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在星海间追寻“宇宙量天尺”

——访九三学社社员、中国科学院首批特聘研究员孟祥存


人物简介:

孟祥存,九三学社社员,中国科学院首批特聘研究员,云南天文台研究员、博士生导师,云南九三青年科技创新英才。

主要从事恒星物理、双星物理、白矮星吸积模型,Ia型超新星前身星、吸积中子星双星以及相应的大样本恒星演化等方面的研究。在NA,ApJ,MNRAS和A&A等国际主流天文期刊发表论文43篇。获国家自然科学二等奖(3/4)和云南省自然科学一等奖(2/3,全省共4项),两次入选中国“十大天文科技进展”(主要完成人)。2018年入选云南省‘万人计划-青年拔尖人才’,2020年入选‘云南省中青年学术技术带头人’,2024年被评为‘云南省有突出贡献优秀专业技术人才’。

先后获国家基金5项(含重点项目和优秀青年基金项目)、云南省基础研究专项-重大项目(云南省首批)、教育部科学技术研究重点项目等资助,主持中国科学院西部之光创新交叉团队项目和重点项目。

 

中国科学院云南天文台观测站,巨大的观测穹顶缓缓开启。九三学社社员、中国科学院首批特聘研究员孟祥存教授站在望远镜旁,指尖划过屏幕上的光点:“看,那就是我们丈量宇宙的‘尺子’。”他口中的“尺子”,是宇宙中最剧烈的爆炸之一——Ia型超新星。正是这把“宇宙量天尺”,让人类惊觉宇宙在加速膨胀,揭示了暗能量的存在。而孟祥存二十多年的科研生涯,正是与这把“尺子”如何锻造、如何精准息息相关的故事。

五分钱图书里的天文梦

故事的发端,源于一本仅售五分钱的薄册子。

“小学五年级的时候,我在图书馆整理图书,看到一本《天文望远镜》,觉得很有趣就借出来了。”孟祥存回忆。书中关于天体运行的描述,像一束光照进这个从未接触过天文的少年心里。他记得书中提到“傅科摆摆面摆动会发生变化”,便找来小球用线悬挂旋转,反复试验却始终无法理解其中原理。“那种未知感太强烈了,”他笑着说,“当时我就暗下决心,将来一定要搞明白这些奥秘。”

中学时,老师告诉他“要学天文得先学物理”,他便一头扎进物理世界;大学填报志愿时,物理系成为他第一选择;大学毕业时,一个保送至云南天文台的名额,将他的人生轨迹与浩渺星空紧紧相连。

“从想做天文学家到真的成为天文学家,将兴趣作为自己的职业,我是幸运的。”灯光下,孟祥存的眼镜反射着屏幕的微光,笑容里有种夙愿得偿的纯粹。这份幸运背后,是十年如一日的坚守——就像他当年反复转动小球那般,对科学的探索从未停歇。

解码超新星奥秘

Ia型超新星被科学家称为“宇宙标准烛光”,它们的亮度变化能帮助人类测量星系距离,甚至揭示宇宙加速膨胀的奥秘。Ia型超新星为何能成为丈量宇宙深空的标尺?孟祥存打了个生动的比方:

“就像生活中一个100瓦的灯泡,无论放近放远,实际功率不变,只是看起来亮度不同。我们既知道它的实际亮度(绝对亮度),又看到它有多亮(视亮度),就能算出距离。Ia型超新星就是宇宙中这样的‘标准烛光’。”

这把“尺子”虽至关重要,其形成机制却迷雾重重。孟祥存的核心工作,正是探究其源头——白矮星如何在双星系统中“长大”直至爆发。

“好比一个刚出生的碳氧白矮星,质量和个头都很小。想爆炸,就得‘长大’。”他解释道。传统理论中,白矮星通过吸积伴星物质实现质量增长,但主流模型预言的超新星诞生率极低,且与诸多观测矛盾。

