为了看清楚宇宙 希望打造更多的“天眼”

13年前，“光谱之王”郭守敬望远镜(以下简称LAMOST)诞生。六年前，暗物质粒子探测卫星“悟空”划破长空；2021年，五百米口径球面射电望远镜(FAST)的500米球面射电望远镜(FAST)向世界开放。未来，冷湖天文观测基地和空间站巡天望远镜将为我们带来更多惊喜.

目前，中国天文学迎来了历史上最好的发展机遇。中国天文学如何抓住机遇领先？飞向太空的望远镜会看到什么奇妙的景象，比如悟空和鬼眼？LAMOST、FAST等怎么可能。哪些“留守”地球，充分发挥光学和无线电的优势？近日，中国科学院院士、中国科学院国家天文台台长常进在接受记者采访时阐述了自己的想法。

人类已经进入太空天文学时代。

科技日报记者：在大众眼中，天文学总是与浪漫的星星联系在一起。具体到你的研究方向，空间天文学似乎是另一个世界。你能先给我讲讲太空天文学吗？它和传统的地面天文学有什么区别？

常进：随着技术的发展，天文研究进入了全波段时代。首先，我们需要了解什么是全波段。根据波长，电磁辐射可分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。全波段时代意味着我们对天体的研究不再局限于传统的可见光波段，而是延伸到从射电到伽马射线的全波段。

其次，电磁辐射是如何产生的？辐射有很多物理原因。例如，宇宙中有一个磁场。带电粒子在磁场中偏转时，会同步传播，进而产生电磁波。x射线、伽马射线等。当磁场增加和粒子能量增加时可能产生。因此，通过观察不同波段的宇宙，我们可以看到天体不同的物理过程。

最后，为什么要进入太空？这是因为大多数电磁波不能穿过地球大气层。比如科学家想观测天体发出的红外线，但是大气吸收红外线，天体发出的红外线在地面上无法观测到。因此，望远镜必须放在大气层的顶部，也就是在太空中进行观察。这就是太空天文学。

此外，由于大气湍流会影响光的传播，为了减少大气的影响，光学望远镜也会被送上天空。比如我们熟悉的哈勃太空望远镜，可以在地面进行观测，但进入太空后，它的2.4米口径可以达到地面10米口径望远镜的观测水平，从而获得更高的角分辨率。这样，人类就进入了空间天文学时代，也就是全波段时代，所有的电磁波都可以被监测到。

科技日报记者：“悟空”是我国将望远镜送入太空的一次全新探索，利用空间实验实现了国际上首次100 TeV宇宙射线质子能谱的精确测量。今年9月，悟空发布了第一批伽马光子的科学数据。伽马光子和暗物质有什么关系？伽马光子数据的研究会对“看见”暗物质做出什么贡献？

常进：发射悟空的主要目的是高分辨率观测宇宙高能粒子和高能伽马射线。伽马射线是一种频率极高的电磁波，因为大气会吸收它，所以只能在太空中观测到。

虽然暗物质的物理性质到目前为止还不清楚，但根据理论模型，暗物质可能会衰变或湮灭产生高能伽马射线。因此，我们通过研究伽马射线来间接探测暗物质粒子。另外，由于伽马射线是不带电的粒子，不会受到宇宙磁场的影响，其传输路径也不会发生偏转。因此，通过研究伽马射线的空间分布，我们或许能够进一步定位暗物质的起源。

但是高能伽马射线的通量极低，悟空每天只能探测到1-2条伽马射线。获取伽马射线的能谱和空间分布需要大量的数据，所以悟空经过三年的积累才被释放到世界上。尽管这些数据还不够，但我们希望通过与全世界公开分享卫星数据，全世界的科学家能够共同探索其科学价值。

展望光学巡天的未来发展。

科技日报记者：有专家指出，未来十年将是光学巡天的黄金时代，国际上已经建成了10多架直径8-10米的光学望远镜。从你的分析来看，我国光学巡天需要重点关注哪些方面？

常进：中国的光学巡天还处于起步阶段。一般来说，望远镜分为专用望远镜和通用望远镜。早期由于我国经济实力较弱，当时只有两台2米的通用望远镜，其中一台位于河北兴隆观测基地，另一台位于中国科学院云南天文台。直径4米的LAMOST是一种特殊的望远镜，只能做光谱测量和观测银河系中的恒星，但尚未进入更深的宇宙。

