科学家看上去应该是怎样的?

七位多大学生分享他们对于科学的热忱和自己的科研之路

科学家看上去应该是怎样的?

“在我还是个小女孩的时候,我曾见证过一颗流星划过天空,因此夜空成了我挚爱的景色。我幻想在天上会存在着些什么,要是能够进入太空,那该有多酷。由于此,我在本科的时候选择了学习物理学与天文学,从那时起我一直向前从未回头。

我现在试图了解早期宇宙,以及它是怎么演变成我们今天所看见的行星与星系的;具体地说,便是再电离纪元所发生的事情。再电离纪元指的是宇宙历史里物质在宇宙中再电离的时代。

(我父亲)教导我要努力争取,有志者事竟成。他教会了我永不言弃,永远对事物保持好奇。我对人生和事业的好奇心是继承自他。”

——玛格丽特·伊卡普(Margaret Ikape)

天文系及天体物理系一年级博士生 电邮

 

“我一直都对科学很有兴趣,但同时我也对艺术抱有相同的热情。我的初中以及高中都是艺术学校。我一天中的大部分时间都是在进行艺术创作而非学术研究。如今,我也利用大量的课余时间进行艺术探索。我仍旧认为自己是个艺术家,同时也是个科学家。我花了好一阵才明白我可以同时拥有这双重身份。

当我决定来大学继续深造的时候,我选择了攻读科学专业,因为我喜欢科学并且对此很擅长。进入本科高年级阶段,我发现自己很喜欢生态课程和实地课程;与此同时,我也很喜欢我在这些课上遇到的

我对道路上的污染物——例如路盐之类的——以及它们对于邻近溪流的动物的影响很感兴趣。除路盐之外,我也研究其他来自道路的污染物,比如金属,多环芳烃,和车胎碎屑(轮胎灰尘)。

——蕾切尔·贾尔斯(Rachel Giles)

生态学系及进化生物学系一年级研究生 电邮

 

最开始,我的志向是成为一名职业舞者兼兽医(这是一种很实际的双重职业选择)。科学虽然曾一度是我学业的重心,但直到我在完成我的科学学士学位几年后,我才意识到我有多热爱研究,以及利用科学方法解答有关动物行为与认知的问题。我是在身兼实验室管理员、兽医助手和犬类训练师三职的时候顿悟的。从这其中,我发现了研究工作是多么富有成就感以及激动人心。我可以预见自己的一生都将奉献在研究事业中。

我想要了解(犬类)是如何理解这个世界的,以及它们怎么分析周围环境对它们发出的指令和信息。我的研究动力,是希望有朝一日,我的研究或许可以帮助改变人们对犬类的看法,通过对于它们心智能力的了解而认可它们拥有着更多的价值,并最终为它们在北美争取到更好的对待和更多权力。

——茱莉亚·埃斯皮诺萨(Julia Espinosa)

认知科学系二年级博士生,电邮

 

“在同一个实验室里工作学习的博士生,茱莉亚·埃斯皮诺萨,对我的事业有着重大的影响。自从我们在2016年秋天开始合作以来,她一直对我抱有无限的耐心,并鼓励我激励自己,不要为创新而害怕。如果没有她给我的智慧的建议和持久的耐心,我无法走到今天这一步。

和许多学生一样,我在大学的第一年也经历了一段艰难的过渡期。适应远离家乡的的生活(我的家乡离多伦多有10个小时的车程)以及第一次独自生活中所有的琐事让我首次受到学业上的打击。当我第一次申请加入我现在所在的实验室时,我相信我的成绩将导致我落选。我非常感谢我的项目负责人布克鲍姆博士(Dr. Buchsbaum)和当时的实验室经理凯·奥特苏布(Kay Otsubo),他们并没在意我大一的表现,给了我一次机会。

—— 玛德琳·帕格林(Madeline Pelgrim)

心理学与生物学本科大四生 电邮

 

