蔡峥：为中国制造一台世界领先的光谱望远镜
本期主播
蔡峥 清华大学天文系副教授 哈勃冠名博士后学者 纪录电影《大学》被记录者之一 | |
程巍William 高山书院2019级学员 火箭派航天 达尔文细胞创始人 深潜技潜极限运动员 登山运动员，2017年登顶珠峰 美国FAA飞行员 |
* 注：全文共2篇，本文为第2篇
第1篇见《诺奖大热的天文学，中国如何分一杯羹？》
不同于欧美国家主要发展的广域巡天望远镜和精测型望远镜，中国目前正在建设宽视场光谱巡天望远镜，是我们发现的一片空白区域。如果建成，极有可能在未来10年与欧美国家的望远镜互补协同，走进世界领先水平。
望远镜的建设基本上代表了一个国家光、机、电、算、控的最高水平。宽视场光谱巡天望远镜口径为6.5米，从设计、制造到最后装调，大概需要7-8年时间建成。
全世界还有很多具有代表性的先进观测设备，比如美国加州理工在1948年建成的帕洛玛天文台的5.08米口径的海尔望远镜，和坐落在太平洋夏威夷岛，海拔4200多米的莫纳克亚山上的凯克望远镜。
这两个望远镜要么是由企业家，要么是由基金会出资建造的。我们的宽视场光谱巡天望远镜是由毛淑德教授领导，团结全国优势力量共同建设的，科学家、企业家们给与了广泛的支持。
其实，任何人都能帮助到这个项目。只要你能注意到中国还有一群人关心宇宙热爱天文，只要大家能每天想我们几秒钟，想想这个神奇的自然。这就是对我们的帮助。
上期节目《诺奖大热的天文学，中国如何分一杯羹？》中，蔡峥老师提到：目前正在建设宽视场光谱巡天望远镜，不同于欧美国家主要发展的广域巡天望远镜和精测型望远镜，它是我们发现的一片空白区域。希望在未来10年能够与欧美国家的望远镜互补协同，走进世界领先水平。这一期，我们将继续探讨这一话题。
William：
您要做的宽视场光谱巡天望远镜口径是多少？大约会在什么时候建好？
蔡峥：
口径是6.5米。建设完成大约需要七八年时间。
望远镜的建设基本上代表了一个国家光、机、电、算、控的最高水平。望远镜质量很大，达到几百上千吨，但是它对控制精度的要求很高，达到0.1角秒的控制精度。0.1角秒是什么概念？小时候我们用的圆规最小刻度是一度，1/3600度是1角秒，它要更小，0.1角秒。所以，望远镜中的光机代表了这个国家光机的最高水平。
这是一个科学前沿的项目，从设计、制造到最后装调，需要比较长的时间，因为可能某一个环节从来没有做过这种工艺，需要时间进行研究打磨。
William：
有什么方法可以加速吗？
蔡峥：
很难，这已经是非常理想的完成时间了，每一步都不能出问题。
因为探测的光的信号太弱了，每一项都必须精益求精到不得了的程度。比如镀膜有99%的透光率，就不能用90%的。望远镜中仅几何改正镜就有11面，如果我们用一个90%透光率的镀膜，那么90%和99%的11次方，差距得有多大！
William：
目前这个领域在国际上有竞争吗？有没有别的国家正在做同样的事情？
蔡峥：
可能有竞争，但是欧美主要精力还在做宽视场成像和大口径精测，所以说我们在未来的两三年之内应该是安全的。
目前，美国的十年规划白皮书已经明确提出，宽视场光谱是未来中型望远镜里唯一一个没有做完的拼图。这时如果我们再不启动，就没有这个机会了。这个望远镜如果成功，整个天文界，尤其是中国天文界，各个方面的科研就会如虎添翼。
William：
接下来12月18日，詹姆斯·韦伯空间望远镜即将发射，可能是人类有史以来最大最精密的一个望远镜。此外，全世界还有很多不同的观测设备，您能不能介绍一下？这些对我们现在要做的望远镜，有什么借鉴意义？
蔡峥：
比较有代表性的是美国帕洛玛(Palomar)天文台的5.08米口径的海尔(Hale)望远镜，是加州理工在1948年建成的，这是什么概念呢？就是到目前为止，全中国还没有一个5米的望远镜，而这是加州理工在1948年建成的，足见其中的差距。
海尔(Hale)望远镜
这台望远镜的寿命非常长，历经70多年，它现在的观测结果还能在《自然》《科学》等杂志发文章。这个望远镜中有很多关键的技术都是历史首次。
