大体有两类天文学家:观测天文学家用他们在高山上或者在空间的天文望远镜,如着名的哈勃太空望远镜,来收集并分析观测资料,利用这些天文资料来勾画宇宙的结构,把我们对星空的认识推向更远更深丶更精,他们是天文学家中的探险者。理论天文学家则注重构造宇宙的宏观模型。他们试图发现宇宙中的基本定律,以及如何将这些定律应用於解释宇宙中天体的形成与演化,并发展新的理论来供观测检验,他们是天文学家中的思想家和梦想者。
方先生是世界闻名的理论天体物理学家。事实上,他是中国现代理论宇宙学的奠基人,也是中国理论天文学在文革後得以复兴的主要推动力量。不论在探索科学真理,还是在追求人生价值上,方先生都是伟大的思想家,梦想者。但无论是在科学研究或是社会公义上,方先生都不是没有实践的空想者。他对理论天文学的贡献是众所周知的。而他对发展中国观测天文学的贡献则较少被谈及。一个具体的例子就是他在北京-亚利桑那-台北-康涅狄格(BATC)巡天计画的推出和发展过程中的领导作用。
观测天文学的发展需要大型天文望远镜和复杂的现代观测仪器。中国在这方面一直比较落後;这也阻碍了中国天文学的进步。从1980年代後期起,新一代天文探测器,特别是CCD(电荷耦合器件,现用於数码相机)在天文学中得到广泛应用。这大幅度提高了天文观测效率,使大规模深场数字巡天成为可能。当时在北京天文台(现中国国家天文台)陈建生院士的领导下,中国天文学家开始计画利用CCD技术和专用的大视场望远镜进行新一代巡天计画的可能性。他们开始改造一台北京天文台兴隆观测站的施密特望远镜, 以用於这个计画。同时为了改进观测系统及得到最新的CCD探测器,中国天文学家开始寻求与美国天文界的合作。方先生在这里起到了关键作用。
据陈院士和中国科大程福臻教授回忆,方先生早在80年代末在北京工作时就对改造施密特望远镜的计画有所了解,并意识到它的潜力。1992年左右,方先生首先建议亚利桑那州立大学(ASU)以已故 David Burstein 教授为首的研究团队与中国天文学家合作开展数字巡天研究;这就是BATC巡天的前身。这个计画的第一次合作会议在亚利桑那州Tempe举行,参加者有来自中国的陈院士,程教授,ASU的 Burstein 和 Rogier Windhorst 教授,以及已在亚利桑那大学(University of Arizona)任教的方先生。他们很快认识到北台的望远镜口径中等,做极深场观测有困难。他们提出设计一套独创性的多颜色观测系统来对一系列精选天区中的恒星和星系的光谱能量分布进行测量的方案。此外,这一套多色滤光片系统还有意避开了地球大气中的强发射线,提高了观测效率。大视场CCD,专用望远镜,及独特滤光片系统的组合决定了BATC计画的成功。
这套新的滤光片系统价格不菲:十三块,每块约一千美元。方先生先是用自己的科研经费来支持研制及购买了一半的滤光片。同时他与ASU与北台的研究团队合作,向美国自然科学基金委成功申请到经费,用於购买馀下的滤光片,及美中人员访问合作。同时,方先生向早有意与大陆合作的台湾天文学家介绍了BATC 计画。台湾中央大学的孙维新丶陈文屏丶蔡文祥教授,及美国康涅狄格州立大学的吕克华教授决定与北京和亚利桑那的天文学家合作。台湾方面对施密特望远镜的自动化改造作了很多关键工作。这个巡天计画最後被命名为北京-亚利桑那-台北-康涅狄格(BATC)计画。据我所知,这是第一个以中国的光学观测设备为主开展的国际合作科学项目。它不仅是一个创新性的科研项目,也为中国天文界国际合作提供了新的模式。方先生在这个合作中起了领导作用;从很多方面讲,是方先生让各方聚到了一起。
我是这个合作项目的第一批受益者之一;这也使我有幸结识方先生。1994年我在北台陈院士的指导下做硕士论文,题目就是利用BATC首批观测资料研究星团的性质。在中美科学基金的支持下,我和负责软体的蒋兆基研究员作为第一批访问学者到亚利桑那工作。我们在Tempe访问了三个月,其间也到图森拜访方先生,讨论BATC工作。
图森之行其实是我第二次见到方先生。第一次是1987年,我还在北京上高中的时候,方先生在北京天文馆作关於宇宙学的科普报告。和许多我这一代的学生一样,方先生和李老师合着的《宇宙的创生》是我们读的第一本关於宇宙学的书。它让我开始接触到宇宙学,也从此改变了我对天文,对宇宙的认识。我记得方先生报告结束後我问了他一个关於宇宙学与热力学第二定律关系的问题。可是我当时太紧张,方先生的回答我一个字也没听进去。
如果说我第一次见到方先生让我开始了解宇宙学,那麽我到亚利桑那访问,以及通过BATC合作第二次见到方先生,则为我後来作观测宇宙学研究铺平了道路。在ASU的访问是我第一次在美国作科研;在图森我第一次见到大型天文望远镜。虽然我在BATC开始做的是星团研究,通过BATC,我发现我真正的兴趣在寻找遥远类星体和研究宇宙间大品质黑洞的演化。1995年,这些兴趣把我带到普林斯顿读博士。在那里,我有幸加入了Sloan数位巡天计画。这是一个与BATC类似的CCD巡天计画,但利用了更大的望远镜,也增加了观测深度。我的科研始於BATC; 它教会了我如何做精密天文观测以及如何设计和开展一个复杂的大型天文项目。虽然在此後我用了很多比 BATC更大,更有效的设备,BATC是我科研的起点。
我的故事也是许多和我一样在BATC开始科研道路的同学和同事的故事。北京与亚利桑那的合作持续了很多年。在这期间,通过与BATC访问学者的合作,通过组织学术会议,通过在国际上对BATC和中国其他天文成果科学成果的不断宣传,方先生始终是BATC的重要一员。BATC是一个非常成功的科研项目,施密特望远镜的观测工作持续至今。从近地小行星到遥远的类星体,BATC对很多天文领域都做出了重要贡献。BATC在旋涡星系NGC5907周围发现了一个由星系合并,吞噬过程而产生的恒星环;这对研究星系晕的形成和近场宇宙学有深远影响。BATC独创的滤光片系统後来为许多巡天计画所借鉴。但更重要的是,BATC培养了一代观测天文学家,很多成为了国内外天文界的领军人物。通过BATC, 方先生深深地影响了我们的事业成长。
20年前,方先生帮助BATC播下了种子。20年後,它已经开花,结果,并为国内外的天文界播下了新的种子。今年BATC庆祝20周年。方先生1991年离开中国,他没能看到巡天望远镜和仪器建成使用。他的同事,朋友,和学生们会特别怀念他,而他对中国天文界的贡献永远不会被遗忘。
我从2002年到亚利桑那大学任教。虽然我们在不同的系,我有幸和方先生在一个校园工作10年,也对他的学问和人品有了更深的了解。对我们来讲,方先生是一个先驱,一个领袖,是启蒙,也是感召。在文革之後,他为中国现代宇宙学开启了一扇门;他为一代学子对宇宙奥秘的认识开启了一扇门;他为中国天文走向世界开启了一扇门。更重要的是,通过他的经历,他开启了一扇门,让我们认识到对宇宙中自然律的追求,和对人世间社会正义的追求,最终是相通的,也需要同样的热情丶执着和牺牲。
来源:《方励之纪念文集•科学卷》2014年4月明镜出版社出版