中國“牛人”東蘇勃：“捕捉”比5700億個太陽還亮的“超新星”

王玉琴

近日，一條“天文學家觀測到有史以來最強超新星爆發”的新聞，震撼世界天文圈。這顆名為ASASSN-15lh的天體，距離地球38億光年，最高光度超過5700億個太陽，亮度相當于整個銀河系千億顆恒星總光度的20倍，這是迄今為止人類記錄到的最強“超新星”。它由34歲的中國人東蘇勃最早發現，2016年1月15日出版的美國《科學》雜志刊登了這一研究，東蘇勃是論文第一作者。他到底是一個什么樣的“天文奇才”？

從小就是“超級天文迷”

80后東蘇勃，出生在河北石家莊市一個知識分子家庭。也許是因聽多了“嫦娥奔月”、“女媧補天”和西游記之類的神話，小時候他就對“天上到底有什么”充滿好奇。后來隨著年齡增長，他漸漸對天文和物理學方面的知識產生了濃厚興趣。別的孩子課余喜歡讀武俠、奇幻、愛情類的書，他平時最愛看的卻是《十萬個為什么》、《神秘的宇宙》等，別人認為很枯燥難懂的科技類“磚頭塊”，他看的津津有味，這讓不少女孩覺得他是個“傻乎乎的小書呆子”，在同學中，他顯得十分“另類”。

令東蘇勃興奮的是，父母十分支持他的興趣愛好，還幫他買了不少天文方面的書和音像制品。東蘇勃真正讓小伙伴們刮目相看，是他在石家莊市一中學習時，竟獲物理競賽全國一等獎！這個平時不太愛講話又品學兼優的“怪才”，這才引起大家的關注。有女生向他請教什么是天體“黑洞”，還好奇地問為什么它是黑的？東蘇勃解釋說，黑洞是由質量足夠大的恒星在核聚變反應的燃料耗盡而死亡后，發生引力坍縮產生的。假如太陽質量不變，大小卻變成乒乓球那樣，這就是太陽坍縮成了黑洞。它的質量極其巨大，而體積卻十分微小，它產生的引力場極為強勁，以至于任何物質和輻射在進入到黑洞的一個臨界點內，便再無法逃脫，甚至目前已知的傳播速度最快的電磁波，也逃逸不出。

接著東蘇勃又笑著講，說“黑洞”是黑的，其實這是個誤解。因為它沒有向外界發射信號，連光都無法逃出，故無法觀測黑洞內部。但科學家從物體被黑洞吸入之前放出的紫外線、X射線等邊緣信息，可以獲取黑洞的存在，在吸入的過程中會釋放出能量發光發熱。所以，科學研究證明，“黑洞”不僅不黑，還是最明亮的天體呢！雖然這些天文知識在同學們聽來有些深奧，但大家卻覺得很有趣。

后來，東蘇勃也漸漸成了不少女孩崇拜的偶像。在學校，無論他打籃球、踢足球，場下總有大批“美女拉拉隊員”吶喊助威。業余時間他喜歡玩航模，不少小伙伴也跟著“鼓搗”，而且常常玩的不亦樂乎。

最有趣的是，學校當時有36個社團，東蘇勃所在的“天文興趣小組”最初是最小的，后來成員越來越多。2004年以后，校方只好又增添了天文廳、天象儀，還設了專門的教室供學生舉辦天文活動、學習天文知識。

退休前在河北師范大學天文系工作的楊大衛教授，當年曾任中國天文學會第九屆教育委員會副主任一職，早在東蘇勃上中學時，他就因物理學和天文學與其結緣。楊教授說，東蘇勃愛鉆研，具有極強的自學和思考能力。兩人更多的接觸，是在小東參加奧林匹克物理競賽以后。