“攻读博士学位肯定会遇到很多挑战。我想说,我遇到的最大的挑战是我博士生涯早期受到的精神挑战。我如何在语言障碍、实验失败和竞争面前保持自信?我未来的方向是什么?在经历了这些精神斗争后,我对自己的了解更透彻了,也为未知做好了准备。”

我一直想为我们的未来世界带来积极的影响。我喜欢研究中的发现与创新,以及它能为在我们更好的世界中带来的潜在影响。我的研究是设计先进的光响应纳米材料,通过催化温室气体二氧化碳转化为有用的化学物质和燃料,将太阳能转化为化学能。这是一个有希望减少化石燃料使用中产生的、导致全球变暖的温室气体的解决方案。

——董雨辰(音译)

材料化学博士第五年在读 电邮

 

“当我还是个孩子的时候,我总是对大自然和我们周围的世界充满好奇——我会问一些问题,比如为什么天空是蓝色的?云是如何形成的?等等。直到我长大了,我才开始明白‘科学是什么?科学家是什么?科学是如何进行的?’我对其产生了极大的热情。

通过一些化学反应,化学家们可以“有创意地”、理性地调配出一种分子,这种分子被应用于人体后,可以阻止疾病恶化、减轻疼痛,甚至延长寿命——这是我对药物化学产生兴趣的一个强效催化剂。我的工作主要集中在开发新的小分子,这些小分子将用于抑制或治疗已被证实会导致某些癌症的致病细胞成分。

我认为,对于任何一名初入科学领域的学生,无论是研究生学习上、专业课程,还是在职场上,最大的挑战都是要适应并知道如何有效地应对失败和困难。作为一名科学家,有时我们从失败的实验中学到的东西比成功的实验中学到的更多。”

——亚西尔·S·拉乌夫(Yasir S.Raouf),

有机和生物化学博士三年级在读 电邮

 

“我从六岁就开始边参加竞技体育比赛边上学。老实说,如果我不打水球,我不知道晚上还能做什么——我想我只是坐在手机前无所事事。我喜欢在国际舞台上代表加拿大,而且这是个令人振奋的机会。展望未来,能够代表及加拿大参加奥运会将会是我的荣幸。多伦多大学为我开启了许多门,包括研究和体育。

最初我来到多大时,我想做遗传学和细胞与系统生物学的研究——所有那些繁琐的东西。接着,我上了BIO230,我发现这不是我想要的。我试图找到一个领域,一个我可以在不需要接触湿实验室的基础上应用生命科学技术。我有机会在帕斯卡·蒂勒尔实验室(Pascal Tyrrell’s Lab)里做一个研究机会项目(Research Opportunity Program),这个项目主要研究医学影像和统计学,我对这个项目一见钟情。”

——瑞秋·杰斐(Rachael Jaffe),

全球健康、统计与经济大三在读 口述

 

翻译/Translate:陈雨桐/Yutong Chen, 陈恺扬/Carol Chen

校对/Proof: 李雪迪/Xuedi Li

终校/Final Read: 李映雪/Yingxue Li

 

多伦多大学天体物理学家的工具箱

邓拉普天文与天体物理研究所在天体物理仪器方面是全球领导者

多伦多大学天体物理学家的工具箱

第谷·布拉赫(Tycho Brahe)伽利略·伽利莱(Galileo Galilei)尼古拉·哥白尼(Nicolaus Copernicus)开始,天文学在几个世纪里取得不可思议的进步。今天,专业天文观测者所用的仪器远远超过了早期望远镜的性能。

多伦多大学的太空学者感到庆幸的是,他们所在的邓拉普天文与天体物理研究所(The Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics)天体物理仪器发展方面处于领先地位。

多伦多大学所设计的设备令人眼花缭乱,如果要想探索他们或者其中一部分,恐怕需要一本教科书作为指导,以下是正在进行的研究:

 

什么是望远镜?

