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 時任英國皇家天文學會主席的費邊在倫敦皮卡迪利街的伯林頓府（Burlington House）。

撰文 | 辛玲

責編 | 李珊珊

劍橋大學的安迪 · 費邊 (Andy Fabian) 是當代最高產(chǎn)、最有影響力的天文學家之一。他既精通觀測又有深厚的理論功底，研究領(lǐng)域從致密天體到星系中心的超大黑洞，以及作為宇宙最大結(jié)構(gòu)的星系團，在X射線天文學所有領(lǐng)域幾乎都有貢獻。2020年5月他被授予科維理天體物理學獎（Kavli Prize in Astrophysics）并獲得100萬美元的獎金。在與賽先生的訪談中，費邊回顧了童年時代對天文的喜愛，以及自己如何進入X射線天文學，并逐漸將觀測與理論結(jié)合起來，從X射線角度為星系、星系團的形成和演化提供系統(tǒng)性的解釋。

1957年春，當明亮的阿倫-羅蘭彗星劃過夜空，九歲的安迪 · 費邊 (Andy Fabian) 在自家后院看得出了神。小小年紀的他已經(jīng)是個天文迷了。

七歲那年，在一本兒童百科全書里， 費邊讀到：科學家能用星星發(fā)出的光芒來推測其組成成分，這讓他一下子喜歡上了天文學。

費邊的家在英格蘭北安普敦郡的一個村莊。他的父母每天忙于打理家里的兩爿布料店，全家?guī)缀醭宰《荚诘昀铮M邊從小就養(yǎng)成了閱讀的習慣。他有哮喘病，每個月總有幾天犯病上不了學，在家的時間，他便堅持讀書，尤其是跟科學有關(guān)的書籍。

后來費邊考上了公立中學，到離家五英里的另一個鎮(zhèn)念初中，并終于接觸到了系統(tǒng)的科學知識。一到晚上，費邊就躲在布料店后面的廚房里搗鼓心愛的電子設(shè)備，先是礦石收音機，然后是熱離子管和三極管。他的父母忙于布料生意，對科學完全不感興趣，但他們從不干涉兒子，任由他動手開展自己的實驗。

15歲那年，費邊決定照著書造一架簡易的牛頓式反射望遠鏡。他買來兩塊1.8米口徑的厚玻璃鏡片，先把其中一塊用瀝青粘在轉(zhuǎn)臺上，再把另一塊疊放在上面，澆水、金剛砂等，直至通過上下摩擦使上面的鏡片被磨出一個凹度，下面的鏡片被磨出一個凸度。上面的凹透鏡就成了望遠鏡的主要部件。

沒有錢買金剛砂，費邊就寫信給金剛砂生產(chǎn)公司索要一點免費的樣品。書上說磨制過程是兩個多小時，結(jié)果他磨了整整20個小時，最后還給鏡面鍍上一層薄薄的銀。

“完全照著書弄，也沒有人告訴我到底對不對，”他笑著回憶。用這架自制的望遠鏡，費邊清晰地看到了月球上大大小小的隕石坑，這令他十分興奮。

阿倫-羅蘭彗星接近地球的那一年，蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星。美蘇太空競賽正式打響。費邊寫信給NASA說自己是個航天迷，希望能定期收到一些學習材料。就這樣，NASA每個月都會給他寄一張海報或者其它東西，他回憶，這些資料，對他今后的事業(yè)發(fā)展起到了促進作用。

1965年，17歲的費邊在英格蘭蘭開夏郡的杰里邁亞·霍羅克斯天文臺（Jeremiah Horrocks Observatory）實習。

18歲，費邊離開家鄉(xiāng)，來到泰晤士河畔的倫敦國王學院物理系學習。本科畢業(yè)后，他選擇加入倫敦大學學院下屬、位于倫敦以南50公里的馬拉德空間科學實驗室 (Mullard Space Science Laboratory)，攻讀空間天文學博士學位。在這個世界頂尖的太空科學實驗室，他最終選定彼得·桑福德 (Peter Sanford) 做他的導師，而桑福德的特長正是研制空間設(shè)備，探測來自宇宙的X射線。

X射線與可見光非常不同，它們往往對應(yīng)著幾千萬度高溫的宇宙結(jié)構(gòu) (人們當時還不知道這主要是由于物質(zhì)掉進黑洞而引起的)。在導師的建議下，費邊打算用一枚云雀 (Skylark) 探空火箭來研究宇宙X射線背景結(jié)構(gòu)，這個項目的申請出奇地順利，僅僅隔了一個圣誕節(jié)就獲得了批準。