科技日报记者：最近备受关注的冷湖天文台，是否反映了中国在光学巡天领域的“自己的计划”？

长津：冷湖是中国科学院国家天文台在我国中西部发现的最适合光学巡天的地方。天文学对大气透明度要求高，发光背景小，要找到这样的地方并不容易。一方面，人类活动越来越密集，晚上的背景光很强，很难看到漆黑的星空。另一方面，光学巡天不仅要求大气透明度高，还要求大气稳定。大气湍流会改变光线，导致我们观察到的恒星闪烁。但是我们需要安静的恒星，这样望远镜的摄影胶片上就会出现一个光点，这对研究是最有利的。天文学家用视觉敏锐度来描述大气背景，冷湖为0.75角秒，与世界上最好的台站同期数据大致相同。

在冷湖的规划中，中国科学技术大学和中国科学院紫金山天文台计划在2-3年内联合建设一台2.5米的巡天望远镜。未来还可能在冷湖建设12m大型光学红外望远镜，在清华大学建设6.5m宽视场光谱巡天望远镜。

但是，冷湖不是无限的，这就要求天文学家要提前规划，不能盲目开发，更不能搞得乱七八糟。

科技日报记者：LAMOST位于河北兴隆，离北京很近。其气象条件能否满足光学巡天的要求？还没有来是否有搬迁到冷湖的计划？如果搬迁，其后LAMOST在设计上会发生变化吗？

常进：北京发展太快导致兴隆的背景光比20年前增加了几十倍，有时甚至上百倍，所以LAMOST也只能搬到更远的地方去，目前正在计划将它搬到冷湖。搬迁后它的设计是否发生变化现在还在讨论中，最简单的方法是保持原状，只是搬过去。但由于LAMOST已经工作10多年了，我们还是获得了一些经验和教训，我们希望可以进一步改进它，包括光学设计、口径等。

望远镜建设前景可期

科技日报记者：为打造我国天文自主生态，您认为，在国家整体规划和顶层设计上应该做怎样的考虑？

常进：我国这几年天文学发展很快，但总体上与国际水平还有较大差距。现在是射电天文一枝独秀，光学天文与国际水平相差比较大。

在射电天文领域，我国掌握了大型望远镜的建造技术，国家的工业实力也能够实现这些技术，所以在建设射电望远镜方面困难小一点。就FAST来说，现在它在射电低频波段的观测能力已经达到了世界第一，这得益于几代科学家的努力，其实它还有很大的提升空间，我们希望在更高的频段探索建设FAST阵。

现在的“天眼”望远镜相当于“独眼龙”，可以看到很微弱的东西，但是这个微弱的东西究竟长什么样，一只眼睛看得还不是很清楚，所以我们希望有更多的“天眼”去看。在FAST阵建成后，其灵敏度不仅能超过平方公里阵射电望远镜的第一阶段（SKA1），未来还有可能超过第二阶段（SKA2）。

所以，我们掌握了FAST的关键技术，知道了如何做大望远镜，再加上贵州省得天独厚的地形地貌，可以很快地用比较便宜的价格使其达到高灵敏度和高角分辨水平，希望在未来，FAST阵可以在射电天文领域实现世界领先。

科技日报记者：在光学领域有怎样的规划？

常进：在光学领域，全国的天文学家正在讨论望远镜的建设计划，近期希望建设12米大型光学红外望远镜。另外，我国还即将发射空间站巡天望远镜，我们称之为中国的“哈勃”，它的视场可以达到哈勃空间望远镜的300倍。

光学望远镜，尤其是空间站巡天望远镜的建造，耗资更庞大，要求科学家必须要认真、踏实地走好每一步，才能使望远镜达到预设指标，发挥更好的效用。但是要达到革命性突破，更关键的是要掌握先进的关键技术，所以还要先在实验室中取得突破。

当然，天文研究的国际合作也十分重要。今后我国要加入SKA天文台等国际大科学计划，并发展FAST阵等以我国为主的国际大科学计划，这也将成为我国天文学发展的一个重要途径。

当前的背景下，望远镜将会越建越多，相信中国天文未来的发展也一定会更加美好。