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光學名人
蘇定強

蘇定強(1936.6.15—— 天文學家。生于上海。

1991年當選為中國科學院院士。

在望遠鏡光學中提出多項新的思想和光學系統。其中帶中繼鏡的折軸系統,已用于我國的2.16米望遠鏡和國外的大望遠鏡中。與王綬琯院士共同提出來大天區面積多目標光纖光譜望遠鏡(LAMOST)的初步方案。2.16米望遠鏡獲全國科技進步獎一等獎,《天文望遠鏡光學的研究》獲國家自然科學獎二等獎,蘇定強均為第一獲獎人。為表彰其貢獻,第19366號小行星被命名為蘇定強星。

個人資料

1936年6月 生于上海,原籍江蘇武進。

中國科學院國家天文臺研究員。

1954年畢業于國立上海高級機械職業學校(現上海理工大學),1959年畢業于南京大學天文系。現為國際天文學聯合會(IAU)第9委員會(天文儀器與技術)主席、中國科學院天文學專家委員會委員、南京大學兼職教授。曾任中國天文學會副理事長、國家自然科學獎評委、北京天文臺客座研究員、中國科學技術大學、北京師范大學兼職教授。中國科學院院士。在大望遠鏡光學系統的研究中,提出了一系列新的折軸系統,提出了透棱鏡改正器,這些工作受到了國際上的高度好評,并已在國內外的一些望遠鏡中應用。和王亞男研究員共同建立了一個特殊的光學系統優化程序,自1972年以來用于我國天文光學系統的設計中。和王綬館院士共同提出了大天區面積多目標光纖光譜望遠鏡(LAMOST)的初步方案,現已建成位于中國科學院國家天文臺興隆觀測基地,2010年4月17日被命名為“郭守敬望遠鏡”。領導研制成我國第一個雙折射濾光器、第一個主動光學實驗系統。在大望遠鏡總體方案、非球面光學系統、高級象差、光學系統優化、雙折射濾光器、主動光學等方面完成了多項研究,共發表論文58篇。曾獲國家科技進步一等獎一次,國家自然科學二等獎一次,中國科學院獎四次,均為第一完成人。

成就及榮譽

主要研究領域為“大望遠鏡”。

在望遠鏡光學的研究中,提出了多項新的思想和光學系統。在我國多個望遠鏡的研制中作出了重大貢獻。領導研制成中國第一個Lyot雙折射濾光器, 導出這種濾光器的能量積分公式;提出了應用主動光學產生按傳統概念不能實現的面形變化的光學系統的思想, 領導研制成中國第一個主動光學實驗系統;合作提出了大天區面積多目標光纖光譜望遠鏡(LAMOST)的初步方案,作為國家大科學工程之一,現已研制成功。

曾獲國家科技進步獎一等獎一次,國家自然科學獎二等獎一次,中國科學院獎四次,均為第一獲獎人。1999年獲何梁何利科技進步獎。

1991年當選為中國科學院院士(學部委員)。

為表彰其杰出貢獻,中國天文學會提議,國家天文臺決定將一顆小行星命名為“蘇定強星”。該項決定報請中國科學院批復后,經國際天文臺聯合會小天體命名委員會批準,國際天文學聯合會于2009年2月9日發布了《小行星通報》(第64971號)通知國際社會,第19366號小行星正式命名為蘇定強星。

演講

在世界的科學史上,中國的天文學曾占有相當顯赫的一席之地,在幾百年的時間里長期領先世界。然而在300多年前,當西方天文學迅速崛起,并發展為現代科學的時候,我國的天文學發展卻陷入停滯甚至衰退的局面中。根據天文史學家分析,在大約400年前,天文學領域出現了一個前所未有的機遇,那就是望遠鏡,當西方天文學家把望遠鏡指向星空的時候,中國的天文學卻在同樣的機遇面前,與望遠鏡擦肩而過。

從1609年伽利略用望遠鏡觀測天體,到如今已有將近400年歷史了,為了紀念這個重要的時刻,聯合國大會已經批準將2009年定為國際天文學年。

6月26日,在第14次院士大會學術年會上,中國科學院院士蘇定強介紹了400年來望遠鏡發展、它為天文學所帶來的成就,以及將為我們帶來的、對世界的認識的另一場飛躍。

400年,4個里程碑

1608年荷蘭眼鏡匠漢斯·利帕什制成了世界上第一架望遠鏡,不久后消息傳到伽利略那里,他馬上發現這一技術可以用來對天體進行觀測。到1609年底伽利略先后制造過4架望遠鏡,都是折射望遠鏡,他用這些望遠鏡發現了銀河是由星星組成的、木星有4顆衛星、月面上的山、金星的盈虧。蘇定強介紹,這是天文學發展的第一個里程碑,開創了天文學研究的新時代。