探測X射線背景并不難，用當時流行的正比計數(shù)器就可以直接測出來，但必須剔除宇宙線的影響。桑福德已經(jīng)從理論上找到了區(qū)分二者的方法，費邊要做的是設(shè)計出集成電路和實際的電子設(shè)備。為此，他惡補了電子學知識，幾個月后就拿出了初樣。初樣測試中又遇到無線電干擾問題，反復多次設(shè)備才穩(wěn)定下來。也正是在這段時間，他得以系統(tǒng)地學習天文學和X射線天文學的知識。

降落傘繩索糾纏到一起導致載荷下降過程中摔碎了。第二天，費邊坐著直升機在沙漠里到處尋找載荷殘骸。所幸數(shù)據(jù)此前已被遙測設(shè)備傳回到地面，沒有丟失。

1971年1月，費邊的“云雀SL1001”項目在澳大利亞武默拉火箭發(fā)射場升空，整個過程的有效探測時間為15分鐘。實驗最后階段出了問題，降落傘繩糾纏到一起，載荷重重地砸向地面，摔得到處都是。第二天，費邊不得不坐著直升機在武默拉的沙漠和酷暑中尋找載荷殘骸，直到強對流導致的顛簸令他反胃不已。碎片沒能都找回，但好在主要的探測數(shù)據(jù)已及時被遙測設(shè)備讀取下來。

1971年1月，“云雀 SL1001”號探空火箭在澳大利亞南部的伍默拉火箭發(fā)射基地順利發(fā)射，其上攜帶費邊研發(fā)的探測宇宙X射線背景結(jié)構(gòu)的科學儀器。

費邊回到實驗室對探測數(shù)據(jù)進行了分析，并在《自然·物理科學》(Nature Physical Sciences) 中發(fā)表了有生以來的第一篇學術(shù)論文。在這篇題為“宇宙X射線背景的火箭觀測”的文章中，費邊和桑福德認為宇宙X射線的背景非常平滑，這說明全天至少有數(shù)百萬個X射線源。緊接著他們又設(shè)計了另一項探空火箭實驗，并在意大利成功發(fā)射，對這一結(jié)論進行了確認和擴展。

1972年費邊通過畢業(yè)答辯，打算到美國加入X射線研究先驅(qū)里卡多·賈科尼 (Riccardo Giacconi) 的團隊。

賈科尼是美國科學工程公司的工程師，早在1962年就利用探空火箭首次發(fā)現(xiàn)了宇宙X射線源——天蝎座X-1，為此，他被譽為X射線天文學之父，并于2002年獲得了諾貝爾物理學獎。但天不遂人愿，由于簽證原因費邊遲遲無法赴美，一直等到次年，費邊才得知相關(guān)項目已被NASA取消，職位亦不復存在。

幾年后，雖然NASA又決定恢復當初的項目，但費邊已決心留在英國。他找到仰慕已久的天體物理學家馬丁·里斯 (Martin Rees) 做博士后，并追隨里斯來到劍橋大學天文研究所。在劍橋，費邊初次接觸到與X射線觀測相關(guān)的黑洞研究，他的科研生涯從此翻開了新篇章。在劍橋天文研究所，他一呆就是三十多年，1982年他被聘為研究教授，研究興趣也全面轉(zhuǎn)向了與X射線觀測相關(guān)的黑洞、活動星系核和星系團研究。

上世紀九十年代末，費邊在劍橋大學天文研究所的辦公室里。

天文學家普遍認為，所有星系（包括銀河系）的中心都存在一個或數(shù)個超大質(zhì)量黑洞。這些黑洞介于百萬至百億個太陽質(zhì)量之間，它們的巨大引力能將周圍的氣體拉入其掌控范圍，并形成一個薄薄的螺旋軌道，即所謂的 “吸積盤” (accretion discs)。八十年代末，費邊預(yù)測黑洞吸積盤X射線光譜中的鐵線將受廣義相對論強引力作用而顯得比較寬，其頻率也會比較低。幾年后，他利用日美“宇宙學和天體物理高新衛(wèi)星” (ASCA) 在若干明亮星系的中央位置觀測到了這一現(xiàn)象。他還發(fā)現(xiàn)其中隱藏著兩種不同的X射線輻射機制：一種是由吸積盤內(nèi)的粒子相互碰撞后釋放能量而產(chǎn)生的，另一種是由靠近積極盤的熱電子被彈回宇宙空間而產(chǎn)生的。通過測量這兩種發(fā)射之間微小的延時，費邊團隊計算出了黑洞本身的自旋速度。這也是迄今為止應(yīng)用最廣的超大黑洞自旋的測量方法。