當時競賽內容有一部分是天文知識，幾乎每周小東都往楊教授家跑，討論請教這方面的內容。最令他吃驚的是，一般人只是對天象的罕見和美妙感興趣，但小東對天象的物理原因和本質更感興趣。那時他就可以把天文愛好與所學的數學、物理和英語知識結合到一起。“東蘇勃在學習的深度和廣度上已經超過了師范大學的研究生，那會兒東蘇勃才上高二。”楊教授說。

看到孩子如此癡迷天文學，東蘇勃的父母非常擔心這會影響他的學習，“你只顧瘋玩，萬一考不上大學怎么辦？”媽媽問。不料東蘇勃卻嘻嘻哈哈地說，“懂得勞逸結合，學習效率才高嘛！”

東蘇勃立志要考南京大學天文系，可當時該校并不在河北省招生。楊教授便向南京大學天文系的教授們推薦了東蘇勃。2000年8月，南京大學天文學院的老師對東蘇勃面試后，非常吃驚，當即表示必須要錄取這個孩子。

發現比5700億個太陽還亮的“超新星”

其實東蘇勃的高考分數很高，成績在班里名列前茅。按說完全可以考慮清華、北大，父母希望他報考工程學等熱門專業，但因為喜歡天文學，東蘇勃最終選擇了南京大學天文系。好玩的是，東蘇勃所在的這個班非常“牛”，當時有7名學生被清華、北大錄取，其中一位是河北省理科狀元。

更有意思的是，在東蘇勃上大學后，年年考試都是第一名，成績遠遠超出第二名。之后連續四年，南京大學天文系堅持來石家莊一中招生。

東蘇勃本科畢業后，以全額獎學金就讀于美國俄亥俄州立大學，并一直讀到博士。其研究方向是，太陽系外行星、微引力透鏡、動力學、超新星及時域天文學。之后，他又在愛因斯坦曾經工作過的美國普林斯頓高等研究所做博士后。

2014年，32歲的東蘇勃入選中組部“千人計劃（青年項目）”，來到北京大學科維理天文與天體物理研究所擔任研究員，博士生導師。

這年年底，應美國方面邀請，東蘇勃正式加入“ASAS-SN”（全天自動超新星搜索），這是一個由美國俄亥俄州立大學牽頭的國際合作項目。該項目于2014年5月開始對整個夜空進行頻繁搜索，旨在搜尋突然變亮的、主要包括超新星的“暫現天體”。他們在夏威夷和智利各有一個臺址。2015年，世界上明亮超新星60%都是“ASAS-SN”首先發現的。

令東蘇勃終身難忘的是，2015年6月14日晚，設在智利安第斯山脈托洛洛山頂上的由兩架14厘米口徑的小望遠鏡，正在持續不斷地自動對夜空進行拍照，忽然，一顆從未見過的、非常奇怪的天體被鏡頭“捕捉”。它位于印第安座與杜鵑座的邊界處，赤經22時2分15.45秒，赤緯-61度39分34.64秒。

發現這一情況后，當天，東蘇勃與同事將有關訊息立刻向全球公開。緊接著，中國、俄羅斯、南非、英國等很多國家的諸多大型望遠鏡，以及美國NASA的“雨燕”太空望遠鏡隨即開始后續觀測。

在這顆被命名為“ASASSN-15h”的神秘星球發現一周后，6月21日，東蘇勃在美國卡內基天文臺的合作者，利用位于智利的2.5米杜邦望遠鏡拍攝到了它的第一條譜線。令人驚訝的是，其譜線卻遠異于“ASAS-SN”已發現的200多顆超新星，這令團隊的天文學家們起初感到非常驚訝與困惑。

在與同事討論后，東蘇勃突然意識到ASASSN-15lh可能屬于極亮型超新星。根據他的推測，若這顆神秘星球距離我們38億光年遠，它最突出的譜線特征，與2010年發現的一顆極亮超新星的光譜極為匹配。

如果這個推斷是正確的，就應該可以在特定波長上，看到超新星光線穿過宿主星系中氣體產生的吸收譜線。而預期中的特征吸收譜線波長較短，需要利用覆蓋足夠藍端光譜的儀器才能觀測到。

