華裔天文學家葛健團隊發現離人類最近的超級地球

《星際迷航》(Star Trek)科幻系列劇中,宇宙和星際聯邦中最重要的智慧種族之一瓦肯人的母星瓦肯星(Vulcan Planet)位於娜瓦薩(Nevasa)恆星系主恆星娜瓦薩周圍的一顆行星上,圍繞恆星HD26965 (也稱作波江座40A)運行,距離地球大約為16.5光年。

華裔天文學家葛健團隊發現離人類最近的超級地球

葛健(右三)與部分天文臺工程技術人員。背景為DEFT望遠鏡 圖:葛健提供

在劇本創作人羅登貝瑞(Gene Roddenberry)天馬行空的想象中,這個星球大氣較稀薄,星球的居民因為外面太熱而住進山洞裡 。1960年代起,這個人類幾代人探索全然未知的新世界,尋找新生命和新文明的科幻夢想,而今似乎成為現實。

華裔天文學家葛健團隊發現離人類最近的超級地球

超級地球的藝術想象圖(由畫家 Don Davis 創作) 圖:葛健提供

幻想中的瓦肯星確實存在

2018年7月,英國《皇家天文月刊》刊等了佛羅里達大學天文學系教授葛健及其博士生馬波,田納西州立大學天文學家Gregory Henry 及Matthew Muterspaugh等的研究論文。葛健和他所帶領的觀測研究團隊,利用達瑪基金會天文望遠鏡(DEFT),通過常年密集的觀測,在《星際迷航》故事中斯波克(Spock)家鄉的波江座40A恆星的周圍發現了一顆被稱為“超級地球”(Super Earth)的瓦肯星 。

葛健表示,新發現的超級地球在圍繞類似太陽的恆星運行的超級地球中,是離我們人類最近的一顆。這顆行星的體積為地球的約兩倍,質量是地球的約8倍,公轉週期42天。根據葛健領導的觀測研究團隊的測量數據,這顆超級地球和《星際迷航》劇中幻想的瓦肯星幾乎無異:離她的太陽近些,引力較地球大,距離地球大約16光年。

據葛健介紹,他帶領的觀測研究團隊2014年開始達瑪地外行星巡天項目。2014年起,葛健團隊使用TOU光譜儀在田納西州立大學的2米自動化望遠鏡上通過先導觀測。2015年底,在基金捐助人辛格(Micky Singer)幫助下,葛健團隊自己的天文望遠鏡運到達瑪基金,稱為DEFT(Dharma Endowment Foundation Telescope)開始工作,發現一個可能呈週期性變化的信號,只是不太確定。

2016年,葛健團隊繼續利用TOU光譜儀,依託亞利桑那州南部勒蒙山(Mt Lemmon)上的50英寸專用自動化達瑪基金望遠鏡,作進一步觀測,終於清晰探測到,波江座40A(HD26965)在42天週期裡以最大約每秒1.8米的視像速度來回移動。

葛健指出,雖然這顆星是圍繞類似太陽的恆星運行的超級地球中離我們最近的,但是按照目前的技術能力,人類抵達那裡可能需要十萬年時間,這顆星看起來究竟怎樣,只能依靠想象。同時,這顆超級地球,可能一半寒冷,一半炎熱,因為潮汐鎖定,會使天體永遠以同一面對著另一個天體。所以,它面對“太陽”的一面可能炎熱,乾燥,而背對“太陽”的一面,可能會陰冷,潮溼。一冷一熱的情形,會讓瓦肯星具有非常強烈的大氣流動,風速可能會很快。

葛健認為超級地球的發現對於在鄰近恆星中發現更多超級地球,包括在宜居地帶中的類地行星來說,用望遠鏡進行的高頻次,高精度徑向速度觀測,起著非常重要的作用。他的團隊將繼續對這顆超級地球及其周邊作進一步研究。

