尼尔·格雷尔斯：雨燕天文台以他命名的NASA天体物理学家

尼尔·格雷尔斯

Photo: NASA GSFC / Public domain, via Wikimedia Commons

出生	1952年10月3日 Lake Geneva, Wisconsin, United States
逝世	2017年2月6日 (64)
职业	天体物理学家
获奖	亨利·德雷珀奖 · NASA杰出科学成就奖 · 丹·戴维德奖

近二十年来，NASA的一颗卫星能够捕捉到宇宙遥远边缘发生的爆发，在大约一分钟内转向目标，并在闪光消退前将坐标传给地面望远镜。它服役的最后几年以尼尔·格雷尔斯（Neil Gehrels）的名字命名。这位戈达德天体物理学家从提出方案到卫星入轨，一路领导了这项任务；如今，它已经停止观测。飞船正穿过高层大气坠落，已没有任何补救机会；与此同时，格雷尔斯曾参与早期规划并引领其前行的另一台望远镜，则正驶向远在月球之外的观测位置。他没能亲眼见到这两个时刻。

格雷尔斯出生于威斯康星州日内瓦湖，成长过程中身边总有望远镜，因为他的父亲、天文学家汤姆·格雷尔斯（Tom Gehrels）就在与望远镜打交道。全家曾在得克萨斯州的麦克唐纳天文台住过一段时间，后来在尼尔十四岁时搬到图森。在亚利桑那大学，他原本学习古典音乐作曲，最终同时取得音乐和物理学学位。最后，物理学胜出。这两者的结合并不像表面看来那么奇怪：定义了他职业生涯的那项任务，本质上就是一场关于时机的考验——各种仪器必须在恰当时刻接力响应。

他在加州理工学院攻读物理学博士学位，1982年在罗克斯·福格特（Rochus Vogt）和爱德华·C·斯通（Edward C. Stone）指导下毕业。在那里，他最早的一份工作是为一台将搭载“旅行者”号探测器的宇宙射线仪器进行校准。1979年，两艘“旅行者”号探测器飞越木星时，这台仪器带来了一个意外发现。人们原以为木星磁层中的高能粒子主要是氢和氦；格雷尔斯却发现，氧和硫才占主导，而粒子的来源最终被证实是木卫一上的火山。这一发现成了他的博士论文。他还在那里结识了同为物理学专业学生的埃伦·威廉姆斯（Ellen Williams）；两人于1980年结婚。

1981年，他以博士后身份加入位于马里兰州的NASA戈达德太空飞行中心，并在那里工作直至生命终点。他早期参与的项目是GRIS——一台即将完工的气球载伽马射线能谱仪。就在这时，1987A超新星出现在南半球天空。仪器匆忙升空后，捕捉到了钴-56衰变产生的伽马射线谱线；谱线的展宽和偏移，为恒星爆炸后的碎片呈现剧烈翻涌、分布不对称这一判断，提供了早期而有力的证据。更早一年，他发表了一篇短论文，讨论在计数事件寥寥无几时如何设定置信限；此后，研究小样本计数的天文学家一直引用这篇论文。从1991年康普顿伽马射线天文台发射升空，到2000年脱离轨道，他一直担任该项目的科学家；自1995年起，他还领导戈达德天体粒子物理实验室。

Swift是让他声名远播的构想。伽马射线暴持续的时间可能只有几秒，甚至更短，多年来，没人能及时定位它们，观察爆发后留下的痕迹。格雷尔斯领导提出了一项卫星方案：探测到爆发后，卫星无需等待地面指令，就能自行将X射线和紫外—光学望远镜转向目标，并把位置广播给各地的天文台。从1999年起直到去世，他一直担任这项任务的首席研究员，经历了2004年11月20日的发射以及此后的运行。2005年，他领衔发表在《Nature》上的论文，将一次短伽马射线暴与一座古老的椭圆星系联系起来，证明短暴来自中子星等致密天体的合并，而非大质量恒星的坍缩。Swift原本按两年寿命设计，却观测了两千多次伽马射线暴；远在任务结束之前，它就已成为监测天空中任何突发增亮现象的通用警报器。

他不断拓展观测范围。他曾担任费米伽马射线太空望远镜的副项目科学家，也是LIGO科学合作组织成员。2016年，他还共同撰写了一份策略，提出通过观测引力波事件可能的宿主星系，寻找其发出的光。2017年8月，这项工作所预想的事件终于到来：两颗中子星合并，Swift捕捉到了事后发出的紫外光。六个月前，格雷尔斯已因胰腺癌去世，时间是2017年2月6日，享年64岁。

如果把他的故事概括成“一个人和一座以他命名的天文台”，就会忽略他的工作方式，也会忽略那些项目所面临的风险。2007年的布鲁诺·罗西奖和2009年的亨利·德雷珀奖章，都是他与Swift团队共同获得的；这项任务则由宾夕法尼亚州立大学会同英国和意大利的合作伙伴共同运行。2018年为飞船更名，是对那位凝聚整个合作团队之人的致敬；但这也模糊了项目背后究竟有多少人的付出。仪器设备从来都谈不上安稳。他以项目科学家身份参与塑造的广域望远镜，当时名为WFIRST，2018年和2025年两度被白宫提议取消，最终因国会介入并调整预算而得以保留。Swift也走到了这样的关头：NASA曾把它能否继续存续押在一艘商业拖船上——Katalyst公司的LINK，原计划抓住这颗老旧卫星，将它推入更高轨道。拖船于2026年7月发射；到了8月，受姿态控制问题影响，轨道提升计划被叫停。试图拯救一颗从未按可维修方式设计的卫星，是一种全新的冒险，而格雷尔斯参与打造的天文台就是这场冒险的赌注。

两种结局相隔数周到来。更名后的WFIRST——南希·格雷斯·罗曼太空望远镜——于2026年8月30日搭乘猎鹰重型运载火箭从肯尼迪航天中心升空，目标是日地L2点；首批科学图像预计于2027年初公布。它的主镜与哈勃望远镜相当，但相机一次能看到的天空范围约为哈勃的100倍。这正是暗能量和系外行星巡天项目的基础，而格雷尔斯曾参与这些项目的设计。Swift在轨道高度降至约275公里以下后，于2026年10月20日完成最后一次观测；NASA预计它将在数周内重返大气层。它的档案仍将开放，其中包括超过150万张紫外和光学图像。

离开实验室后，他投身攀岩。2006年和2015年，他两次独自攀登优胜美地酋长岩的“鼻子”线路，每次都历时六天。埃伦·威廉姆斯后来担任能源部高级研究计划局（ARPA-E）局长；两人育有两个孩子。格雷尔斯于2010年当选美国国家科学院院士，小行星16000也以他的名字命名为“尼尔格雷尔斯”。2017年，他还与斯里尼瓦斯·库尔卡尼（Shrinivas Kulkarni）和安杰伊·乌达尔斯基（Andrzej Udalski）共同获得丹·大卫奖，是三位获奖者之一。

从今天回望，他的工作所传达的道理是：一项任务最持久的成果，是它留给其他人的习惯。Swift让一代天文学家学会了等待警报，并在几分钟内迅速转向目标；罗曼太空望远镜则将交给他们大到任何单一团队都无法独自完成的星图。那颗以他命名的卫星终将燃尽，但它培养出的本能，不需要它继续留在轨道上。

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