作者:沈春蕾 来源:中国科学报 发布时间:2024/11/25 16:39:46
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他的创新工作获得了江苏省科学大奖

 

他今年88岁,每天依然很忙碌,脑子里总会迸发出很多新的想法,想到了就要立即打电话跟人讨论,有时候也会担心晚上会打扰人家休息……

他是中国科学院院士、中国科学院南京天文光学技术研究所研究员、南京大学教授苏定强。

苏定强在国际天文学联合会第28届大会开幕式上做学术报告。苏定强供图

苏定强在望远镜和天文光学领域从事研究工作已有65年,曾亲历并参与了我国2.16米光学天文望远镜(以下简称为2.16米望远镜)、郭守敬望远镜(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,LAMOST)等研制工作,每次回忆起这些与望远镜研制相关的往事,他总能如数家珍——

2.16米望远镜是我国自力更生研制大型精密设备的标志;郭守敬望远镜是我国独创并自主研制的世界上口径最大的大视场望远镜,截止2023年其光谱获取数已经在国际上领先10年,科学产出在国际上6米以上口径的大中型光学望远镜中排名第三……

11月7日,江苏省召开科学技术奖励大会,苏定强凭借在天文光学领域的多项创新突破成绩,获得2023年度江苏省基础研究重大贡献奖。

苏定强还曾先后荣获11项国家和省部级奖项,其中以第一获奖人获国家科技进步奖一等奖、国家自然科学奖二等奖、中国科学院自然科学奖一等奖、中国科学院杰出科技成就奖和江苏省科学技术奖一等奖。为表彰其贡献,第19366号小行星被命名为苏定强星。

如今,苏定强依然挂念着自己奋斗一辈子的天文光学事业,他告诉《中国科学报》:“有时候一个项目的成功会让我比获得一个奖励更加高兴。”

不应该总是购买国外的产品

1609年,伽利略用望远镜观测天空,开创了现代天文学,为纪念望远镜用于天文观测400周年,联合国将2009年定为国际天文年,可见望远镜对天文学的重要性。

1934年,紫金山天文台建成时向德国蔡司公司订制了一台60厘米反光望远镜,这是当时远东地区最大的天文望远镜。

购买一台天文望远镜的价格不菲,新中国成立后,百废待兴,老一辈天文学家提出,不应该总是购买国外的产品,新中国科学技术能力的提升也不能完全依赖国外。

1958年,我国提出建造2.16米望远镜。“这个想法在当时很先进,因为欧洲1958年才建成一台1.93米望远镜,我们要建的望远镜更大。”苏定强回忆道,但实施起来却遇到很多困难,并一度搁置。

尽管如此,苏定强并没有停下对2.16米望远镜相关研制工作的思考。

20世纪60年代中期,年仅30岁的苏定强发现,传统天文望远镜的折轴系统和卡塞格林系统使用不同的副镜,需要更换,这不仅增加了机械结构的复杂性,而且往往还会降低光学系统准直的精度,使像质变坏。

1966年,苏定强突破传统的框框,提出了一系列增加一个中继系统获得共用副镜的新折轴系统。

中国人具备的创新能力

好事多磨。

1972年6月,在1966年思路的基础上,苏定强提出了只需在极轴上端增加一块椭球面镜(中继镜)的共用副镜的折轴系统,2.16米望远镜项目组当即决定采用。

1973年年底,苏定强又有了新的发现——只要转换时副镜做约11毫米的小量平移,将中继镜面形取为适当的扁球面,得到的折轴系统可同时消去球差和彗差,像质比传统的更换副镜的折轴系统好约20倍。

2.16米望远镜最后采用了这样的折轴系统。这也让2.16米天文望远镜在当时成为世界上第一架多焦点共用副镜的望远镜。

1977年10月,美国天文代表团在了解到2.16米望远镜上述设计思想时表示,在采取单副镜这一方面,中国科学家的设计是世界上最独特、最优秀的,这一设计思想今后必将被世界其它各国所仿效。

当时的这支美国天文代表团中有6位美国科学院院士、一位诺贝尔奖获得者,是此前访问过中国的规格最高的天文代表团。

后来在1979年,美国国家光学天文台首任台长、亚利桑那大学光学科学中心的创建者迈耐尔(A.B.Meinel)访华时,对苏定强提出的加中继镜形成共用副镜的想法给予高度好评,并将此中继镜命名为SYZ(苏俞周)中继镜,他们设计的多个天文望远镜都在采用了SYZ中继镜。

据了解,如今欧洲南方天文台(ESO)正在研制世界上最大的4个8米望远镜阵(VLT),其中每个8米望远镜都用了加中继镜(或中继系统)、共用副镜的光学系统。

苏定强介绍,加中继镜的折轴系统和柯尔施(Korsch)系统是相似的,且两者都是在同一年互相独立提出的。欧洲南方天文台ESO正在研制的世界最大的39米望远镜,美国已发射的詹姆斯·韦布太空望远镜都用了这样的光学系统。