1668年牛頓制成了第一架反射望遠鏡,從此,折射望遠鏡和反射望遠鏡平行發展。

1814年夫瑯和費繼渥拉斯頓之后,也發現了太陽光譜中的暗線,并作了詳細的研究。蘇定強認為,有了光譜才能精確研究天體的物理狀態,如溫度、壓力、磁場、電場、向速度,以及天體的化學成分,這標志著天體物理學的誕生,成為望遠鏡史上的第二個里程碑。

1938年,央斯基發現了來自銀河中心方向的天體無線電波,開辟了另一個電磁波窗口,于是射電天文學誕生了,這是望遠鏡歷程中的第三個里程碑,上世紀60年代天文學的四大發現都是射電天文學所取得的。

1957年10月,蘇聯成功發射了第一顆人造地球衛星,開創了空間觀測和太陽系探測的新時代。特別是觀測可以在各個波段進行,全波段天文學的時代到來了,這是400年望遠鏡歷史上的第四個里程碑。

蘇定強說:“提高分辨率以觀測到天體的細節,是望遠鏡的制作和使用者們追求的目標,因此縱觀望遠鏡400年的發展歷史,就是一個將望遠鏡的口徑越做越大的歷程。”

1918年,美國建成了當時最大的發射望遠鏡,口徑為2.54米。1924年,哈勃用它證明了旋渦星云是銀河系之外的、和銀河系類似的星系。1929年,哈勃又用這架望遠鏡發現了河外星系的譜線紅移。

1948年,美國建成了口徑5.08米的望遠鏡;1976年,蘇聯將望遠鏡的口徑擴大到6米。從伽利略的3.8厘米,到蘇聯的6米,望遠鏡口徑似乎已經達到極限,由于技術手段的限制,做出更大的望遠鏡已經十分艱難。

到了上世紀80年代,一種稱為“主動光學”的技術誕生了,它使制造口徑超過6米的望遠鏡成為可能。目前世界上口徑最大的望遠鏡是美國1993年以來建成的兩架10米望遠鏡——KeckⅠ和KeckⅡ。

我國的望遠鏡現狀和未來

上世紀60年代到80年代,我國研制了一批天文觀測設備,蘇定強說:“這批設備都是我國老一代天文學家和工程專家,在相當艱苦條件下自力更生研制成功的,這些儀器中有不少創新點。令人欣喜的是其中一些望遠鏡,至今仍然是我國天文觀測的主力。

目前,在王綬琯等建議下研制的大天區面積多目標光纖光譜望遠鏡(LAMOST)正在研制中。這是一架反射施密特望遠鏡,建成后將是世界上最大的大視場望遠鏡,焦面上設置4000根光纖,將超過美國,成為目前世界上獲取光譜能力最強的儀器。這一項目在專家們十幾年的努力下,將于今年完成。

FAST是2007年國家發改委批準立項的另一個大項目,反射面板的基本形狀是一個直徑500米的球面,將固定安放在貴州黔南州平塘縣的大窩凼洼地中。工作時使用直徑300米的照明區域,隨著天體的轉動,照明區域在500米的大球面上移動。FAST將于今年底或明年初開工,預計將于2014年開光。它將是世界上最大的射電望遠鏡。地外文明的搜索將是FAST的科學目標之一。

蘇定強認為,從LAMOST和FAST中看到,中國專家創造性地發展了主動光學,用它產生了新的動態的光學、射電望遠鏡系統。

此外,他建議未來再增加3個項目,其中之一是設在南極的15~30米的光學/紅外/亞毫米波望遠鏡。目前國外已經發現南極冰穹C是地面上最好的臺址,而我國科考隊2005年在國際上首先到達南極冰穹的最高點南極冰穹A。蘇定強說:“作為臺址它很可能比南極冰穹C更好,我國應當積極利用這一機遇。”

