中國天眼的北大人 | 春天裡的一個瞬間

以下文章來源於北大天文 ，作者李菂

編者按

「中國天眼的北大人」系列今天推出第二篇，由FAST首席科學家李菂研究員撰文。李老師用風趣幽默的筆觸回憶了從未名湖到查爾斯河畔的學習工作經歷，再到與FAST結緣、領導FAST科學團隊的故事。他的文字將帶我們重溫FAST從概念到現實的驚人蛻變，並進一步思考如何用好這架世界級望遠鏡，「早出成果、多出成果，出好成果、出大成果」。

圖文 | 李菂

吳學兵老師和王科學弟布置作業，給北大天文公眾號寫稿。緊張了好幾天，原因有二：作為翹首企盼國家「去唯」新政的科研人員，天生缺乏揮灑文字的技能包。初到康奈爾大學讀研就碰見一位隔壁的美女同學（經典的，不是被人「看不出漂亮「的那種）。她的總結言猶在耳：「你們北大來的，說起學校就眉飛色舞，煩」。年紀越長越體會到隔壁有道理。北大天文正旺，己為偶爾沾光的外圍，能在清華傑出校友南仁東的領導下，時時往貴州平塘為FAST搬磚種樹，福氣。這篇給老師和學弟交的作業，博一笑不負少年，輕拍。

技術物理的技術

1991年來到燕園，進入技術物理系核物理專業讀本科。彼時查海生已經是個傳說，但還不是符號。讀微積分、量子力學、嚼不清楚狄拉克算符的同時跑東門外的重離子所，爬輝映博雅塔的碉堡「方樓」。

圖1：物理實驗樓—「方樓」

碉堡裡面有技術物理系核物理和應用化學專業放射實驗課堂，也有原天體物理專業彭秋和老師的傳說。與清華大學的工程物理系一樣，北京大學技術物理系應國家戰略而生。放射實驗的一個基礎應用是輻射防護。任何一種防護，從核電站到孕婦「防引力波」馬甲，都不是0風險。換言之，不論鉛塊還是防護牆都不能無窮的厚。量化指標的前提是生命有價，肢體也有價。這種現實的計量考慮是從事技術性工作的必要訓練。後來物理學院、化學學院成立，原生的技術物理系退出歷史舞臺。慶幸能在技術物理系接觸到胡濟民、虞富春這樣的前輩，上到王正行教授的普通物理課（這輩子性價比最高的課），得到葉沿林老師指導本科論文，更有幸與吳月芳教授成為系友。跟一眾學弟學妹一樣，我與北大天文的聯繫始於吳月芳老師。桃李天下，年近耄耋，她去年還連發兩篇一作論文，並且時有自己騎車去報銷。從小就知道自己中人之姿，進北大體會甚確。一路走運，遇到關懷後進的前輩。吳月芳吳奶奶是我遇到的最為體諒關照學生的老師。幸甚！

在康奈爾大學做的博士論文主要是毫米波到遠紅外波段的恆星形成觀測研究。論文導師是自適應光學和微波光譜學的專家，同時也是阿雷西博望遠鏡（曾經世界最大單口徑300米射電望遠鏡）的臺長。20世紀90年代中後期，阿雷西博增加了饋源倉，包含了特殊設計的二級和三級鏡，實現了點聚焦，鳥槍換炮。彼時，導師和我都還沒有使用過阿雷西博望遠鏡。為解除尷尬，在讀博寫代碼之餘，借鑑徐遐生、Mick Werner、H.I Ewen的嘗試，編出一個氫光譜的觀測申請。測量、分析結果後來命名為中性氫窄線自吸收（HINSA），多年後終於在2003年發表。

我剛找到第一份工作，在哈佛—史密松天體物理中心給亞毫米波衛星編制觀測方案。雖然苦逼，兼要對付HINSA文章的非常在行的審稿人，總算能有預算和時間回到北大拜會吳月芳老師。在逸夫樓的頂層，在突兀的隔門背後，見識了她的有洞天的斜頂辦公室。後來知道那可以叫「落戶忒」，勉強。在吳老師落戶忒還見過另外一個王師弟(王均智，時為北大博士生)，高能所的馬老師（馬宇倩，時任北大「高能天文」課教師），以及我在天文圈逐步認得的許多老師、同學。同年還去了西安，巧遇南仁東老師。老南那時還不老，永遠的特立獨行逾萬千眾。我給了他一段電梯陳述，大意是「晚輩在阿雷西博住過，雖然文章還沒發表，能去FAST謀個職位嗎？」南仁東：「不能。」那是我熟悉、適應南式犀利的開始。

