紀念：傳奇望遠鏡設計師傑瑞·尼爾森

本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點

我第一次見到傑瑞·尼爾森是在 31 年前。他是凱克望遠鏡的專案科學家，但沒有人警告我他也是房間裡最聰明的人。但很快我就發現了——而且在之後的幾十年裡，這一點從未改變。我對傑瑞的記憶是敬畏、友誼、樂趣和一生中最艱苦的工作的交織。

傑瑞，加州大學聖克魯斯分校的一位開創性天文學家，也是雙子凱克望遠鏡的“創始人”，於 6 月 10 日星期六去世，享年 73 歲。他最早於 1977 年開始認真研究大型分段主鏡的提案。當時，最大的成功望遠鏡是位於聖地亞哥附近帕洛瑪山頂的 200 英寸海爾望遠鏡。這是一臺載入史冊的機器，為現代天文學的許多重大進步做出了貢獻，其 200 英寸主鏡在五十年內設定了尺寸限制。

主鏡的直徑是望遠鏡的一個關鍵引數，它定義了其集光能力以及辨別精細細節的能力。幾十年來，人們一直在尋找製造更大主鏡的途徑，但這一挑戰被證明是不可逾越的。為了保持精確的表面，鏡面必須足夠厚以支撐其自身的重量而不發生變形。但這大大增加了質量，導致鏡面在夜間溫度變化時不斷改變形狀——破壞了對形成完美影像至關重要的形狀。

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傑瑞的獨特創新——凱克望遠鏡取得非凡科學成功的關鍵應用——是將小的、薄的、輕型的分段拼接在一起，形成一個大的鏡面。這聽起來很容易，但實際上卻非常困難。傑瑞與物理學家特里·馬斯特密切合作，研究如何將各個分段拋光成所需的精確形狀（每個凱克望遠鏡的 10 米主鏡中有 36 個互鎖的、六種不同形狀的分段）；如何機械地支撐它們以避免變形；最重要的是，如何單獨定位它們，以便在望遠鏡移動且溫度在整夜波動時保持它們的相對位置。

毫無疑問，傑瑞在馬斯特和他們的同事加里·查南的幫助下開創的設計是一項傑作。許多人曾經懷疑它是否能奏效；現在在凱克望遠鏡上得到了無可置疑的證實，它是下一代超大型地面望遠鏡以及詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（著名的哈勃太空望遠鏡的繼任者）等太空望遠鏡的基礎。

傑瑞是分段鏡望遠鏡概念背後的驅動力。然而，他不僅僅是一位思想家。對我來說，他始終是“一位工程師的工程師”，儘管他擁有加州理工學院和加州大學伯克利分校的物理學學位，並且在成為傳奇望遠鏡設計師之前，他曾是一位執業天體物理學家。他最喜歡做的事情莫過於從第一原理出發思考問題。他選擇的工具是心愛的 Mac 上的 Excel 電子表格——當其他人還在編寫專用的 FORTRAN 和 C 程式（並且有時會出錯）時，他就意識到了 Excel 在工程計算方面的強大功能。

傑瑞教會我先思考一般情況，然後再嘗試解決具體問題的重要性。他和特里被他們一位著名的同事嘲笑為“goes-as 男孩”，他們極好地利用了比例定律——一個量“以”另一個量的某個冪次“增長”。傑瑞對物理學如何支撐所有工程問題有著深刻的理解，這種超能力是我們這些“普通”工程師和物理學家只能努力效仿的。一位朋友曾經請他來穩定一個自制鞦韆架——並驚歎于傑瑞是如何立即指出了幾個戰略性增加的地方，將其從一個搖搖晃晃的死亡陷阱變成了一個結構堅固的工程解決方案。

傑瑞從不輕視任何人。他在解釋事情時總是充滿耐心，儘管他常常對事情的進展速度感到沮喪。“我們可以同時走路和嚼口香糖，”他會宣稱——卻忽略了我們正站在平衡球上，同時兼顧著其他六項任務，並解決以前從未有人考慮過的問題。在技術領域，他從未遇到過他不想征服的挑戰，也從未遇到過他認為沒有解決方案的問題。我從未有過像傑瑞這樣的導師：一個可以學習的時刻總是以“可能只是我的問題，但我不太明白……”或“我不是專家，但……”開頭。這表明你的論點是站不住腳的，建立在沙土之上，並且容易——不，註定——會崩潰。我們這些與他一起工作的人學會了清晰地思考並很好地捍衛我們的提案。我們從未感到被貶低或屈尊。他的天賦在於不迂腐地教學；提出一個關鍵問題，照亮走出最棘手問題的道路。

傑瑞熱愛所有人，無論其地位如何——或者尤其喜歡那些沒有地位的人。他與初級工程師一樣輕鬆自如地與一位領先的天體物理學家相處。他喜歡與他接觸的每個人相伴，在每一次人際交往中都能找到價值。但他絕不是一個軟柿子。傑瑞為凱克望遠鏡的科學前景而戰。當其他人擔心預算和時間表時，傑瑞只要求做到最好。他並沒有贏得每一場戰鬥——謝天謝地，否則我們可能還在建造天文臺——但他贏得了戰爭。他也不總是對的；當你能夠證明有更好的方法時，他會欣然接受，並努力實施你的想法，彷彿那是他自己的想法。

構思、設計和建造凱克望遠鏡是傑瑞職業生涯中最重要的一部分，但這絕不是唯一的一部分。傑瑞還作為加州大學聖克魯斯分校自適應光學中心的創始主任，在大型望遠鏡自適應光學的發展中發揮了重要作用。自適應光學是一種補償地球大氣層模糊效應的技術，使望遠鏡能夠以給定的鏡面尺寸分辨儘可能高的細節水平。它現在是所有大型望遠鏡效能的核心，並使凱克望遠鏡具有無與倫比的能力來分辨最遙遠物體的最精細細節。傑瑞不滿足於此，在過去的二十年裡，他一直領導著下一代超大型望遠鏡的研發，擔任擬議的 30 米望遠鏡 (TMT) 的專案科學家，這是一個正在設計中的大型分段鏡、自適應光學望遠鏡。

創新者、獨立、專注、不屈不撓——這些詞語用來形容傑瑞·尼爾森，凱克望遠鏡的富有遠見的創造者，凱克望遠鏡通常被描述為加州理工學院和加州大學天文研究設施的“皇冠上的明珠”。但我也記得另一個傑瑞：一位慈愛的父親和忠誠的丈夫，一位朋友，一位出色的老師和所有人的榜樣。一個可以與朋友一起喝幾杯啤酒、衝浪或游泳，也可以討論最困難的智力概念的人。一個經歷過悲傷，但因此變得更加人性化的人。

在他生命的最後幾年裡，傑瑞因中風而殘疾，但他仍然繼續為 TMT 的設計和一個計劃在幾個月內交付給凱克天文臺的複雜光學系統做出重大貢獻——他最近一次技術交流發生在他去世的前一天。我的一位同事回憶起傑瑞在中風後每天都在努力地走進他在校園的辦公室。傑瑞本可以輕易放棄並呆在家裡。他獲得的榮耀和獎項比任何人所期望的都多，也贏得了所有了解他工作的人的尊重。但他堅持了下來——不是為了證明什麼，而是為了熱愛他為之奉獻一生的領域。他極大地豐富了天文學和望遠鏡製造的藝術。他製造的儀器以及它們所實現的科學證明了這個人。傑瑞向我們展示了，我們可以共同實現比我們夢想的更多。

正如我們在夏威夷所說，A hui hou——直到我們再次相見。我們非常想念您，但您的靈感將繼續存在。