400年內外,成就與希望

將人類的認識領域盡可能地拓展,是當代科學的目標之一,從天文學上來說,人類肉眼可以看到的星星只有6000多顆,而在望遠鏡的幫助下,目前人類記錄下來的星星和星系約為100億顆。400年來,天文學的發展除了放大了人類的視野、精確了我們的測量外,還精確地驗證了哥白尼的學說。

此后,在1846年,在按牛頓計算的位置上發現了海王星,又把牛頓力學推向了巔峰。而當另一位天文學家,預期在牛頓計算的位置上尋找比水星更靠近太陽的行星時,卻沒有能夠取得成功。于是牛頓力學出現了陰影,人們因此發現了牛頓力學中存在的問題。“當時,沒有任何其他地面實驗能發現牛頓力學的問題,這應當是望遠鏡對牛頓力學的一次檢驗。”談到望遠鏡的未來,蘇定強表示,從學科、從對象來講,未來的研究重點很多,其中對暗能量的研究應該是最為重要的。

美國科學院院士、天體物理和宇宙學教授特納曾經說:“雖然我們還不知道暗能量是什么,但可以肯定地說,弄清暗能量將會對統一宇宙間的力和粒子提供至關重要的線索,而弄清楚它的途徑,靠的是望遠鏡而是不加速器。”

蘇定強說:“望遠鏡不僅在這400年天文學發展中起到了重大的作用,它還將在今后的研究中,特別是暗物質的研究中發揮重大的作用,那將是人類對物質世界認識的一次新的飛躍。”

自述經歷

◆先喜歡化學,后愛上天文,在上海肇光中學讀初中時,蘇定強并不知道自己今后的人生之路,那時候,他的興趣在化學上。初中快畢業時,又迷上了天文。

◆用日常生活中的物品和家庭藥箱中的藥,開始了最早的化學實驗。

◆“初中開始時我的成績平平,是黃云錦老師的教導,使我漸漸成為班里功課最好的前一、二名學生,一個人遇到一位好老師往往能使他的潛能迸發出來。”蘇定強深情地說。

◆初中快畢業時的一次英文課上,老師講到由北斗七星找北極星的方法,蘇定強實際去看了,激起了對天文學興趣的萌芽,接著他又去買了一些天文書籍來讀,其中對他影響最大的是陳遵媯先生的《天文學概論》,漸漸的他的興趣轉移到了天文學上。

◆1952年秋的一天,蘇定強在自己家里使用口徑擋小到僅9毫米的望遠鏡,第一次看到了月亮上小如砂礫(望遠鏡倍率也不高)的環形山時,他興奮極了,并且持續了好幾天。不久,蘇定強買到了一個焦距長達1米的平凸透鏡,用它做了一架望遠鏡,當口徑擋小到35毫米左右時,能清楚地看到月亮上的環形山、太陽黑子、木星橢圓形的視面和四大衛星。

◆結交了錢明華、李挺、張家瓛和葉建國等一批愛好科學的朋友,經常一起觀測天象、討論各種天文問題。1952年底,他們決定訂制一個口徑5英寸的透鏡,做一架性能更好的望遠鏡。他們在儲蓄箱上寫的兩句話是——創造人類美好的未來,征服遙遠無邊的宇宙。等攢到足夠的錢,蘇定強跟同伴向上海吳良材眼鏡公司訂制了這個透鏡。由于焦距太長,這塊透鏡被裝在一條長木板上,始終沒有架子,觀測不便,但卻能較清楚地看到不少天象。值得一提的是,當時這幾個孩子的家長對科學活動都十分支持。

◆1955年,蘇定強進入南大天文系就讀,走上了專業天文之路。在此之前,他又認識了張志方、馬家衡和李瑞亨三位熱愛科學的朋友,并向自己磨制了口徑6英寸望遠鏡的青年科學家楊世杰進行討教。在楊的指導下,也磨制了一個口徑6英寸的鏡頭。自學完了普通天文學教程,做完了全部習題。

◆“我要強調的是,愛好和向往產生的是對科學的感情,而要成為真正的專家,需要系統的學習和鉆研;如果不在深度上花苦功,那是沒法走向科學的遠方的。”

