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光学名人
苏定强

苏定强(1936.6.15—— 天文学家。生于上海。

1991年当选为中国科学院院士。

在望远镜光学中提出多项新的思想和光学系统。其中带中继镜的折轴系统,已用于我国的2.16米望远镜和国外的大望远镜中。与王绶琯院士共同提出来大天区面积多目标光纤光谱望远镜(LAMOST)的初步方案。2.16米望远镜获全国科技进步奖一等奖,《天文望远镜光学的研究》获国家自然科学奖二等奖,苏定强均为第一获奖人。为表彰其贡献,第19366号小行星被命名为苏定强星。

个人资料

1936年6月 生于上海,原籍江苏武进。

中国科学院国家天文台研究员。

1954年毕业于国立上海高级机械职业学校(现上海理工大学),1959年毕业于南京大学天文系。现为国际天文学联合会(IAU)第9委员会(天文仪器与技术)主席、中国科学院天文学专家委员会委员、南京大学兼职教授。曾任中国天文学会副理事长、国家自然科学奖评委、北京天文台客座研究员、中国科学技术大学、北京师范大学兼职教授。中国科学院院士。在大望远镜光学系统的研究中,提出了一系列新的折轴系统,提出了透棱镜改正器,这些工作受到了国际上的高度好评,并已在国内外的一些望远镜中应用。和王亚男研究员共同建立了一个特殊的光学系统优化程序,自1972年以来用于我国天文光学系统的设计中。和王绶馆院士共同提出了大天区面积多目标光纤光谱望远镜(LAMOST)的初步方案,现已建成位于中国科学院国家天文台兴隆观测基地,2010年4月17日被命名为“郭守敬望远镜”。领导研制成我国第一个双折射滤光器、第一个主动光学实验系统。在大望远镜总体方案、非球面光学系统、高级象差、光学系统优化、双折射滤光器、主动光学等方面完成了多项研究,共发表论文58篇。曾获国家科技进步一等奖一次,国家自然科学二等奖一次,中国科学院奖四次,均为第一完成人。

成就及荣誉

主要研究领域为“大望远镜”。

在望远镜光学的研究中,提出了多项新的思想和光学系统。在我国多个望远镜的研制中作出了重大贡献。领导研制成中国第一个Lyot双折射滤光器, 导出这种滤光器的能量积分公式;提出了应用主动光学产生按传统概念不能实现的面形变化的光学系统的思想, 领导研制成中国第一个主动光学实验系统;合作提出了大天区面积多目标光纤光谱望远镜(LAMOST)的初步方案,作为国家大科学工程之一,现已研制成功。

曾获国家科技进步奖一等奖一次,国家自然科学奖二等奖一次,中国科学院奖四次,均为第一获奖人。1999年获何梁何利科技进步奖。

1991年当选为中国科学院院士(学部委员)。

为表彰其杰出贡献,中国天文学会提议,国家天文台决定将一颗小行星命名为“苏定强星”。该项决定报请中国科学院批复后,经国际天文台联合会小天体命名委员会批准,国际天文学联合会于2009年2月9日发布了《小行星通报》(第64971号)通知国际社会,第19366号小行星正式命名为苏定强星。

演讲

在世界的科学史上,中国的天文学曾占有相当显赫的一席之地,在几百年的时间里长期领先世界。然而在300多年前,当西方天文学迅速崛起,并发展为现代科学的时候,我国的天文学发展却陷入停滞甚至衰退的局面中。根据天文史学家分析,在大约400年前,天文学领域出现了一个前所未有的机遇,那就是望远镜,当西方天文学家把望远镜指向星空的时候,中国的天文学却在同样的机遇面前,与望远镜擦肩而过。

