陳孝鈿研究員：以恒星為筆，繪宇宙之圖

浩瀚無垠的宇宙中，每一顆恒星都是時間與空間的見證者，吸引著人們深深的好奇心。對中國科學院國家天文臺研究員陳孝鈿來說，它們更是描繪銀河系乃至更遠星系精細結構的關鍵畫筆。

近年來，在天文研究的前沿陣地，陳孝鈿圍繞“變星”這一宇宙“量天尺”開展系列研究并取得成果，探索銀河系及宇宙的奧秘。今年5月，陳孝鈿被授予中國科學院青年五四獎章。

日前，接受《中國科學報》采訪時，陳孝鈿表示：“我們將迎來天文學與人工智能融合的嶄新時代！”他正帶領團隊致力于構建天文學家的大語言模型，旨在讓機器具備理解和解釋復雜天文數據的能力。

陳孝鈿（受訪者供圖）

變星“收割機”

陳孝鈿專注于對變星的觀測和研究。變星常常被比喻為“宇宙量天尺”或者“標準燭光”，指的是一種亮度隨著時間呈周期性變化的恒星，這一規律為天文學家提供了一種測量宇宙距離的獨特方式。

“標準燭光”正像一盞已知功率的燈，它的內在亮度一致，當人們離它越遠，就會感覺它越暗。而根據其年齡不同，變星通常有年輕（千萬年）的“造父變星”和年老（百億年）的“天琴座RR型變星”等兩種。

陳孝鈿解釋：“我們通過觀察變星亮度周期性的波動，可以推斷出其固有的亮度，而固有亮度與觀測到的亮度差異則可用來估算恒星與地球之間的距離。”

科學家掌握的“標準燭光”越多，得到的距離就會越準確。陳孝鈿開始利用世界上大型望遠鏡收集的數據在數以億計的星空中尋找變星。

這何嘗不是一件枯燥的事情：為了確保準確度，不僅需要大數據處理，還要靠人的肉眼識別。當時，在兩、三個月的時間里，陳孝鈿每天查看兩、三萬張圖片，終于從中分辨出上千顆造父變星。

逐漸地，陳孝鈿帶領科研團隊建立起一套分析方法，從龐大數據中“挖掘”變星。2018年，陳孝鈿等學者發布了包含近千顆造父變星的紅外全天變星星表，這批像珍珠般寶貴的恒星正是指示銀河系年輕恒星盤的形狀的絕佳示蹤體。

2019年，陳孝鈿與合作者在《自然-天文》（Nature Astronomy）發表論文，公布首張銀河系恒星盤的三維全貌圖。結果出人意料，銀河系的形狀竟然不是過去想象中的“圓盤”，而是“炸薯片”一樣的彎曲性狀。

經過不斷優化，陳孝鈿獨創的這套分析方法逐漸成為一臺高效的變星“收割機”。到2020年，已經有超過80萬顆變星被發現，他們據此構建了全球收錄變星樣本量最大的數據庫。

基于這一數據庫，2023年，陳孝鈿利用“天琴座RR型變星”這種年老的變星，打造了一把新的“量天尺”，開創了對遠處星系的精確距離測量，誤差僅在1%至2%之間，被譽為宇宙中目前所知最好的“標準燭光”。

“我們始終在追尋如何能夠更準確地繪制星系群的形狀，深入了解宇宙的膨脹狀態，為解決‘哈勃常數危機’這一天文學難題提供證據。”陳孝鈿告訴《中國科學報》。

天文學將迎嶄新時代

《中國科學報》采訪陳孝鈿時，正值高考季。作為一位青年天文學家，陳孝鈿向廣大考生呼吁：“歡迎選擇天文學！”

隨著我國天文事業的蓬勃發展，越來越多的高校開設了天文專業，為青年學子提供了廣闊舞臺。“天文學離不開物理和數學理論應用，希望擅長物理、數學并有志于探索宇宙奧秘的年輕人投身天文研究，共同書寫人類探索宇宙的新篇章！”陳孝鈿表示。

當然，天文學研究也面臨一個挑戰：觀測對象數量極其龐大，科學家嘗試應用的物理模型往往過于簡化，難以充分捕捉宇宙深處的復雜性。

對此，陳孝鈿認為，構建一個能夠映射現實宇宙的數字化模型尤為重要，這相當于在虛擬世界中復刻一個“數字宇宙”。面向這一需求的首要任務便是創建一個天文學專屬的大語言模型。

陳孝鈿正在致力于構建這個大語言模型，走在了人工智能與天文學交叉領域的創新前沿。最近1個月，他已經初步建立起模型，參數量達到了2乘以10的9次方。

“雖然目前模型的推理能力有限，但它已經能夠回答專業問題。”陳孝鈿期待，終有一天，人工智能在具備理解和解釋復雜天文學現象的大模型基礎上，獨立完成復雜的科學任務，帶來更多新發現。

從愛好者到研究者

陳孝鈿的天文學之路從愛好者開始。早在青少年時代，他就展露出非凡的數學才能，并對浩渺宇宙懷揣著濃厚的好奇與向往。2007年，他考入進入北京師范大學天文學專業深造，開啟了探索宇宙奧秘的旅程。

在經歷了博士階段的迷茫與挑戰后，陳孝鈿逐漸找到了自己的科研方向。這得益于他意外收到一封來信。當時，還在北京大學攻讀博士學位的陳孝鈿完成了一項關于造父變星的研究。論文發表后，諾貝爾物理學獎獲得者亞當·里斯主動向他請教。

“他為什么會關心造父變星的數據？很長時間我感到很迷惑。”陳孝鈿為此花了很長時間搜集并學習各方面文獻，才終于明白亞當·里斯的用心。他從此篤定信念：如果把恒星利用成工具，用于丈量宇宙，這將是天文學的前沿方向。

回憶當年，陳孝鈿告訴《中國科學報》：“這封信對我啟發非常大，最終決定了我今天的研究方向。”

從愛好者到研究者，除了選擇“對”的方向之外，也離不開長期的堅守。作為“國際SONG計劃”的一部分，中國“SONG望遠鏡”先期坐落于海拔3200米的青海德令哈觀測站時，陳孝鈿與一位同事輪流在值班，每人負責一個月的觀測工作，累計在那里工作了一年多。這期間他們總是熬夜進行望遠鏡的操作和觀測，密切監測恒星亮度的變化。

2018年起，“SONG望遠鏡”開始往海拔更高的青海冷湖觀測基地。為了提高效率，陳孝鈿大力發展自動化觀測系統，讓科研人員可以在山下、甚至北京也能進行觀測工作。

只要心中有光，即便是在最遙遠的星辰大海，也能找到指引前行的路標。陳孝鈿多年的堅守，用恒星的光芒，照亮了人類對宇宙的認知邊界。