深观察|探索无止境:从韦伯望远镜看科学共同体建设

今日热点 2022-07-15 09:44 20

摘要:图为美国航天局7月12日公布的詹姆斯·韦布空间望远镜拍摄的宇宙图像。新华社发(美国航天局供图)北京时间2022年7月11日凌晨5点,詹姆斯-韦伯空间望远镜(韦伯...

图为美国航天局7月12日公布的詹姆斯·韦布空间望远镜拍摄的宇宙图像。新华社发(美国航天局供图)

图为美国航天局7月12日公布的詹姆斯·韦布空间望远镜拍摄的宇宙图像。新华社发(美国航天局供图)

北京时间2022年7月11日凌晨5点,西藏日喀则:已安置滞留人员1539名詹姆斯-韦伯空间望远镜(韦伯望远镜)“预热”发布了第一张全彩图像。7月12日晚10点半,韦伯望远镜正式发布了首批“伪彩”宇宙深空图像和光谱。这些数据无不展示了韦伯望远镜令人惊叹的能力——看得清、看得深。
韦伯望远镜首批数据包括了5张高分辨率全彩科学图像和红外光谱,对应了5种不同的天体系统——宇宙早期的深场观测、致密星系团、恒星诞生的形成区和恒星死亡产生的行星状星云、系外行星世界。
朋友圈中的诸多朋友纷纷转发图片、文章,东莞办毕业证震撼于韦伯望远镜拍摄的美丽天体图像,感慨于韦伯望远镜从无到有的漫长历程。我们应当如果看待这一历史性的科学事件?这一事件对于我们天文人又有哪些启示?詹姆斯·韦伯空间望远镜拍摄到的首张深场宇宙红外全彩图像。该图像显示了46亿年前出现的星系团SMACS0723。

詹姆斯·韦伯空间望远镜拍摄到的首张深场宇宙红外全彩图像。该图像显示了46亿年前出现的星系团SMACS0723。


首先,这是由人类智慧对宇宙奥秘的好奇所驱动带来的美丽成果。这次发布的首批图像这还只是一个开始,对应的拍摄天体多是哈勃望远镜曾经关注过的,从而方便进行对比参照。后续,韦伯望远镜将依据科学目标和全球科学家的观测计划拍摄更多天体。预期会带来多个领域的系列成果,公众们会看到类似“最古老星系”、“恒星出生的摇篮”、“引力透镜”、“最XX的恒星”、“系外行星生命之谜”之类的新成果报道。
其次,欣赏韦伯望远镜成果的同时,中国天文人其实也在不断努力。中国天文人们已建设一批天文设备,并基于这些设备取得了一系列重要成果,如中国“天眼”(FAST)在脉冲星、快速射电暴方向取得的成果,“悟空” 号暗物质粒子探测卫星在高能电子/质子/轻核宇宙射线能谱方面取得的成果、“慧眼”硬X射线卫星在宇宙磁场测量方面取得的进展等。这些成功的案例表明,做强自己的设备,能保证足够的科学观测时间开展系统性的观测计划,获取一手数据,为取得优秀的科学成果奠定基础,带来基础科学方面的原创发现。当然,这个过程不可能一蹴而就。
从天文领域成功开展的一些国际项目(SDSS巡天、Gaia巡天、哈勃望远镜、韦伯望远镜)能得到一些经验,那就是重视学科领域的科学共同体和科学生态环境的构建。
笔者理解的科学共同体,是有着相同科学观念的科学家组成的集合体。因着相同的科学观念、共同的目标,聚在一起,共同谋划和推进一个具有“使命驱动”的,需要进行“建制化体系化”来推进的项目。以韦伯望远镜的成长历程为例,根据最初的计划,美国宇航局预计在2007年就能够将韦伯望远镜送上天。但由于各种原因,韦伯望远镜的发射时间一推再推,再加上一些未预料到的技术难点攻关等,韦伯望远镜所需要的经费不断水涨船高,如今,这台望远镜的预算已经高达上百亿美元,是最初的19倍以上。期间,美国的一些部门要求中止这个项目。不过,有众多科学家和合作单位构建的科学共同体的支持,项目坚持了下来。这个科学共同体的共同目标是科学层面的追求——红外空间观测将揭晓的宇宙早期的奥秘、恒星的生与死、系外行星的更多信息。
如果说共同目标使得科学共同体在一定程度上达成了“使命驱动”的共识,那么接下来关键的便是科学决策。科学决策不一定能由科学共同体来决定,但可以由科学共同体来推动。科学决策的本质在于决定项目的优先顺序。需要有人或一个组织来决定,要作出带来巨大影响的艰难决定。例如,在NASA的空间政策部门内部,他们在策划出选题后,并要将这些选题与更大层面的国家、国际政策世界联系起来。任凭其他人去倡导、建议、游说和抱怨,但处在NASA局长和科学副局长这些关键岗位上的官员们必须正式地作出决定,而作决定从来都不是容易的,特别是当没有足够资金满足所有需要做的事情时。试想,如果没有时任NASA局长丹尼尔·戈尔丁和NASA的科学主管爱德华·韦勒找到足以让“勇气号”和“机遇号”启动的资金,它们也不会最终成功。与决定本身一样重要的是,如何作出决定以及推销它们。
好的科学生态环境是推动项目前进、达成最大成效的重要保障,科学生态环境要有科学共同体来努力构建。例如,天文望远镜筹建过程中,势必会形成各类工作组,如何谋划好大框架和长远图景,提出高要求,加强协同攻关,提升工作质量和进度。在望远镜使用方面,如何最大化天文望远镜的科学产出?在当前中国空间站望远镜项目的推进过程中,就有很多较好的做法,如不定期召开研讨会、仿真软件的使用培训、不同工作组之间的交流沟通。还有一些值得关注的小细节,此前一些产出丰厚的天文类科研项目无不表明,优质硬实力的作用发挥离不开优质的软实力支撑,这些软实力细化到项目的网站主页(面向同行、公众、媒体)、数据检索、使用指导和科学传播。软实力的打造需要IT行业、媒体等领域的人才来贡献智慧,期待在科学家、工程师着力专业攻关时,有其他行业的人才以灵活的方式为科技创新注入软实力。 
宇宙那么大,那么深邃,那么美。探索浩瀚宇宙是全人类的共同梦想。150万千米之外,韦伯望远镜已启动了她“看得清看得深”的上下求索,她将会助力我们人类揭开关于宇宙早期、星系演化、恒星和行星系统诞生和系外行星等领域的诸多奥秘。
暗淡蓝点之上,平凡但不平庸的人类,俯首前行之余,仍不忘抬头仰望星空,追问那个问题“我是谁、我从哪儿来、又该到哪儿去”。科学无国界,探寻宇宙奥秘的道路还需要全世界科学家一起去努力!(作者系中国科学院上海天文台副研究员)
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