从1609年伽利略用望远镜观测天体,到如今已有将近400年历史了,为了纪念这个重要的时刻,联合国大会已经批准将2009年定为国际天文学年。

6月26日,在第14次院士大会学术年会上,中国科学院院士苏定强介绍了400年来望远镜发展、它为天文学所带来的成就,以及将为我们带来的、对世界的认识的另一场飞跃。

400年,4个里程碑

1608年荷兰眼镜匠汉斯·利帕什制成了世界上第一架望远镜,不久后消息传到伽利略那里,他马上发现这一技术可以用来对天体进行观测。到1609年底伽利略先后制造过4架望远镜,都是折射望远镜,他用这些望远镜发现了银河是由星星组成的、木星有4颗卫星、月面上的山、金星的盈亏。苏定强介绍,这是天文学发展的第一个里程碑,开创了天文学研究的新时代。

1668年牛顿制成了第一架反射望远镜,从此,折射望远镜和反射望远镜平行发展。

1814年夫琅和费继渥拉斯顿之后,也发现了太阳光谱中的暗线,并作了详细的研究。苏定强认为,有了光谱才能精确研究天体的物理状态,如温度、压力、磁场、电场、向速度,以及天体的化学成分,这标志着天体物理学的诞生,成为望远镜史上的第二个里程碑。

1938年,央斯基发现了来自银河中心方向的天体无线电波,开辟了另一个电磁波窗口,于是射电天文学诞生了,这是望远镜历程中的第三个里程碑,上世纪60年代天文学的四大发现都是射电天文学所取得的。

1957年10月,苏联成功发射了第一颗人造地球卫星,开创了空间观测和太阳系探测的新时代。特别是观测可以在各个波段进行,全波段天文学的时代到来了,这是400年望远镜历史上的第四个里程碑。

苏定强说:“提高分辨率以观测到天体的细节,是望远镜的制作和使用者们追求的目标,因此纵观望远镜400年的发展历史,就是一个将望远镜的口径越做越大的历程。”

1918年,美国建成了当时最大的发射望远镜,口径为2.54米。1924年,哈勃用它证明了旋涡星云是银河系之外的、和银河系类似的星系。1929年,哈勃又用这架望远镜发现了河外星系的谱线红移。

1948年,美国建成了口径5.08米的望远镜;1976年,苏联将望远镜的口径扩大到6米。从伽利略的3.8厘米,到苏联的6米,望远镜口径似乎已经达到极限,由于技术手段的限制,做出更大的望远镜已经十分艰难。

到了上世纪80年代,一种称为“主动光学”的技术诞生了,它使制造口径超过6米的望远镜成为可能。目前世界上口径最大的望远镜是美国1993年以来建成的两架10米望远镜——KeckⅠ和KeckⅡ。

我国的望远镜现状和未来

上世纪60年代到80年代,我国研制了一批天文观测设备,苏定强说:“这批设备都是我国老一代天文学家和工程专家,在相当艰苦条件下自力更生研制成功的,这些仪器中有不少创新点。令人欣喜的是其中一些望远镜,至今仍然是我国天文观测的主力。

目前,在王绶琯等建议下研制的大天区面积多目标光纤光谱望远镜(LAMOST)正在研制中。这是一架反射施密特望远镜,建成后将是世界上最大的大视场望远镜,焦面上设置4000根光纤,将超过美国,成为目前世界上获取光谱能力最强的仪器。这一项目在专家们十几年的努力下,将于今年完成。

FAST是2007年国家发改委批准立项的另一个大项目,反射面板的基本形状是一个直径500米的球面,将固定安放在贵州黔南州平塘县的大窝凼洼地中。工作时使用直径300米的照明区域,随着天体的转动,照明区域在500米的大球面上移动。FAST将于今年底或明年初开工,预计将于2014年开光。它将是世界上最大的射电望远镜。地外文明的搜索将是FAST的科学目标之一。

苏定强认为,从LAMOST和FAST中看到,中国专家创造性地发展了主动光学,用它产生了新的动态的光学、射电望远镜系统。

此外,他建议未来再增加3个项目,其中之一是设在南极的15~30米的光学/红外/亚毫米波望远镜。目前国外已经发现南极冰穹C是地面上最好的台址,而我国科考队2005年在国际上首先到达南极冰穹的最高点南极冰穹A。苏定强说:“作为台址它很可能比南极冰穹C更好,我国应当积极利用这一机遇。”