去而復返

「回來就是放電，你還是在國外充充電吧。」——南仁東

彼時距離FAST後來立項尚有6年，距離開工8年，距離竣工14年，南老師和彭勃老師的團隊還自稱『丐幫』，正是缺人、缺錢、缺一切的時候。這時能優先考慮自投羅網的年輕人的前程，直白建議，極為難得。一生感恩！之後真的就在查爾斯河邊晃了三年，又和已經辭職學藝術的技物同學開車斜穿亞美利加。一路節約著聽完BBC原版的「銀河系搭車指南」，囫圇下死貴的奧馬哈牛排，把藝術家丟在洛杉磯合眾車站，投奔帕薩迪納的朋友。現在自己常面對晚輩求職或者徵詢，時時記起初識老南的那一刻，任何建議，自己力求老實就好。這一段往事我在追授南老師時代楷模的典禮上講過，被剪掉了。

圖2：2007年11月8日與南仁東（右）在英國Jodrell Bank天文臺，背景為76米Lovell射電望遠鏡

2007年夏天的一個晚上，自己又尋去吳月芳老師的落戶忒。北大逸夫樓一如既往的昏暗，電梯、樓道、隔門，豁然放晴。接著去杭州參加FAST研討會，適逢隔壁在給胡景耀老師（國家天文臺研究員）過生日。他的一個香港同事說：「胡老比我大一輩。我在他40，50，60歲都見到他。每次都是同樣的感想——到他那個歲數能活成他那個樣貌，就成功了。」人生不如意事十之十十。聽到這句話，我想到吳月芳、南仁東。

下半年參與FAST立項建議書科學規劃編制，幫忙回應魯國鏞教授（時任美國國家射電天文臺NRAO臺長）的建議和問題。冬天和南老師、彭勃老師、金乘進師兄去Jodrell Bank訪問。彼時我還在噴氣推進實驗室（JPL）上班，從洛杉磯轉拉斯維加斯再飛英國曼城去和前輩們匯合。這行程聽上去就不靠譜，便宜。果然Midland航空公司把行李箱丟了，只剩一身西裝頂一個禮拜。彼時的曼城已頗有寒意。白天參觀完76米天線，晚上又被南老師拉到外面抽菸。「記住它（76米）工業的美感。FAST不能流俗」。那次研討的部分內容體現在了對於FAST脈衝星巡天的量化估計（Smits et al. 2009）。而南老師對於美的追求我在以後體會更深。

2008年收到中科院FAST項目科學家的聘書，不勝惶恐。2009年回國參加賴東教授組織的康奈爾大學和國家天文臺的FAST合作研討會。隨後與南老師、彭老師，第一次去大窩凼現場。南埡口那時沒有炸開，山神庵下面的楊家房子也沒拆，在後來臨時控制室的位置吃了餐火鍋，搓了堆雞骨頭餵狗。對於FAST的前景是頗有些迷茫的。Lorimer Burst（2007年Lorimer利用澳大利亞Parkes 64米射電望遠鏡數據發現的第一個快速射電暴）確實有石破天驚之感，不過連他老婆都不信。阿雷西博的脈衝星巡天從來就是差強人意。中性氫巡天必然載入史冊，但需要5-10年的積累。金主和天文界的同行有這個耐心嗎？今天看來也很不確定。

一個春天

2010年再去FAST現場，陪南老師跟一屋子負責詳勘的工程經理和監理在光厚的煙霧裡拍桌子罵街。他下來跟我說：「別信他們的，貴州建高樓都幾十年了，哪兒來那麼多危巖，就是Money」。

聽了才明白為什麼他要把最後一個博士生託付給我。彼時雖自顧不暇，也體會到推無可推。拉李會賢到北大逛了一圈，抱怨「到處在修，毛主席像沒了，圖書館前的草坪也沒了。到了出國季節的學弟學妹們，哪裡能找到夕陽之下、端著飯盒或吉他、跟著校廣播站唱『Go West』呢？」現在知道，這就是衰老的跡象。2010年藥膳還在，其麻辣鯰魚的江湖傳說地位約等於後來的知乎+大眾。最後一次吃藥膳，提起北大不老的吳月芳老師。開始規劃會賢研究金牛座分子外向流和氣泡，正好是吳老師的專長，便於請教。

2015年會賢終於完成發表了有94頁的ApJS論文，有幸得到吳老師這樣專業、重要的合作者的幫助。文章被審稿人稱為 「an important reference in the field of star formation」，是我至今為之驕傲的學生論文。

2011年2月受嚴俊臺長、南老師和鄭曉年副臺長委託，負責申請科技部973計劃支撐FAST早期科學研究，設立六個課題組，包括30位成員，一個月完成從組稿到正式提交。彼時我的主要工作在管理Herschel HIFI，開展SOFIA的基礎科學項目和參與SOFIA科學委員會（美德合作），熟悉的國內射電同行專家到不了10位，真正小白。又跑去北大逸夫樓，這回是到徐仁新教授的辦公室，訴苦。承蒙不棄、指教！