◆卡塞格林系統和折軸系統是大望遠鏡中的兩個重要系統,傳統上,這兩個系統采用不同的副鏡。上世紀60年代中期蘇定強提出了兩個系統共用同一個副鏡的設想,并提出了一系列新的折抽系統,其中加有一個中繼鏡的系統已在我國2.16米望遠鏡中采用,這個系統并可獲得極佳的像質。著名天文光學家邁納爾(Meinel)將此系統中的中繼鏡命名為SYZ(表示蘇定強、俞新木、周必方)中繼鏡。歐洲南方天文臺的VLT——四架8.2米望遠鏡,也采用了共用副鏡的設想和類似的折軸系統。此外,上世紀70年代中期蘇定強和俞新木設計的2.16米望遠鏡卡塞格林焦點改正器,像質顯著超過了國外的同類設計。

◆ “2.16米光學天文望遠鏡是LAMOST(大天區面積多目標光纖光譜望遠鏡)之前我國自行研制的國內最大的光學望遠鏡,它保持全國第一達19年。”蘇定強告訴記者。

◆1972年蘇定強和王亞男建立了由像斑均方值和畸變值構成評價函數和勒文貝格(Levenberg)的阻尼最小二乘法編制成的光學系統優化程序。1981年蘇定強又和王蘭娟將它擴展到了非球面光學系統。直到上世紀90年代,此程序一直是我國天文光學系統設計和研究用的主要程序。

◆1968年,蘇定強領導的小組研制成功了我國第一個李奧(Lyot)雙折射濾光器。以后,這方面的工作又經過艾國祥等的創造性發展,目前,我國已成為世界上研制雙折射濾光器水平最高的國家。

◆1986年,蘇定強在國際上最早提出了用透棱鏡改正大氣色散,英國的4.2米望遠鏡和英澳天文臺的3.9米望遠鏡用的就是帶有透棱鏡的改正器。同年,蘇定強在國際上首先提出了應用主動光學產生按傳統概念不能實現的鏡面面形連續變化的光學系統的新設想。

◆2000年開始,蘇定強、崔向群、王亞男等幾乎與世界同步,開展研究并提出了30-100米中國未來極大望遠鏡的方案。

◆“上世紀五六十年代,中國望遠鏡研制水平與西方國家有很大差距,LAMOST的研制成功,使中國與他們已處在有能力研制30-50米未來極大望遠鏡的同一起跑線上。”蘇定強欣慰地說。

◆蘇定強有著一串耀人的獲獎紀錄: 1998年獲國家科技進步獎一等獎,1993年獲國家自然科學獎二等獎,還曾四次獲中國科學院獎,以上各獎蘇定強均為第一獲獎人。1999年獲何梁何利科技進步獎。此外,蘇定強還獲過一次國家科技進步獎二等獎,是第二獲獎人。

◆盡管蘇定強提出用主動光學實現在觀測中望遠鏡鏡面面形不斷變化的光學系統,是大口徑兼備大視場的主動反射施密特望遠鏡實現的關鍵,可以說為LAMOST研制成功立下了不可磨滅的貢獻。但蘇定強卻再三強調,是王綬琯首先提出了研制LAMOST的設想,是崔向群領導的專家們研制成功了這架望遠鏡,在LAMOST的研制中崔向群作出了最大的貢獻。

◆“一臺大望遠鏡,參加研究和制造的有近百人。每一次成功,都是集體的功勞。”蘇定強真誠地對記者反復關照不要拔高他個人。

◆2003年,蘇定強調入南京大學天文系。蘇定強說:“我一生中有41年是在搞望遠鏡和天文儀器研究、設計的,但我很喜歡理論,大學畢業后,曾自學過數學、物理。在南大,有一位名教授說過,如果你想學好一門課,最好的辦法是去教這門課,我覺得他講得很對,我對廣義相對論和宇宙學是很感興趣的,前幾年沒有人教這門課,我就毛遂自薦,任務接下來,正好是我愛人過世的那段時間,當時廣義相對論我只自學了一半,年齡已經71歲,壓力真大,那個學期我推辭掉了所有的出差,幾乎每天都學習、備課到半夜十二點甚至到凌晨一二點,深夜,只有兩只可愛的小狗陪著我。這三年中,我教了兩遍《廣義相對論基礎》和兩遍《宇宙學引論》課。”

◆“我是蘇東坡留在常州的一支后裔,老家在城北沿河蘇家村,祖父是農民,如今這里已屬于常州新北區。”最后,老人提起了蘇東坡和家鄉。


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