400年内外,成就与希望

将人类的认识领域尽可能地拓展,是当代科学的目标之一,从天文学上来说,人类肉眼可以看到的星星只有6000多颗,而在望远镜的帮助下,目前人类记录下来的星星和星系约为100亿颗。400年来,天文学的发展除了放大了人类的视野、精确了我们的测量外,还精确地验证了哥白尼的学说。

此后,在1846年,在按牛顿计算的位置上发现了海王星,又把牛顿力学推向了巅峰。而当另一位天文学家,预期在牛顿计算的位置上寻找比水星更靠近太阳的行星时,却没有能够取得成功。于是牛顿力学出现了阴影,人们因此发现了牛顿力学中存在的问题。“当时,没有任何其他地面实验能发现牛顿力学的问题,这应当是望远镜对牛顿力学的一次检验。”谈到望远镜的未来,苏定强表示,从学科、从对象来讲,未来的研究重点很多,其中对暗能量的研究应该是最为重要的。

美国科学院院士、天体物理和宇宙学教授特纳曾经说:“虽然我们还不知道暗能量是什么,但可以肯定地说,弄清暗能量将会对统一宇宙间的力和粒子提供至关重要的线索,而弄清楚它的途径,靠的是望远镜而是不加速器。”

苏定强说:“望远镜不仅在这400年天文学发展中起到了重大的作用,它还将在今后的研究中,特别是暗物质的研究中发挥重大的作用,那将是人类对物质世界认识的一次新的飞跃。”

自述经历

◆先喜欢化学,后爱上天文,在上海肇光中学读初中时,苏定强并不知道自己今后的人生之路,那时候,他的兴趣在化学上。初中快毕业时,又迷上了天文。

◆用日常生活中的物品和家庭药箱中的药,开始了最早的化学实验。

◆“初中开始时我的成绩平平,是黄云锦老师的教导,使我渐渐成为班里功课最好的前一、二名学生,一个人遇到一位好老师往往能使他的潜能迸发出来。”苏定强深情地说。

◆初中快毕业时的一次英文课上,老师讲到由北斗七星找北极星的方法,苏定强实际去看了,激起了对天文学兴趣的萌芽,接着他又去买了一些天文书籍来读,其中对他影响最大的是陈遵妫先生的《天文学概论》,渐渐的他的兴趣转移到了天文学上。

◆1952年秋的一天,苏定强在自己家里使用口径挡小到仅9毫米的望远镜,第一次看到了月亮上小如砂砾(望远镜倍率也不高)的环形山时,他兴奋极了,并且持续了好几天。不久,苏定强买到了一个焦距长达1米的平凸透镜,用它做了一架望远镜,当口径挡小到35毫米左右时,能清楚地看到月亮上的环形山、太阳黑子、木星椭圆形的视面和四大卫星。

◆结交了钱明华、李挺、张家瓛和叶建国等一批爱好科学的朋友,经常一起观测天象、讨论各种天文问题。1952年底,他们决定订制一个口径5英寸的透镜,做一架性能更好的望远镜。他们在储蓄箱上写的两句话是——创造人类美好的未来,征服遥远无边的宇宙。等攒到足够的钱,苏定强跟同伴向上海吴良材眼镜公司订制了这个透镜。由于焦距太长,这块透镜被装在一条长木板上,始终没有架子,观测不便,但却能较清楚地看到不少天象。值得一提的是,当时这几个孩子的家长对科学活动都十分支持。

◆1955年,苏定强进入南大天文系就读,走上了专业天文之路。在此之前,他又认识了张志方、马家衡和李瑞亨三位热爱科学的朋友,并向自己磨制了口径6英寸望远镜的青年科学家杨世杰进行讨教。在杨的指导下,也磨制了一个口径6英寸的镜头。自学完了普通天文学教程,做完了全部习题。

◆“我要强调的是,爱好和向往产生的是对科学的感情,而要成为真正的专家,需要系统的学习和钻研;如果不在深度上花苦功,那是没法走向科学的远方的。”