孟祥存清晰记得学术生涯的“关键一役”:他博士毕业不久,国际学界一度热捧日本学者提出的“光学厚星风模型”。但孟祥存团队深入剖析后,发现该模型虽能解释部分观测数据,但有些关键预言与观测不符,比如该模型预言,在红移超过1.4的地方,不应该有Ia型超新星,但现在观测到的最远的Ia型超新星红移已经远远超过了1.4。

“这怎么解释?”带着质疑,孟祥存带领团队另辟蹊径,构建了物理图景全然不同的“共有包层星风模型”。

这个模型大胆假设:白矮星与伴星通过洛希物质外流交换物质时,会形成一个共同的气体包层,就像两个舞者在旋转中共享一个裙摆。这一构想不仅解决了传统模型的矛盾,更提出了“BLAPs”(蓝大振幅变星)可能是超新星爆发后残留的伴星。最新的很多观测都与模型预测符合。

更令人振奋的是,他的研究揭示了金属丰度对恒星演化的影响——就像不同地区的土壤会长出不同作物,星系中元素含量的差异,会导致超新星呈现不同亮度特征。这一发现被写入《超新星手册》等权威专著,成为解释宇宙膨胀差异的关键理论之一。“做科研就像走迷宫,有时得推倒重来。”孟祥存说。

九三学社里的“科普播种人”

2018年,孟祥存了解到九三学社“是一个科研人的政治团体,我觉得非常适合我。”加入九三学社后,在九三学社组织的培训中,他坦言自己找到了另一条服务社会的路径——科普。“向社会大众进行科学普及,让更多人理解基础研究的意义,这也是在参与社会建设。”

“很早一次社内座谈,我就提出‘要在广大中小学生心中种下科研的种子’。”这粒“种子”迅速生根发芽。依托九三学社、云南省天文学会、省科协等平台,孟祥存的科普足迹遍及省内外中小学。他乐此不疲,视之为九三学社社员“社会服务”职能的重要实践。

这些活动往往是“见缝插针”式的——参加学术会议间隙去中学做报告,利用观测间隙给孩子们讲解月食原理。“合格的社员首先要做好本职工作。”他解释道,“科普是本职的延伸,当孩子眼睛里闪出发光的神情,你就知道这件事有多值。”

面对公众“天文研究有什么用”的质疑,他总结出三层递进的答案:“第一,许多重大科学发现的应用远超最初想象。爱因斯坦当年也说不清相对论有什么用,如今它却是卫星定位、精密计时的基础;第二,天文技术早已渗入生活。核磁共振、Wi-Fi、大数据处理……这些技术都脱胎于天文研究;第三,也是最重要的——‘无用之用,是为大用’。”

孟祥存语气深沉,“天文不断打破人类中心论,哥白尼发现地球非宇宙中心,后来发现太阳系也非银河系中心……它让我们认识到自身的渺小,对自然心生敬畏。这种开蒙心智的力量,超越了实用价值。”

让更多人仰望星空

身为博士生导师,孟祥存常将导师黄润乾院士的教诲赠予青年学子:“做天文不需要你多聪明,但需要你足够的努力。”他解释道,天文研究往往需要十年磨一剑——观测数据可能要积累数年,模型计算动辄数月,“有时候一个公式推导错了,就得从头再来,这时候拼的不是智力,是毅力。”

尽管现实挑战重重,孟祥存对星空的赤诚从未黯淡。他呼吁更多人投身天文事业:“中国天文学体量很小,尤其是天文技术人才,非常稀缺。”

采访结束,孟祥存引领记者走向观测台。这位为宇宙“量天尺”校准刻度的科学家轻声说道:“你看,宇宙这么大,我们能做的还有很多。”

从小学图书馆的小册子到探索宇宙的最前沿,从科研工作者到九三学社社员,孟祥存的人生就像他研究的超新星——在静谧中积蓄力量,最终绽放出照亮时代的光芒。这光芒里,有科学家的执着,更有九三学社人“爱国、民主、科学”的初心。

(撰稿:云南政协报记者张音笛、张莹莹  通讯员:九三学社云南省委会宣传部广耀颖)