这是一台窄视场光学望远镜， 它发现了类星体，被称为20世纪60年代以来四大天文发现之一。还有一个重大发现是恒星的核合成，这个成果获得了诺贝尔奖。帕洛玛见证了美国加州理工从一所社区大学变成了世界学术殿堂的过程。
另外一个有代表性的是凯克望远镜，坐落在太平洋夏威夷岛，海拔4200多米的莫纳克亚山上。我相信这也是人类在地球上观测宇宙所去到的最高位置。
凯克望远镜
夏威夷台址的观测条件非常好，这里拥有整个太平洋望不到边的云海。半山腰以下可能都在下雨，但云海之上都是晴天，这里就是望远镜的所在，这里能够看到的星星比世界上任何地方看到的都要多，而且空气特别稳定，星星都不眨眼睛。仅凭肉眼，你甚至能看到太阳系里一道暗红色的小行星带，更不用说银河系，清晰可见。那里的星空给我一种灵魂的震撼！
凯克望远镜是两个10米望远镜，由凯克基金会出资1.5亿美元进行修建，也由此得名。一个在1995年建成，另一个在2000年建成。这两台10米望远镜第一次使用了拼接镜技术，原理和帕洛玛的海尔望远镜相同，只是在大口径之外没办法用整镜，就采用的拼接镜的技术。
拼接镜面望远镜的创始人Jerry Nelson是加州大学非常厉害的天文学家，现在已经去世了。我和他曾有过一段渊源，我们曾发过上百封邮件讨论望远镜的细节，对我帮助特别大，我非常感激。老先生直到去世前一天还在工作，结果第二天收到的邮件就是他去世了。就是这样一位鞠躬尽瘁的老先生。
他是凯克望远镜之父，凯克也没辜负他的希望，在近10年的成果中获得了两个诺贝尔奖，一个是宇宙加速膨胀，除了哈勃在太空中的拍摄，还有在地球上的凯克在拍摄；另一个是发现银河系中心的黑洞，凯克望远镜采用自适应光学记忆技术，使空间分辨率大幅度提升。
天文学是一个不断取得新突破新进展的学科，近10年的诺贝尔奖有一半授予了天文学，而天文学也仍在加速发展，因为深空有太多未知的奥秘。我们现在对宇宙的认识还太少，我们知道的可见物质只占4%。其他都是暗物质、暗能量。
一个巨大而深邃的世界等待我们去发现，我相信我们一定可以，我也希望在这个过程中，我国能够走在世界前沿。
William：
像您刚才所说，不管是帕洛玛望远镜还是凯特望远镜，都是由企业家或基金会资助的。我们的这个光谱望远镜项目是怎样的情况？
蔡峥：
这个望远镜项目是由毛淑德教授领导，团结全国优势力量共同建设的，同时也需要借助全世界优秀的供应商一起打造。
这背后的故事也很有意思。2018年6月，我还没有回国，一个很偶然的机会，一个企业家和我聊起有没有比较好的天文项目，我讲到这个项目，希望能制造一台世界领先的光谱望远镜。他提出可以提供一些启动资金，解决主镜面问题。他自己也很低调，从没有对外界透露过。正是在初期有了这个关键的资金支持，我们得以在美国订购主镜面。
后来，清华大学对于这件事特别支持，清华大学校领导通过社会募捐，一些有情怀的企业家又给予我们更大的支持。目前我们筹集到一些资金，但这个项目要想持续地推进下去，还需要更多的支持，我们希望推进到一定程度，申请国家经费。
William：
我们在这里也应该致敬这些有情怀的企业家，也希望中国这样的企业家越来越多。我们生活在一个非常好的时代，中国的经济和国力增长非常迅速，才使得我们有了更多的国家资本和民间资本来支持天文事业的发展。
我们身边也有很多非常有情怀的企业家，希望通过《科学相对论》这个节目也能够帮到这个项目。
蔡峥：
那就太好了，其实我觉得任何人都能帮助到这个项目。只要你能注意到中国还有一群人关心宇宙热爱天文，只要大家能每天想我们几秒钟，想想这个神奇的自然。这就是对我们的帮助。
大家的日常工作都很忙，只要有人可以想到，我们的生活不止眼前这点事儿，我们还有远方，有地球太阳，还有银河系，还有2000多亿个河外星系，能让大家敞开心扉，意识到目前的困难只是微小的一点，这也是我们的小贡献。
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