所幸有錢磊、嶽友嶺、李會賢。他們的勤奮、堅忍、誠懇、細緻和包容，給了我希望。2011年3月15號，拿著光自己就手籤了96個字、蓋了無數個章的五份紙質的完整申請書，和錢磊一起去北師大找朱宗宏教授籤最後一輪的字。下午事了，睡眠不足的兩個人在北師大西門的咖啡店小憩。看著牆上硬行小資的留言貼紙，開懷地笑話自己。

10天後FAST正式開工。6個月內973項目將有4次正式答辯，層層競爭，各種意想不到的挑戰。幾年之內還要遇到索疲勞等可能顛覆的難題、寬帶夢想的無中生有、南老師的染病、促動器的危機、購置硬碟之零預算、渣化混凝土的凍雨、總書記「四出」要求的急迫、各方利益與技術決策的糾纏、背後質疑之尖銳、貴大的最後通牒、善意建議和傲慢俯瞰之等效尷尬、忽略了地球不可阻擋的進動後抽自己的衝動；也有在現場帶娃貼春聯、領美國小年輕放鞭炮的放肆、過春節值班時的饕餮、2016年9月19號FAST第一縷光的鬆一口氣、每次走近綜合樓都還能見到野凼凼的慶幸。如此等等不一而足。

2011年的3月15號，我們捧著一堆A4紙，一切都還在將來。那個春天的開始，我們很懷念她。

「Astronomy is Easy」

1978年3月31日，郭沫若先生在第一屆全國科學大會閉幕式上致辭《科學的春天》：「我的這個發言……是對一部巨著的期望……它不是寫在有限的紙上，而是寫在無限的宇宙之間」。1984年，國慶35周年群眾遊行時，北大學生方陣展出一個「小平您好」的橫幅。那時的檢閱，沒有錢學森彈道之東風快遞，沒有無人機群，只記得是在大院小廣場那個9寸還是11寸的公共電視上看到過這個方陣，走得不齊。

FAST的立項預算是6.7億，嚴重不足。陳建生院士在立項評估的時候就指出需要「12個億」。2014年，南老師在國際評估會上回應專家的質詢，回顧了立項時發改委對於預算體量的批覆。大意是「6.7個億的預算是中諮公司專業審計的結果，可以據此啟動立項。如果提出疑義，需要明年重新討論、通過審計後再考慮立項」。我不敢說能完全揣測南老師當時一生事業懸於一線的心境。後來，他倒是經常提起，「國家給了這麼多錢，壓力大啊」。所以錢的多少是相對的，一如保命的防護牆的厚度。

大型天文臺的運行機制和核心目標是多樣的。美國國家射電天文臺一直引領了開放天空的理想。反之，美國的先進光學設備，以買入為主流。例如Keck,非投資方極難取得觀測時間。歐洲天文整體的開放程度略差。日本再次之。

如何評判大型設備的業績呢？阿雷西博的文章產量位居世界大型射電望遠鏡中流，卻憑首次測量水星自傳、發現第一例雙中子星、第一顆毫秒脈衝星、第一個超脈澤源、第一個系外行星系統、第一個重複快速射電暴等等，屢屢創造歷史。開放運行的基礎是廣泛的同行評議和相當的共識。阿雷西博望遠鏡不是一個同行評議產生的、也不是一個同行評議通得過的創意。同行評議可以選出最優秀的、最被認可的想法，發表最多高質量的文章，也有其內秉的局限性。

LIGO的立項經過，已有成文的正史。在2018年IAU大會天文學史分會場，更是有關於LIGO如何與GBT項目進行政治博弈和交易的精彩討論。如何完成具前瞻性、原創性的系統而艱難的工作，攙扶住哪怕是一小部分冷板凳，同時保證大型設施的開放和公平，是所有通用科學裝置，例如ALMA，持續面臨的挑戰。

2017年9月，幾次認證FAST脈衝星候選體失敗。反覆修改FAST數據頭文件加之幸運得到澳大利亞Parkes同行捐獻觀測時間，終於開始能夠重複FAST的新探測。2017年9月13號，我給南仁東老師等發郵件，謹慎地報告好消息。祈願他看見了吧。

2020年初，FAST項目組湯寧宇發表了對於普朗克雲核中HINSA特徵研究的論文，利用FAST取得了超過阿雷西博的效果，初步展示了FAST研究中性氫譜線的潛力。論文中使用了吳月芳老師自2012年以來對於普朗克雲核氣體中一氧化碳發射的系統研究的結果。2020年疫情之下，吳老師將近半年滯留美國沒能回到北京。作為晚輩還有FAST可用，zoom會可開，有各種忙碌可忙碌，萬幸。

2018年底，我對《自然》雜誌社的記者說「Astronomy is easy; actuators are hard. And money is harder」。也許還可以有「Vanity is the hardest.」。記者給這篇介紹FAST的文章取了個煽情的標題 「China’s place among the stars」。老師和他的星（南仁東星：小行星79694）都在天上。後輩勉力前行，不敢懈怠。