◆卡塞格林系统和折轴系统是大望远镜中的两个重要系统,传统上,这两个系统采用不同的副镜。上世纪60年代中期苏定强提出了两个系统共用同一个副镜的设想,并提出了一系列新的折抽系统,其中加有一个中继镜的系统已在我国2.16米望远镜中采用,这个系统并可获得极佳的像质。著名天文光学家迈纳尔(Meinel)将此系统中的中继镜命名为SYZ(表示苏定强、俞新木、周必方)中继镜。欧洲南方天文台的VLT——四架8.2米望远镜,也采用了共用副镜的设想和类似的折轴系统。此外,上世纪70年代中期苏定强和俞新木设计的2.16米望远镜卡塞格林焦点改正器,像质显著超过了国外的同类设计。

◆ “2.16米光学天文望远镜是LAMOST(大天区面积多目标光纤光谱望远镜)之前我国自行研制的国内最大的光学望远镜,它保持全国第一达19年。”苏定强告诉记者。

◆1972年苏定强和王亚男建立了由像斑均方值和畸变值构成评价函数和勒文贝格(Levenberg)的阻尼最小二乘法编制成的光学系统优化程序。1981年苏定强又和王兰娟将它扩展到了非球面光学系统。直到上世纪90年代,此程序一直是我国天文光学系统设计和研究用的主要程序。

◆1968年,苏定强领导的小组研制成功了我国第一个李奥(Lyot)双折射滤光器。以后,这方面的工作又经过艾国祥等的创造性发展,目前,我国已成为世界上研制双折射滤光器水平最高的国家。

◆1986年,苏定强在国际上最早提出了用透棱镜改正大气色散,英国的4.2米望远镜和英澳天文台的3.9米望远镜用的就是带有透棱镜的改正器。同年,苏定强在国际上首先提出了应用主动光学产生按传统概念不能实现的镜面面形连续变化的光学系统的新设想。

◆2000年开始,苏定强、崔向群、王亚男等几乎与世界同步,开展研究并提出了30-100米中国未来极大望远镜的方案。

◆“上世纪五六十年代,中国望远镜研制水平与西方国家有很大差距,LAMOST的研制成功,使中国与他们已处在有能力研制30-50米未来极大望远镜的同一起跑线上。”苏定强欣慰地说。

◆苏定强有着一串耀人的获奖纪录: 1998年获国家科技进步奖一等奖,1993年获国家自然科学奖二等奖,还曾四次获中国科学院奖,以上各奖苏定强均为第一获奖人。1999年获何梁何利科技进步奖。此外,苏定强还获过一次国家科技进步奖二等奖,是第二获奖人。

◆尽管苏定强提出用主动光学实现在观测中望远镜镜面面形不断变化的光学系统,是大口径兼备大视场的主动反射施密特望远镜实现的关键,可以说为LAMOST研制成功立下了不可磨灭的贡献。但苏定强却再三强调,是王绶琯首先提出了研制LAMOST的设想,是崔向群领导的专家们研制成功了这架望远镜,在LAMOST的研制中崔向群作出了最大的贡献。

◆“一台大望远镜,参加研究和制造的有近百人。每一次成功,都是集体的功劳。”苏定强真诚地对记者反复关照不要拔高他个人。

◆2003年,苏定强调入南京大学天文系。苏定强说:“我一生中有41年是在搞望远镜和天文仪器研究、设计的,但我很喜欢理论,大学毕业后,曾自学过数学、物理。在南大,有一位名教授说过,如果你想学好一门课,最好的办法是去教这门课,我觉得他讲得很对,我对广义相对论和宇宙学是很感兴趣的,前几年没有人教这门课,我就毛遂自荐,任务接下来,正好是我爱人过世的那段时间,当时广义相对论我只自学了一半,年龄已经71岁,压力真大,那个学期我推辞掉了所有的出差,几乎每天都学习、备课到半夜十二点甚至到凌晨一二点,深夜,只有两只可爱的小狗陪着我。这三年中,我教了两遍《广义相对论基础》和两遍《宇宙学引论》课。”

◆“我是苏东坡留在常州的一支后裔,老家在城北沿河苏家村,祖父是农民,如今这里已属于常州新北区。”最后,老人提起了苏东坡和家乡。


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