預(yù)言并證實了星系中心黑洞周圍的X射線是如何形成的，并由此發(fā)展出一種強大的測量黑洞自旋的方法，是費邊對蓬勃發(fā)展的X射線天文學所作出的重要貢獻之一。而有了這些工具，他和合作者們還將大量觀測數(shù)據(jù)與理論相結(jié)合，揭示了超大質(zhì)量黑洞對周圍時空的影響，以及這些黑洞在星系形成與演化中扮演的核心角色。

在黑洞研究早期，超大質(zhì)量黑洞被認為是一種擺設(shè)，與其所在星系關(guān)系不大。九十年代末，天文學家發(fā)現(xiàn)這些黑洞的質(zhì)量與星系的質(zhì)量密切相關(guān)：星系包含的恒星越多，中心黑洞的質(zhì)量也越大。由此他們想到這些黑洞其實可能是其所在星系的 “中央引擎”，主導了星系的演化。費邊在星系團尺度上的研究為這一猜想提供了有力證據(jù)。

1999年7月，費邊在卡納維拉爾角即將見證X射線天文學的最新利器——錢德拉望遠鏡（Chandra Observatory）的升空。

通過分析錢德拉衛(wèi)星拍攝到的英仙座星系團的X射線圖像，費邊認為這些超大質(zhì)量黑洞很可能通過噴流與吸積盤的相互作用向星系以外的空間轉(zhuǎn)移能量，使星系之間的氣體溫度升高，無法聚集而形成新的恒星，從而抑制了星系的成長。

“這些不同尺度上的X射線源和輻射過程并不是孤立的，而是通過能量關(guān)系相互耦合在一起，這是我過去三十年研究的重點?！?nbsp;

十多年前，費邊應(yīng)邀來中國的一個暑期學校講課。他抽空訪問了心儀已久的西安兵馬俑，還在當?shù)啬乘髮W做了一場關(guān)于黑洞觀測的講座。諾大的會議廳擠滿了學生，連走廊都站滿了人，費邊被聽眾的熱情深深打動了。講座結(jié)束后，學生們圍上來問他怎么才能學習與黑洞有關(guān)的知識。“你可以問問你們學校的教授，”費邊建議。但他隨后被告知由于這是一所“應(yīng)用型大學,”學校并沒有開設(shè)任何天文課程。費邊很驚訝。“中國在天文學教育方面的潛力巨大。”

費邊認為X射線天文學對中國天文學的發(fā)展是個很好的突破口。中國有大推力火箭，能發(fā)射自己的空間站，一定也能發(fā)射大型X射線天文望遠鏡。要知道，缺乏發(fā)射能力是許多國家的瓶頸。而且X射線天文學還很年輕，目前望遠鏡的接收面積只有iPad屏幕那么大，未來發(fā)展空間非常廣闊。

“中國正在研制的eXTP（enhanced X-ray Timing and Polarimetry mission, 增強型X射線時變與偏振空間天文臺——作者注）將是中國發(fā)展道路上的重要一步，但在eXTP之后我們一定還能制造更大的望遠鏡，關(guān)于這點想想現(xiàn)有的光學望遠鏡和射電望遠鏡的大小就知道了。要取得與光學和射電波段相當?shù)某删?，X射線波段必須使用更大口徑的望遠鏡。我們完全有理由相信，中國的X射線天文學將在二十到三十年后與歐美齊頭并進?！?/p>

費邊對歐空局正在研制的下一代X射線天文望遠鏡“雅典娜”（ATHENA，Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics）寄予厚望。雅典娜將以超越錢德拉和XMM-牛頓望遠鏡至少十倍的光譜和成像能力，望向熾熱劇烈的宇宙深處，描繪熱氣體結(jié)構(gòu)并尋找超大質(zhì)量黑洞，為理解黑洞如何影響宇宙形成演化提供更多證據(jù)。72歲的費邊說:“雅典娜計劃2031年發(fā)射，我期盼著它做出重大發(fā)現(xiàn)——要是我能活到那會兒的話！”