现在,许多人口中的望远镜已很少用于研究。业余爱好者和发烧友常用的熟知的镜筒基本上在学术界已经过时。

虽然也有例外,但这种望远镜主要由业余天文学家和发烧友使用。

自然界的信息以波的形式传播,一些最有用的波是在电磁波谱中被发现的。我们视光谱中间的波体现为颜色无线电波的波长较长,而伽马射线和X射线的波长较短

通过不同种类的望远镜,探测不同种类的波,并了解不同的关于宇宙的知识。例如,就像好莱坞的间谍利用红外镜探测人类的热量一样,红外望远镜也可以用来探测天体的温度。

 

加拿大氢强度测绘实验仪

加拿大氢强度测绘实验仪(CHIME)是一种探测地外无线电波的望远镜。位于不列颠哥伦比亚省南部山区自治州无线电天体物理天文台(Dominion Radio Astrophysical Observatory),加拿大氢强度测绘实验仪正在绘制半个夜空,最远距离可达数十亿光年以外,这是迄今为止所测量的最大空间。

仪器名字中的“氢”部分指的是它对中性氢踪迹的搜索。中性氢的测量可以严格限制奇异的暗能量理论。

但该仪器还有其他用法。

参与该项目的邓洛普教员基思·范德林德(Keith Vanderlinde)教授在电子邮件中说:“在这一过程中,我们还实现了一些其他的科学目标,从监测脉冲星到寻找快速射电暴(Fast Radio Bursts)。这些发现都充分利用了这台新望远镜的力量。”

CHIME首次投入使用是在20179月,但是多伦多大学对仪器发展的贡献可以追溯到更早的时候。

范德林德补充道:“多伦多大学从一开始就参与策划设计了CHIME。”

“施工期间,我们的团队时刻关注着超级计算机后台,指挥CHIME向天空,将收到的原始无线电波转化为有意义的图像数据——以几乎(每秒1000字节)的速度将原始数据变成更易于管理形式—— 并根据不同项目的需求,产生不同的数据流。现在,大多数东西都已经启动并运行了,我们正在深入调试和分析工作,以确保我们理解自己正在测量什么。

 

加拿大无线电天文学计划

在邓拉普的主任布莱恩·詹兹勒(Bryan Gaensler)教授的领导下,加拿大无线电天文学计划(CIRADA)本身与其说是一个实验,更不如说是一个网络项目。该计划意在提升加拿大望远镜的参与度CHIME新墨西哥州的卡尔·央斯基(Karl G. Jansky)甚大天线阵(Very Large Array, VLA)以及澳大利亚千米阵列(Australian Square Kilometre Array Pathfinder)

CIRADA的目标是为加拿大天体物理学家提供必要的工具,将望远镜的大量原始数据转换成易于使用的目录和照片,以便科学家和公众能够探索这些数据集,并为发现做出贡献。

VLA天空调查(VLASS)项目中,多伦多大学通过对宇宙磁力的分析,引导CIRADA的发展。

詹兹勒在给The Varsity的一封电子邮件中解释道:VLASS允许通过无线电波进行三种类型的实验:绘制黑洞发射图、寻找爆炸点以及研究宇宙磁场。

作为CIRADA的一部分,多伦多大学的研究小组正VLASS上获取图像,并将其转换成太空磁场图,这有点像你高中时在玩具磁铁上撒铁屑绘制的简单磁场图。


蜻蜓望远镜

蜻蜓望远镜阵列作为一个“典型”望远镜,最初的想法就是把市面上能买到的照相机镜头拼接在一起。

这款望远镜最初邓拉普天文和天体物理研究所教授罗伯托·亚伯拉罕(Roberto Abraham)2013年设计的。这个创意品由三个与世界杯等赛事使用的镜头型号相同的佳能400毫米镜头组成。这个阵列不是用来看足球的,而是并排放置,并指向夜空用来探索星系。