華裔天文學家葛健團隊發現離人類最近的超級地球

葛健在世界最大的光學望遠鏡GTC 前留影 圖:葛健提供

所有的優秀背後,都是不懈的堅持和自律

葛健認為超級地球的發現,除了科學價值,它也是人類幾十年前的夢想被證實,非常前沿性地把科學和現實中的科幻連在一起。 科學和人類的進步都是憑著人的想象而起, 人類的想象無窮多,但是真正實現的很有限,超級地球的發現是其中之一。其意義既促進科學的發展,也鼓舞對科學有興趣的青少年不放棄追逐夢想。但是,需要願意為此付出努力,真正做到極致,即使冒險在所不惜 。

葛健提醒,華人是公認的勤奮一族,但是諸多限制的文化教育可能缺少創新,或不鼓勵夢想;即使有夢想,也可能不敢冒險。從他的個人空間記錄中可以看到,葛健所付出的遠遠超出單純的的研究。除了研究,他事必親躬,從觀測中,數據蒐集中,到實驗室建立,建成天文望遠鏡,到精密度的觀察,他在其中主導一切。

葛健為安徽舒城人,家中的長子,父母都是教師。他認為從母親那裡繼承了個人素質,而父親強烈的好奇心傳給了他,鼓勵他進行思考。高中畢業於省重點高中廬安一中,以全校第二名的優異成績考入中科大,最終學習天體物理。

葛健自稱從小淘氣,不守規矩,多動症,自卑症(因為父親典型的中國式家長作風的嚴厲管教打壓),所以極度缺乏自信心,好在母親的包容給了他安慰平衡。他非常慶幸自己在國內鄉下廣闊的天地不受約束,有魯莽,有冒險,和小夥伴們隨性成長的童年。他是小夥伴眼中膽大,心思縝密的“智多星”。初中時自學高中課程,高中暑假開始讀完大學微積分的課程。

葛健很專注於沉浸在自己的小世界中,喜歡自己琢磨玩具模型,他稱之為不容易被外界環境影響,不理會人情世故。從小喜歡動手,能吃苦。8歲時根據大炮原理琢磨,用鋼管,爆竹,沙石自制小土炮;初一時自學幾何學,自己琢磨出用極限的方法解決未解的幾何問題,並寫成數學論文寄給中科大老師,但是石沉大海沒有迴音,很受打擊。他表示,也因此尤其關注培養青少年對科學的興趣,因為自己從小對科學的興趣,沒有得到及時的引導鼓勵而遺憾。他表示,在美國大學學習時,開放鼓勵的環境氛圍下,才開始建立了自信心。

葛健坦言,華人有夢想,非常艱辛地努力, 但是也許在創造力方面需要更多學習。原因之一,或許太循規蹈矩,即使有想法,但缺乏冒險精神 。到美國後,接受了西方的文化,他努力克服自身的弱點,不光勤奮,更具西方人的冒險精神。任何科學研究往往會有很多風險,包括他和團隊的研究,前人不同望遠鏡各種觀測嘗試過很多,但是都沒找到,一方面儀器精度不夠,其次,觀測範圍數目不夠。 他帶領團隊注重觀測精確度,信號很弱的情況下,需要很多很多的觀測,經過長期的數據積累,並有所突破,比別人付出很多的觀察策略是根本。其敢於冒險也可見一斑, 堅持別人不敢想象的嘗試,因為很可能一無所得 。

葛健表示,有夢想,拋棄功利,做事憑自己的興趣和熱情,大膽追夢,而不是有好處才做,應該是他成功的關鍵。如此,他人也會被感染,提供支持。研究中間碰到很多困難,所有隻靠自己的團隊有限的資源完成,或者外部其它地方尋求合作,困難可想而知。他本人身為科學家一切親力親為,要做儀器,作望遠鏡,甚至蓋房子打地基都得親歷完成,整個項目完成付出的努力常人難以想象。他告柬年輕人做大事不要怕困難,有創新精神,敢於冒險。他表示並沒有刻意爭取今天的成就,僅僅因為是自己的興趣所在,夢想所在。

所謂所有的優秀背後,人們往往只看到別人優秀的成果,往往忽略他們為此付出的自虐般的努力。好比爬山登頂險峻的高峰,越臨近山頂,能夠有毅力堅持不懈的人越少。真正能夠登頂遠眺的人,永遠是那些心無旁騖,堅持往前走的人。

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