當前，中國天文學(xué)迎來(lái)了歷史上最好的發(fā)展機遇。我國天文學(xué)如何抓住機遇實(shí)現領(lǐng)跑？“悟空”號、“慧眼”號等飛向太空的望遠鏡將看到哪些精彩絕倫的景象？“留守”地球的LAMOST、FAST等又如何發(fā)揮光學(xué)、射電的優(yōu)勢？近日，在與科技日報記者的對話(huà)中，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院國家天文臺臺長(cháng)常進(jìn)闡述了自己的思考。

　　人類(lèi)進(jìn)入了空間天文時(shí)代 

　　科技日報記者：在大眾的眼中，天文學(xué)總與浪漫的星辰聯(lián)系在一起，具體到您的研究方向空間天文學(xué)，似乎又是另一個(gè)世界了。您能否先講講什么是空間天文學(xué)？它與傳統的地面天文學(xué)之間有哪些不同？

　　常進(jìn)：隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，天文學(xué)研究已經(jīng)進(jìn)入了全波段時(shí)代。首先，我們要理解什么是全波段。根據波長(cháng)，可以把電磁輻射分為射電、紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)。全波段時(shí)代就意味著(zhù)，我們對于天體的研究不再局限于傳統的可見(jiàn)光波段，而是拓展到從射電到伽馬射線(xiàn)的全波段。

　　其次，電磁輻射是怎樣產(chǎn)生的？輻射產(chǎn)生的物理原因多種多樣，比如宇宙有磁場(chǎng)，當帶電粒子在磁場(chǎng)中偏轉時(shí)就會(huì )發(fā)生同步擴散，進(jìn)而產(chǎn)生電磁波。當磁場(chǎng)增強、粒子能量增加時(shí)可能會(huì )產(chǎn)生X射線(xiàn)、伽馬射線(xiàn)等。所以，通過(guò)在不同的波段觀(guān)測宇宙，可以看到天體的不同物理過(guò)程。

　　最后，為什么要進(jìn)入空間？這是因為大部分電磁波無(wú)法穿越地球大氣，比如科學(xué)家想要觀(guān)測天體發(fā)出的紅外線(xiàn)，但大氣把紅外線(xiàn)吸收掉了，在地面觀(guān)測不到天體發(fā)射的紅外線(xiàn)，所以必須把望遠鏡放到大氣頂部，也就是到空間去觀(guān)測，這就是空間天文學(xué)。

　　此外，由于大氣湍流運動(dòng)會(huì )影響光的傳播，為了降低大氣的影響，光學(xué)望遠鏡也會(huì )被送到天上去。比如我們熟知的哈勃空間望遠鏡，它雖然在地面上也能實(shí)現觀(guān)測，但進(jìn)入空間之后，其2.4米的口徑可以達到地面10米口徑望遠鏡的觀(guān)測水平，獲得了更高的角分辨能力。這樣，人類(lèi)就進(jìn)入了空間天文時(shí)代，也就是全波段時(shí)代，所有電磁波段都可以被監測到。

　　科技日報記者：“悟空”號是我國將望遠鏡送到空間去的一項全新探索，它實(shí)現了國際首次利用空間實(shí)驗對100 TeV的宇宙線(xiàn)質(zhì)子能譜的精確測量。今年9月，“悟空”號又發(fā)布了首批伽馬光子科學(xué)數據，伽馬光子與暗物質(zhì)有著(zhù)怎樣的聯(lián)系？對伽馬光子的數據開(kāi)展研究，將為“看”到暗物質(zhì)作出什么貢獻？

　　常進(jìn)：發(fā)射“悟空”號，主要目的是高分辨觀(guān)測宇宙高能粒子和高能伽馬射線(xiàn)。伽馬射線(xiàn)是頻率特別高的電磁波，因為大氣會(huì )對其產(chǎn)生吸收，只能到空間去觀(guān)察。

