两个女人站在宣传物理研究的海报前
天文学教授凯特·福莱特(右)与克莱尔·伦纳德在宝盈bbin官方网站年度SURF项目海报发布会上合影(照片由玛丽亚·斯坦泽尔拍摄)

我们能谈谈你早期对年轻行星的兴趣吗?

当我还是个孩子时, 我做了一个关于第一个发现的“系外行星”的学校项目,或围绕另一颗恒星形成的行星. 直到1995年,我们才确切地知道太阳系外是否有行星存在. 现在我们知道成千上万的人,像我这样的人把研究它们作为整个职业生涯. 制作对我父母那一代来说是科幻的东西真的很酷.

驱动你的科学问题是理解行星是如何在其他恒星周围形成的. 你是怎么研究的?

我使用一种叫做直接成像的技术, 它使用世界上最大的地面望远镜来隔离来自其他恒星周围形成的年轻行星的光. 我们的太阳系已经步入中年. 它的生命周期已经过半了, 所以即使像木星这样的大行星也很暗淡, 因为它们已经辐射掉了它们形成时的所有能量. 当年轻的行星形成时,它们非常明亮,因为它们仍然有剩余的能量. 所以,它们更容易找到. 同时, 即使是非常年轻的行星也比它们所环绕的恒星暗淡数百万倍, 它们在太空中非常接近. 如果我拍一张年轻星系的照片, 在我处理这些图像之前,我只能看到星星.

凯特·福莱特教授拿着一个地球仪微笑着
凯特·福莱特,天文学助理教授(本·巴恩哈特摄)

你的学生对你接下来要做的让行星可见的工作很感兴趣.

我的工作在某种程度上与计算机科学相结合,我们的学生对此做出了真正的反应. 它使用算法将恒星光晕中的光线从行星中分离出来. 我们所拥有的数据——即图片——提出了一个非常有趣的计算挑战.

使用算法来分析图像数据是很新的,不是吗?

第一个直接成像的系外行星是在2008年我读研究生的时候发现的. 在那之后很长一段时间里,只发现了两个系外行星系统. 这是, 直到我所在的仪器团队开发出了算法,并在望远镜后面设计出了专门的仪器,为这项工作做了优化. 这个生态位——研究最年轻的行星——仍在诞生的过程中.

你将用今年获得的两个国家科学基金会赠款中的第一个做什么?

第一笔资助有两个不同的目的. 一个是改进我们用来隔离行星光线的算法,以提高我们探测的重要性. 现在, 我们的探测都处在技术所能做到的非常危险的边缘, 所以有很多出错的机会. 另一个目标是利用“棕矮星”,“这些有趣的东西介于行星和恒星之间. 棕矮星比行星要亮得多,它可能帮助我们回答一个非常有趣的未解问题:我们的太阳系是一个典型的行星系还是一个奇怪的行星系, 行星是如何在宇宙中形成的.

你的第一份拨款提案强调了你们实验室的分层指导结构, 哪些特性可以让每个人都获得“近乎同行”的导师.

该基金将雇用一名研究生和三名暑期实习生,他们将担任实验室中较低年级学生的近乎同行的导师. 分层指导真的很有效, 这是我唯一能够在我的实验室里维持尽可能多的研究项目和尽可能多的学生的方法. 每年夏天,我们通常也会有10到15名本科生参加为期一周的训练营,学习他们所需要的所有计算工具. 我们还训练他们的“软技能”,比如时间管理, 如何阅读科学论文,如何写结果. 我们鼓励独立和良好的研究技术, 并尝试给开放式的研究过程一些结构.

你的第二笔NSF拨款也是为了确保每个对科学感兴趣的人都有机会在STEM专业取得成功.

可悲的是, 太多在数学上挣扎的学生,或者带着数学焦虑症来到大学的学生,决定STEM领域不适合他们, 这些学生不成比例地来自弱势群体. 我们的调查项目将揭示一些介绍性的科学教师是如何找到方法来保持学生对数学概念的参与和自信. 无论学生是否选择STEM专业, 掌握核心量化技能是当今复杂世界中每个人做决定所需要的.