接下來的幾天，東蘇勃和同事們聯系到了三架可拍攝藍端光譜的望遠鏡，可惜好幾次觀測都由于天氣原因和儀器故障功虧一簣，這令東蘇勃頗感遺憾。有趣的是，正當他懊悔不已甚至有點絕望時，十天之后，2015年7月1日北京時間凌晨2點，10米口徑的“南非巨型望遠鏡”（SALT）成功拍攝到了所需光譜，此前東蘇勃的推斷，竟神話般得到證實。可以說，這是個驚天動地的新發現！

“當看到南非望遠鏡拍攝的光譜，并意識到我們發現了史上最強的超新星爆發，我興奮得徹夜難眠。”他說，后續的觀測進一步印證了這顆遙遠天體的特性，與以往發現的所謂的貧氫極亮型超新星有諸多關鍵的共同之處。這些劇烈的爆發產生的拋射物中，探測不到宇宙中最為豐富的氫元素的跡象。

光譜證實，這個天體發出的藍光在抵達地球之前已經傳播了28億年了。光譜中還缺乏氫元素的特征，這意味著恒星在爆發之前已經通過星風損失了富氫的外包層。

東蘇勃說，這個天體看上去是超亮超新星的一員，但非常罕見，其光度比“普通”超新星要亮得多，體積更大，溫度更高。

具體點說，“這顆超新星最高光度比太陽強5700億倍——如果這個數據不能讓人感到震撼，那么想想銀河系，這個亮度相當于整個銀河系千億顆恒星總光度的20倍！”

天文界“牛人”，是個科幻迷

2016年1月15日出版的美國《科學》雜志，全文刊登了中國科學家東蘇勃的這一研究，他是論文第一作者。緊接著，一條“天文學家觀測到有史以來最強超新星爆發”的新聞，先后被新華社、中央人民廣播電臺、BBC、美聯社等全球知名媒體紛紛報道，震撼世界天文圈。

“這顆異常明亮的超新星不僅刷新了觀測記錄，也帶來許多謎團。它的許多獨特之處尚待研究。”東蘇勃說，“哈勃望遠鏡將在今年2月份觀測ASASSN-15lh。我們將利用哈勃無與倫比的分辨率精確定出該超新星在星系中的位置，可為研究其爆發的環境和機制提供重要線索。”

東蘇勃認為，隨著超新星逐漸變暗，后續觀測將可以更好的研究宿主星系，這對理解貧氫極亮型超新星的爆發環境有重要意義。

其實截至目前，人類已經記錄了上萬顆超新星爆發，其中最常見的類別就是Ia型。而在2000多年前，中國的天文學家就在《后漢書》中，記載了人類史上最早觀測到的一次超新星爆發。而東蘇勃發現的這顆超新星更是震驚了天文學界——其爆發強度超過了Ia型超新星約200倍，這是迄今為止人類記錄到的最強“超新星”！

媒體評論說，東蘇勃取得如此豐碩的科研成就，不僅為國爭光，在天文學史上更具有里程碑式的意義。超新星作為多種恒星生命的最后歸宿，可用于檢驗當前的恒星演化理論。它的發現有望為天文學家揭開極亮型超新星的爆發之謎提供重要線索。此項發現，也是我國科學家在時域天文學領域取得的一項碩果。

說起東蘇勃的這次科學發現，楊大衛教授講，有兩點意義非常重大。“有人說超新星這么亮，發現還有難度嗎？其實它離我們太遠了，看起來太暗，所以發現它極為困難。至于它為什么這么亮，已經超出了當代恒星物理現有的解釋機制，將導致新機制的發現。其二，現今測量宇宙膨脹的快慢，有一類指示器。通過這顆目前發現的最亮的、同時也是最遠的超新星，我們可以用它來確定宇宙膨脹的性質。這兩點都有待于科學家們不斷深入研究。”