2.16米望远镜由于有这些重要的创新,1998年获得国家科技进步奖一等奖,苏定强是第一获奖人。今天,2.16米望远镜已建成35年,一直在很好地运行,它的建成为我国天体物理研究及建造更大的望远镜奠定了基础,也诠释了中国人具备的创新能力。

研究的步伐一直没有停歇

苏定强研究的步伐一直没有停歇。

1986年,他再次突破常规,提出镜面形状连续变化的光学系统——主动变形镜光学系统,开创了主动光学的新方向、新类型,这也是后来郭守敬望远镜(LAMOST)和天眼(FAST)采用的核心创新思想。

光谱观测是天体物理研究中最重要的方法。20世纪90年代,中国科学院院士王绶琯提出超大规模光谱巡天的科学目标,这就需要新概念的大口径兼备大视场的望远镜。王绶琯和苏定强在探讨如何实现这一科学目标中一拍即合。

中国科学院院士王绶琯和苏定强在建造中的郭守敬望远镜的观测室前合影。苏定强供图


随后,苏定强在1994年提出采用主动变形镜的反射施密特(Schmidt)光学系统,开创了世界上最大口径的大视场望远镜——LAMOST,解决了国际上长期大视场望远镜(包括施密特光学系统)口径做不大的难题。

当年,带有主动变形镜和两块拼接镜面的LAMOST光学系统是世界上前所未有的,研制中遇到了极大的困难,但在总工程师、中国科学院院士崔向群的领导下终于建成。

从加中继镜形成共用副镜的2.16米望远镜到LAMOST主动变形镜光学系统;从20世纪70年代独立提出光学自动优化设计的特殊评价函数——现今仍广泛应用的点图评价函数到研制我国第一个李奥Lyot双折射滤光器;从20世纪90年代建成两类主动光学实验系统、首先将阻尼最小二乘法用于线性问题到LAMOST的立项和成功建造;从空间2米望远镜光学系统方案,到提出它与空间站共轨伴飞,避免震动并便于维修和更换仪器……

1958年至今,苏定强提出了多项重要的创新工作,使我国天文光学达到了国际高水平的层次。

“思考着深邃的问题”

今天,大望远镜依然是天文研究中最重要的设备,当前多个新的、巨大的、各种类型的望远镜正在研制或计划中。

“源于对中国天文事业的责任心,这些年来,苏院士仍坚持科研,没有人会催他,反而是他在催别人,一旦他有了新的想法,就会跟团队沟通,精益求精,不断完善方案。他经常工作到下半夜。”

南京天光所党委书记、副所长袁祥岩说,“他思维非常活跃,很多创新思想在具体项目中都已实现。这也是苏院士作为一个创新型科学家非常了不起的地方。”

“我从事科学研究的动力,一是对科学感兴趣,二是为了民族振兴,这两个动力促使我不仅努力学习国外先进的科学技术,而且希望在一些方面能超过他们,这就需要有创新。”苏定强说。

1959年,苏定强从南京大学毕业后,花了很多时间学习数学和物理。他说:“一方面我非常有兴趣,另一方面我感到学了较深的数学、物理后,创新能力有显著的提高。”

2003年,67岁的苏定强重回南京大学,并开始自学广义相对论,当时他还任中国天文学会理事长,工作非常忙,学习的时间不多,但他仍然坚持学习,并于2007年开始在南京大学教授《广义相对论基础》课程。

“当时我自学了广义相对论一半的内容,并通过教学迫使自己继续学习。”苏定强回忆说,“那学期我推辞掉了所有的出差,甚至连院士增选会也不去参加,每天学习、备课到半夜一两点。”

苏定强曾经说过:“人生最快乐的是坐在桌前,桌上是几本数学或理论物理书和一杯茶,思考着深邃的问题。”

如今,苏定强希望年轻的科研人员也能有更多时间去思考,而不是为了完成某一个短期的指标,如发表几篇论文。他认为:“如果需要5年或更长时间才能取得的成果让年轻人在短期内完成,可能只能取得一般的成果,甚至有时候会埋没人才。”

苏定强打了一个比方:“做科研就好比下棋,当你对下棋感兴趣的时候肯定希望有时可以取胜,如果总是被对手打败,你还会有兴趣吗?所以我们做科研也希望某些方面可以比国外做得更好,这就需要创新,需要给予科研人员思考的时间。”

结合自己多年的学习和工作经历,苏定强表示,打下坚实良好的科研基础非常重要,同时,还需要在努力勇攀科技高峰的征程中不断学习和思考。

 
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