　　雖然時(shí)至今日，我們還不清楚暗物質(zhì)的物理特性，但根據理論模型推測，暗物質(zhì)可能會(huì )衰變或者湮滅產(chǎn)生高能伽馬射線(xiàn)。所以，我們通過(guò)研究伽馬射線(xiàn)去間接探測暗物質(zhì)粒子。另外，由于伽馬射線(xiàn)是不帶電粒子，不會(huì )被宇宙磁場(chǎng)影響，它的傳輸路徑不會(huì )發(fā)生偏轉。因此，我們通過(guò)研究伽馬射線(xiàn)的空間分布，或許可以進(jìn)一步定位暗物質(zhì)的起源。

　　但是，高能伽馬射線(xiàn)的流量特別低，“悟空”號每天只測到1—2個(gè)。想要獲得伽馬射線(xiàn)的能譜和空間分布情況需要大量數據，所以，“悟空”號經(jīng)過(guò)了3年的積累才向世界發(fā)布。即使這些數據還不夠多，我們希望通過(guò)向全世界公開(kāi)共享衛星數據，讓全球科學(xué)家共同挖掘其科學(xué)價(jià)值。

　　期待未來(lái)光學(xué)巡天發(fā)展 

　　科技日報記者：有專(zhuān)家提出，未來(lái)十年是光學(xué)巡天的黃金時(shí)代，國際上也早就建設了10余臺8—10米口徑的光學(xué)望遠鏡，從您的分析來(lái)看，我國光學(xué)巡天還需要從哪些方面著(zhù)力？

　　常進(jìn)：我國的光學(xué)巡天還在起步階段。一般來(lái)講，望遠鏡分為專(zhuān)用和通用，早期由于我國經(jīng)濟實(shí)力不強，即使是2米級的通用望遠鏡也僅有兩臺，一臺是位于河北興隆觀(guān)測基地的2.16米望遠鏡，一臺是位于中國科學(xué)院云南天文臺的2.4米望遠鏡。而擁有4米口徑的LAMOST是一臺專(zhuān)用望遠鏡，它只能做光譜巡天，觀(guān)測銀河系中的恒星，還沒(méi)有進(jìn)入到更深宇宙。

　　科技日報記者：近期關(guān)注度頗高的冷湖天文觀(guān)測站，是否體現了光學(xué)巡天領(lǐng)域我國“自己的計劃”？

　　常進(jìn)：冷湖是中國科學(xué)院國家天文臺在我國中西部尋找到的最適合光學(xué)巡天的地點(diǎn)。光學(xué)天文要求大氣透明度高、夜光背景小，這樣的地點(diǎn)不是很容易找到。一方面，人類(lèi)活動(dòng)越來(lái)越密集，晚上的背景光很強，很難看到很暗的星空。另一方面，光學(xué)巡天不僅要求大氣透明度高，還要求大氣穩定，大氣湍流會(huì )使光線(xiàn)發(fā)生偏移，導致我們觀(guān)測到的星星是閃爍的。但是我們需要寧靜的星星，這樣在望遠鏡的照相底片上就會(huì )呈現一個(gè)點(diǎn)，對研究最有利。天文學(xué)家用視寧度來(lái)描述大氣背景，冷湖是0.75角秒，與國際最佳臺址同期數據大致相同。

　　冷湖的規劃中，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中國科學(xué)院紫金山天文臺計劃在2—3年內共建，落成2.5米大視場(chǎng)巡天望遠鏡。未來(lái)，還有可能在冷湖建設12米大型光學(xué)紅外望遠鏡以及清華大學(xué)的6.5米寬視場(chǎng)光譜巡天望遠鏡。