有趣的是，東蘇勃和許多科幻迷一樣，也非常愛看科幻類電影和小說。他接觸的第一部科幻小說是法國作家儒勒·凡爾納的《地心游記》。那是一個炎熱的夏日黃昏，東蘇勃在家里看這本書被父親發現，“他把書一把拿走又還給了我，并告訴我說這叫科學幻想小說。我當時問父親，這里邊都是幻想出來的？父親說，是幻想出來的，但都有科學分析。這句簡單的回答，確立我整個科幻的理念，并持續到現在。”

2015年，劉慈欣的科幻小說《三體》，獲得被稱為科幻文學諾貝爾獎的雨果獎，其實東蘇勃對它非常喜歡而且閱讀多遍。他說，《三體》系列中對計算機、物理學等方面提出了令人心潮澎湃的大膽幻想，其中的很多科學假想是有著非常強大的理論基礎的。很多人為其中諸如核聚變發動機、太空電梯、太陽帆等各種炫酷的太空技術著迷。這些技術離實現到底還有多遠？

比如，太空電梯是《三體》小說中的關鍵技術之一，讓人類進入天空的成本大大降低。東蘇勃說，劉慈欣在小說中描述的太空電梯很真實，不是虛擬出來的，就像是一個海上鉆井平臺。而在現實中，美國正鼓勵科研團隊研發太空電梯；在太空電梯使用的纜繩材料方面，清華大學一個團隊已經制作出一個2.3米長的碳納米管，非常了不起。

那么應該如何建造太空電梯呢？東蘇勃認為，要確保太空電梯相對地面不發生漂移，只能一端建在赤道上，另一端連接同步軌道衛星。由于細長物體的抗壓能力遠小于抗拉能力，為了防止太空電梯的纜繩被自重壓垮，他說：“太空電梯并不是從赤道一直建造到離地球三萬六千公里（同步軌道衛星軌道高度）的宇宙空間就完事了，而是在那個點要再往徑向延伸，讓一個重錘拉著它，保持碳納米管電梯的纜繩始終是繃直的狀態。”

好萊塢曾拍過一部名為《宇宙探險隊》的科幻大片，片中的情節描述，在海洋星球上，一個小時等于地球7年。男女主角出門花了幾小時執行一個任務，回到太空艙小伙伴老了好多歲。男主獲救了，經過一百多年后仍處于中青年時期，女兒卻已經垂死。有人向東蘇勃請教，“理論上有這種可能嗎？”他說，時間和空間是一體的，理論上空間越大，速度越快，則時間越短。不過那種一個小時等于地球7年，這個設置似乎有點夸張；“不過，時間畸變是愛因斯坦相對論的效應，理論上離黑洞越近，時間越慢。比如哥哥弟弟，20歲時哥哥去太空了，而弟弟留在地球上，等哥哥回來也許還是年輕人，但地球上的弟弟卻已經老了。這倒是真的！”

如今，看到科幻迷和天文愛好者越來越多，東蘇勃非常高興，他希望大家關注地球外的家園，共同探索神秘外太空的科學奧秘。

名詞解釋：

什么是“超新星”？

超新星（恒星演化過程中的一個階段）爆發是某些恒星在演化接近末期時經歷的一種劇烈爆炸。這種爆炸度極其明亮，過程中所突發的電磁輻射經常能夠照亮其所在的整個星系，并可持續幾周至幾個月（一般最多是兩個月）才會逐漸衰減變為不可見。在這段期間內一顆超新星所輻射的能量可以與太陽在其一生中輻射能量的總和相媲美。恒星通過爆炸會將其大部分甚至幾乎所有物質以可高至十分之一光速的速度向外拋散，并向周圍的星際物質輻射激波。這種激波會導致形成一個膨脹的氣體和塵埃構成的殼狀結構，這被稱作超新星遺跡。

2016年1月，中國科學家觀測到最強超新星，系太陽亮度5700億倍。