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苏定强:天空有他一颗星

 范翔林 2013-08-30

范翔林

 

下午,在浙江省海宁举行的“第三届海峡两岸天文望远镜及仪器学术研讨会” 召开期间,举行了“苏定强星”命名仪式,中国科学院、国家自然基金委、国家天文台、南京大学等单位的领导和来自海峡两岸的天文学家、天文仪器专家等200多人,出席了命名仪式。

1959年,苏定强从南京大学数学天文系毕业后留校任助教。1962年至2003年在中国科学院南京天文仪器厂(现南京天文光学技术研究所)工作,历任技术员、副总工程师、研究员。2003年调回南京大学任天文系教授。苏定强是我国著名的天文学家和光学工程专家,1991年当选为中国科学院院士,是第八届、九届全国人大代表。为表彰苏定强为我国乃至国际天文事业发展做出的贡献,中国天文学会提议,并经报请中国科学院和国际天文学联合会小天体命名委员会批准,将发现的获得国际永久编号第19366号小行星命名为“苏定强星”。

天文学是一门以观测为基础的科学,这种观测是依靠望远镜来实现的。望远镜和技术的发展往往成为天文学重大发现的先导。

苏定强先后参与了我国多个天文望远镜和仪器的研制,在光学系统设计、天文望远镜光学等多个方面提出了独创性的概念和方法。

被誉为中国天文学发展史上一个里程碑的天文望远镜,从1989年建成到2007年一直是国内最大、也是远东最大的光学望远镜,苏定强曾多年投身于这架望远镜的研制,他和全体研制人员经过多年磨难,终获成功。1998年荣获国家科技进步一等奖,苏定强是这一成果的第一获奖人。

在天文望远镜中,折轴系统是三个主要光学系统之一。传统天文望远镜的折轴系统和卡塞格林系统(1672年卡塞格林发明的一种反射望远镜系统,它由主副两块反射镜组成。其中大的凹面镜称为主镜,小的凸面镜称为副镜。主镜将平行于光轴入射的光会聚到副镜,副镜反射的光通过主镜中央的孔成像于主镜后面——笔者注)使用不同的副镜,转换时需要更换,这不仅会降低光学系统准直的精度,使像质变坏,也使机械结构复杂,并且转换时需要花费一定的时间。为了使折轴系统和卡塞格林系统的转换更简单、精确和便捷,当时年仅30岁的苏定强在考虑天文望远镜总体设计方案时提出了这样的构想:折轴系统与卡塞格林系统共用同一个副镜,并提出了一系列具体的方案,并在1966年召开的天文望远镜上海会议上作了报告。这些新折轴系统的优势在于:能保持更好的准直,大镜面减少,结构简单,转换快,但也有缺点,如增加的光学元件较多,光量损失增加,或用了折射元件波段受限制并有色差,或加工难度较大等。文革中,天文望远镜的研制停了下来,但苏定强的探索却没有停止。

1972年,望远镜的研制工作恢复后,苏定强在他原有的不更换副镜的想法下,想出了仅在极轴上端增加一块中继镜的折轴系统。这种折轴系统中没有折射元件,只增加一块反射镜,加工也不难,却能避免传统折轴系统由于转换副镜带来的一系列问题,在望远镜中被采纳。

然而构想变为成果的转化过程,往往有反复。1973年,机械设计的同志对折轴系统的结构提出了一些限制,这使得光学系统要作相应的修改。苏定强发现改动前后彗差的符号变了,这启发了他想到这中间会存在彗差为零(即消去彗差)的结构,经过仔细的计算,苏发现只要转换时将副镜作大约的小量平移,同时将中继镜面形取为适当的扁球面,就可以得到消去彗差的结构,望远镜中就用了这样的结构,这是折轴系统设计中跨出的第二步创新。

望远镜举行了落成典礼,紧接着就投入了天文观测,从那时以来18年中保持是国内最大、出成果最多的望远镜,现在仍在使用。

197710月,以第15届国际天文学联合会主席、美国基特峰国家天文台台长为首,由包括6位美国科学院院士在内的10位美国著名天文学家组成的考察组访问中国时,盛赞这样的折轴系统:“世界上最优秀最独特的设计”,并认为这一设计思想将被世界其他国家所效仿。美国基特峰国家天文台第一任台长、亚利桑那大学光学科学中心创始人迈纳尔(Meinel)将该折轴系统中的中继镜命名为“SYZ”(SYZ望远镜光学系统三位设计人苏定强、俞新木、周必方姓名的第一个字母)中继镜;欧洲南方天文台(ESO)从上世纪80年代开始研制了由4望远镜组成的世界最大的光学望远镜阵,其中每个望远镜都采用了与望远镜相似的共用副镜和采用中继镜的折轴系统。

最近,我国下一步计划研制的好几架望远镜,也打算采用类似望远镜的带中继镜的折轴系统。

关于望远镜苏定强再三强调,上面讲的只是他个人在其中做的工作,而这架望远镜的成功则是近百位科技人员和工人多年共同努力的结果,特别是我国著名前辈光学先生的关怀与领导,成绩是属于大家的。

苏定强的贡献还有:双折射滤光器是法国天文学家李奥发明的太阳观测仪器中的心脏设备,上世纪60年代他领导研制成功了我国第一个李奥双折射滤光器,为我国多台太阳观测仪器的研制奠定了基础。70年代初,他和王亚男合作的光学系统优化工作,优化结果普遍与国外最好的相当有的并优于国外,这个程序一直用到上世纪90年代甚至本世纪初。1986年,苏定强提出了透棱镜改正器,它能消去大气色散和获得更好的像质,这类改正器已在国内外一些望远镜中应用。1993年苏定强领导研制成功了我国第一个主动光学实验系统。1994年王绶琯、苏定强、崔向群、褚耀泉、王亚男共同提出的大天区面积多目标光纤光谱望远镜(LAMOST)现已建成,这是中国专家提出的一种新类型的望远镜,是当前世界上最大的大视场望远镜,有最高的光纤光谱获取率。

天文仪器厂在南京紫金山北麓的樱驼村。提及往事,苏定强感慨地说,在上世纪六、七十年代,那里是农村,宿舍在蒋王庙,起初连自来水也没有,用水要到100多米外的水井去取,生活相当艰苦。那时候的科技人员,绝大部分没有出过国,没有见过国外的望远镜,为了国家,为了科学,他们和工人同志一起,把自己的智慧和青春献给了中国的科技事业,这种精神是值得我们今天年青一代尊敬和学习的。

400年前,意大利科学家伽利略首次用望远镜观测天空,开启了天文研究的新时代。谈及现代天文学的研究重点,苏定强说,从研究的对象来讲,最重要的是暗物质和暗能量,他们都是天文观测中首先发现或感受到的。对他们的研究,很可能会导致人类对物质世界认识的一次新的飞跃。而探索暗能量、暗物质又主要地落在天文学和望远镜的肩上。当前,中国天文学正处于最好的形势下,我国正在由一个天文大国走向一个天文强国,中国天文学赶上先进国家的日子不远了!天文仪器与技术的发展还会激励和带动航天、无线电、光学、X—射线、γ-射线、微信号探测,计算机、大型精密机械、自动控制多项高技术的发展,对国家的科学技术、工业、国防具有重大意义。

  2012.1《人民与权力》杂志

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