　　但是冷湖并不是無(wú)限大的，需要天文學(xué)家提前做好規劃，不能盲目發(fā)展，不能使它無(wú)序化。

　　科技日報記者：LAMOST位于河北興隆，距離北京非常近，它的氣象條件能滿(mǎn)足光學(xué)巡天的要求嗎？未來(lái)是否有搬遷到冷湖的計劃？如果搬遷，其后LAMOST在設計上會(huì )發(fā)生變化嗎？

　　常進(jìn)：北京發(fā)展太快導致興隆的背景光比20年前增加了幾十倍，有時(shí)甚至上百倍，所以L(fǎng)AMOST也只能搬到更遠的地方去，目前正在計劃將它搬到冷湖。搬遷后它的設計是否發(fā)生變化現在還在討論中，最簡(jiǎn)單的方法是保持原狀，只是搬過(guò)去。但由于LAMOST已經(jīng)工作10多年了，我們還是獲得了一些經(jīng)驗和教訓，我們希望可以進(jìn)一步改進(jìn)它，包括光學(xué)設計、口徑等。

　　望遠鏡建設前景可期 

　　科技日報記者：為打造我國天文自主生態(tài)，您認為，在國家整體規劃和頂層設計上應該做怎樣的考慮？

　　常進(jìn)：我國這幾年天文學(xué)發(fā)展很快，但總體上與國際水平還有較大差距。現在是射電天文一枝獨秀，光學(xué)天文與國際水平相差比較大。

　　在射電天文領(lǐng)域，我國掌握了大型望遠鏡的建造技術(shù)，國家的工業(yè)實(shí)力也能夠實(shí)現這些技術(shù)，所以在建設射電望遠鏡方面困難小一點(diǎn)。就FAST來(lái)說(shuō)，現在它在射電低頻波段的觀(guān)測能力已經(jīng)達到了世界第一，這得益于幾代科學(xué)家的努力，其實(shí)它還有很大的提升空間，我們希望在更高的頻段探索建設FAST陣。

　　現在的“天眼”望遠鏡相當于“獨眼龍”，可以看到很微弱的東西，但是這個(gè)微弱的東西究竟長(cháng)什么樣，一只眼睛看得還不是很清楚，所以我們希望有更多的“天眼”去看。在FAST陣建成后，其靈敏度不僅能超過(guò)平方公里陣射電望遠鏡的第一階段（SKA1），未來(lái)還有可能超過(guò)第二階段（SKA2）。

　　所以，我們掌握了FAST的關(guān)鍵技術(shù)，知道了如何做大望遠鏡，再加上貴州省得天獨厚的地形地貌，可以很快地用比較便宜的價(jià)格使其達到高靈敏度和高角分辨水平，希望在未來(lái)，FAST陣可以在射電天文領(lǐng)域實(shí)現世界領(lǐng)先。

　　科技日報記者：在光學(xué)領(lǐng)域有怎樣的規劃？

　　常進(jìn)：在光學(xué)領(lǐng)域，全國的天文學(xué)家正在討論望遠鏡的建設計劃，近期希望建設12米大型光學(xué)紅外望遠鏡。另外，我國還即將發(fā)射空間站巡天望遠鏡，我們稱(chēng)之為中國的“哈勃”，它的視場(chǎng)可以達到哈勃空間望遠鏡的300倍。

　　光學(xué)望遠鏡，尤其是空間站巡天望遠鏡的建造，耗資更龐大，要求科學(xué)家必須要認真、踏實(shí)地走好每一步，才能使望遠鏡達到預設指標，發(fā)揮更好的效用。但是要達到革命性突破，更關(guān)鍵的是要掌握先進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)，所以還要先在實(shí)驗室中取得突破。

　　當然，天文研究的國際合作也十分重要。今后我國要加入SKA天文臺等國際大科學(xué)計劃，并發(fā)展FAST陣等以我國為主的國際大科學(xué)計劃，這也將成為我國天文學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要途徑。

　　當前的背景下，望遠鏡將會(huì )越建越多，相信中國天文未來(lái)的發(fā)展也一定會(huì )更加美好。