如今,这个阵列已经发展到48只镜头,每只镜头都经过了修改以去除多余的光线。它是世界上最大的单由折射望远镜组成的阵列,与更流行的反射望远镜形成对比。

虽然设计理念更简单,比起其他体型更大、设计更复杂的望远镜,这款蜻蜓望远镜用途也很广泛。

它的多个透镜作为滤光片,在产生无光学噪声的精确图像时,可用于探测微小物体。

今年早些时候,该阵列发现了一个似乎没有暗物质的星系,而在此之前人们认为暗物质普遍存在在所有星系中。

 

双子红外多目标光谱仪

红外线天文学家通常使用在无线电与可见光之间的频率来观测星象。

双子红外多目标光谱仪(GIRMOS)是目前多伦多大学对红外天文学领域最大的贡献。

在邓拉普天文天体物理研究所教授苏雷什·施瓦南丹(Suresh Sivanandam)的带领下,双子红外多目标光谱仪可将检测到的输入信号分离成其组成部分的波长,并同时记录下这些组成部分。

“双子红外多目标光谱仪是一个独一无二的科学仪器,可专门用来研究数十亿光年之外的遥远星系”施瓦南丹教授在给多大校报The Varsity的一封邮件中说,“这些星系在天空中非常小,我们需要使用最先进的光学技术——自适应光学,来获取这些物体的高分辨率图像。有了双子红外多目标光谱仪,我们将能够详细研究这些星系的外观以及它们是如何形成星球的。这也将帮助我们拼凑出我们自己的星系是如何形成的。”

双子天文台在夏威夷和智利的帕切翁山有两个天文望远镜,而这个项目也是基于其接收到的数据。

尽管地理位置遥远,但这个项目仍然特显了加拿大人的独创性。

施瓦南丹说:“双子红外多目标光谱仪确实是加拿大主导的一个项目,研究机构遍布全国各地。该项目利用加拿大境内现有的科学和技术知识铸造了这一仪器。该项目是未来科学光学仪器、下一只大型望远镜‘30米望远镜’的一个探路者。”

施瓦南丹还指出,“从拍摄太阳系周围的行星到研究早期宇宙的一些星系,在许多利用双子天文台的项目中,多伦多大学都发挥了科学领导作用。”

 

极望远镜3G

阿蒙森-斯科特(Amundsen-Scott)南极科考站位于地理上的南极:地球最南端。它奇特的地理位置有着一些人类已知仅次于外太空的最恶劣的环境条件。

“每年2月到11月,由于天气恶劣,南极是无法到达的。”博士生马特·杨(Matt Young)在一封电子邮件中写道,“我们有两位科学家,他们叫‘越冬者’,在这段时间会留在空间站,为了努力让望远镜在地球上一些最极端的天气条件下也能正常工作。太阳会连续6个月在地平线以下,使他们处于724小时的黑暗和零下60摄氏度的温度中。”

这座科考站最初是由美国建造的,现在是国际天体物理仪器的收藏地,其中包括与科考站同名的南极望远镜(SPT)

南极望远镜可以探测到从微波到亚毫米波等多种波长的波。自2006年望远镜建成以来,许多摄像设备都被用来记录观测到的情况。这些相机中最新的是南极望远镜3G(SPT-3G),这是一种微波相机,而它的探测器就是在多伦多大学进行测试的。

范德林德(Vanderlinde)、前邓拉普研究员泰勒·纳托利博士(Dr. Tyler Natoli)和杨都是多伦多大学对南极望远镜的主要贡献者。

2017年至2018年冬天前往南极帮助安装南极望远镜3G也对从最新相机中能收集到的潜在信息感到兴奋。

南极望远镜3G)将使我们能够比以往任何时候都更详细地观察宇宙微波背景,即宇宙大爆炸后发出的光,细节比以往更清楚。我们目前在多伦多有一个探测器,我也将带着它去南极并将其安装在相机里。”杨写道。

 

翻译/Translate:庞皓予/Haoyu (Simon) Pang,聂韬/Tao Nie

校对/Proof: 钱文聪/Wencong Qian

终校/Final Read:李映雪/Yingxue Li