PDF《张志刚：敢为地球“兄弟”称重》

7 月24 日凌晨, NASA 宣布发现 了1400 光年外天鹅座的另一个地球 开普勒― 452b , 一时引起轰动.但很快, 学界普遍认为, 在 这颗行星的成分、 质量尚未确定的情况下就宣布 是 第二个地球 , 似乎显得有些匆忙. 类地行星上有没有生命, 不仅要看其是否 处于宜居带, 绕日周期、 体积大小是否与地球 类似, 质量也必须相近. 人们有所不知的是, 测量类地行星质量的 难度超出了科学家的预期, 该技术已经悄悄地 在国际间开启了一场竞争. 很难想象, 这名领衔国内研究的科学家在 几年前仍做着与天文完全无关的工作.如今, 却在 为地球 '

兄弟'

称重 而量身定做的 秤杆 上刻 定盘星 和标度. 他, 就是教育部 长江学者奖 励计划 特聘教授、 北京大学信息科学技术学院 量子电子学研究所教授张志刚. 与天文的邂逅 在2011 年之前,张志刚从来没有进过国 家天文台的大门, 尽管他的天文梦在孩童时期 就已萌发. 恢复高考后, 家在北京的张志刚抱着 不 离家去外地工作 的念头, 考上了北京工业大 学物理师资班 (应用物理学系的前身) .对于这 个当时没有选择的选择, 他至今有些遗憾. 此后, 在该校攻读硕士学位期间, 超快激 光物理与技术就成了张志刚的研究方向. 留学 回国后,

2004 年,他参与了一个国家自然科学 基金重大项目, 开始研究光学频率梳 (简称 光 频梳 ) . 所谓的光频梳, 是一些离散的、 等间距频 率的、 像梳子一样的形状的光谱.在光学领域, 光频梳就像一把 光尺 , 使科学家能够对光学 频率实现极其精密的测量. 然而, 当时的张志刚并不知道, 这种技术 会与天文结合.直到

2007 年, 美国哈佛大学和 德国马克斯 - 普朗克量子光学研究所分别提 出了用激光频率梳定标天文光谱仪的方法来 测定行星质量. 要测量和确认行星质量, 通常都要用到视 向速度法.视向速度就是面向观察者的速度. 行星围绕恒星的运动会使恒星也发生位移. 根据 多普勒效应, 在观察者看来, 恒星吸收谱线会因 远离或接近地球而发生红移或蓝移. 这个红移或 蓝移, 与两个星球的质量大小有关.测出频移的 大小变化规律, 就可以算出行星的质量. 测量多普勒频移是一项常规技术, 按说不 是什么难事.殊不知地球质量的行星对恒星的 扰动导致的恒星的视向速度非常小,只有 9cm/s 量级,在光谱仪上的移动只有一个原子 大小, 用现有的设备几乎不可能分辨.但激光 频率梳定标天文光谱仪却可以做到. 激光频率梳可以提供上万条等间隔定标谱 线,这些定标线与恒星各吸收谱线逐一比较, 可 以最终测量出这个微小的多普勒频移. 这种光谱 定标装置, 也称为天文梳 (Astro-comb) . 几乎就在国外学者提出这一概念的同时, 张 志刚赴美国麻省理工学院做访问学者, 并且幸运 地接触到 天文梳 的原理.只是隔行如隔山, 他 始终没有机会找到通往天文台的 光路 .

2009 年的一天, 张志刚去美国使馆办理签 证, 偶然发现身旁一起排队的男士手握印有国 家天文台字样的材料, 眼前一亮, 便主动与其打 招呼.谁曾想到, 眼前的这位正是中国科学院国 家天文台副台长、 做行星研究的赵刚研究员. 真是踏破铁鞋无觅处, 得来全不费功夫. 张志刚回忆此情景, 不禁笑言.他借机向赵刚 谈起国外天文梳的研究情况和他自己的光纤 激光频率梳.让他喜不自禁的是, 赵刚也正想 用天文梳寻找类地行星―― ―两人一拍即合, 便 有了日后的合作. 多少次,张志刚乘坐国家天文台的大巴往 返于北京与兴隆观测基地, 在夜深人静的兴隆 山仰望星空.于他而言, 这是一件特别让人骄 傲的事 ! 为中国制造争口气 那是