养的15名博士和7名博士后中,不少人已经成长为行业顶尖人才。
当下,汪景琇还在为太阳物理学研究忙碌着。日冕加热被称为天体物理学八大难题之一。“为什么作为太阳大气的日冕,温度可以高达百万摄氏度的量级?揭秘这些问题,还需要不断努力。我已经80岁了,得抓紧时间,还想再到怀柔太阳观测基地做点实测工作,把研究再往前推一推……”汪景琇说。近年来,他还将部分精力投入科普工作,“希望能让更多孩子了解科学、热爱科学,希望有更多年轻人投身太阳物理学研究事业。”
在汪景琇办公室的一个角落里,放着一本金色证书:一颗由中国科学院紫金山天文台发现的国际编号441374号小行星,被命名为“汪景琇星”——如今的他,正如这颗小行星一般,充满热情地向着宇宙深处不断进发。
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