中國天文界公開爭論：「世界最大」光學望遠鏡該怎麼建？

資料圖：中國科學院國家天文台郭守敬望遠鏡（LAMOST）。 新華社記者 殷剛 攝

編者按：

公共事件無私議。然而，中國科學界公共議事空間發展並不充分。表現在一些信息、甚至是爭議，局限在一個很小的圈子裡流傳，直至最終決策出來了，很多科學的同行可能才從小道消息，或者竊竊私語中了解一鱗半爪。而公眾，更加不知道決策的過程，自然也無從談起對科學的支持，對科學家的支持。這是需要改進的中國科學文化的一部分。

有希望獲得國家財政支持的12米光學望遠鏡究竟應該怎麼建，天文學界有兩種不同的技術方案，而且在內部持續爭論有日，直到上周五，一封信件在天文學界的微信群里傳開，將這一內部爭論大白於天下。

撰文｜邸利會

責編｜李曉明

知識分子為更好的智趣生活ID：The-Intellectual

8月4日，一份4000多字的長信引爆了中國天文圈。

這封信的作者是中國科學院院士陳建生。信的開頭直入正題：這是回應「院條財局」（指中國科學院條件保障與財務局）的要求——「溝通關於12米望遠鏡」而準備的「一份書面意見」。「溝通」的實質是條分縷析地說明他和另一位中科院院士崔向群圍繞「12米望遠鏡」各個方面的分歧。

當然，這絕不是什麼個人恩怨。實際上，中國天文學界對於如何建造「12米望遠鏡」一事，分歧早已存在。陳建生和崔向群只不過是各自陣營的代表人物。他們的背後都有強力的支持者。

《知識分子》當天也獲得了該信，並第一時間向陳建生求證，他回信確認是「親筆」。

一位不願意透露姓名的天文學家向《知識分子》表示，這封信「非常重要，後來被轉發給幾乎整個天文學界」，此事「在各個層面都鬧得特別厲害，情況很嚴重，甚至暴露出我國體制的許多問題」。

圈內「每人一份」，如此「決絕」的方式將長久以來的早已不是秘密的分歧徹底「公開化」。一場學術意見的不同如何一步步演化為中國天文界的「公共事件」？「12米望遠鏡」的決策，究竟發生了什麼？

01

「半路殺出」的三鏡方案

故事可以回溯到2015年。這一年，中國科學院批准建立由多家單位共同建設的天文大科學中心，希望能凝聚力量，解決一些影響中國天文研究的大問題。其中的一個問題是，中國迄今為止並沒有10米以上的大型光學紅外望遠鏡。許多國內的研究者不得不借用國外的望遠鏡時間，這帶來了諸多不便。

《知識分子》了解到，彼時，有幾個方案可供選擇。其中一個方案是，中國參與建設在夏威夷的30米望遠鏡（Thirty Meter Telescope, TMT）國際合作建設項目。雖然經過評審被認為是優先選擇，但是中國在海外投資參與建設大科學工程的方案在決策上可能存在不確定因素，於是，另外一個選擇——中國自建一個12米望遠鏡的方案，逐漸成為中心議題。

science報道中國天文學界圍繞12米望遠鏡的爭議

2016年，國家發改委明確將「大型光學紅外望遠鏡」列為「十三五」時期10個優先支持建設的項目，預計經費投入20億元左右。天文大科學中心遂積極組織開展該項目的前期工作。據《科學》（Science）雜誌之前的報道稱，為了保證建設經費落實，該計劃必須在2018年年底獲得批准。

中國天文學界的一個美好願景有望獲得國家的支持。

此前，中國天文學界建造的最大的通用型光學望遠鏡是2.16米望遠鏡。而建造最大的專用望遠鏡LAMOST（大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，又叫郭守敬望遠鏡），據陳建生講，「也不是非常成功的，它的有效通光口徑是4米，但其性能不及美國SLOAN的2.5米望遠鏡」。而中國自建10米級光學望遠鏡，將有望躋身當前國際在役光學天文望遠鏡的主流行列，而且在幾十年內影響中國天文學界的研究。

最初，南京天光所提出了一個四鏡系統的光學設計方案。不過，相對於四鏡，國際上已建成的超過10台10米級的望遠鏡，採用的均是三鏡系統且已運行多年。

由於「四鏡」方案屬於首例，由國家天文台副台長薛隨建帶領的訪問團決定赴美，拜訪在望遠鏡設計方面的國際頂尖專家，聽一聽他們怎麼說。正是在這個時間，華中科技大學的光學專家馬冬林也接觸到了南京天光所的四鏡方案。

圍繞技術路線和方案選型的爭議就此開啟。

在提交給訪問團的報告中，馬冬林提出「第四鏡所存在的中心孔對望遠鏡性能存在著至關重要的影響，而且在目前四鏡系統設計下，無法滿足發改委針對『大型光學紅外望遠鏡』項目所頒布的望遠鏡建設規劃要求」。

無獨有偶。薛隨建從幾位國際專家口中了解到的諮詢意見與馬冬林的評估相似：「三鏡系統在工程上已經被證明可行，並且科學上表現更加優秀」。

這些一致性的意見引起了陳建生的注意。他要求馬冬林進一步提交關於四鏡系統性能評估報告。在該報告中，進一步發現「四鏡系統在造價上至少高於傳統三鏡系統30%以上」，「卻在光學性能與科學性能上難以匹敵傳統的三鏡系統」。

中科院院士、天體物理學家陳建生。

作為天體物理學家的陳建生意識到，對於12米望遠鏡這樣的大科學工程來說，滿足天文學家的科研需求應該是第一位的，而不應該刻意追求技術的「新奇」。這樣，選擇相對成熟的技術方案就成了順利成章的事。這從信中他批駁提出四鏡系統的兩位「搞技術」的院士（蘇定強、崔向群）的話也能看得出：「天文學家不要用主焦點搞巡天，他們就要把主焦點作為望遠鏡的亮點；天文學家不要折軸焦點，他們就偏要折軸焦點，只是為了維護他們幾十年前的『SYZ』系統；天文學家最需要光效率高，能夠探測暗天體，他們就要搞光效率低，損失光多的4-鏡系統......」。

2016年12月，在天文大科學研究中心主任、國家天文台台長嚴俊主持下，大型光學紅外望遠鏡前期工作組決定邀請國內外8家單位，針對12米大型望遠鏡的光學概念設計方案進行設計。最終，只有兩家受邀單位，華中科技大學和南京天光所提交了設計方案。

2017年4月10日，華中科技大學提交了三鏡系統的設計報告。該報告也融合了美國凱克望遠鏡設計人Jerry Nelson，美國哈勃望遠鏡改正鏡設計者Sandra Faber，以及加州大學聖克魯茲分校自適應光學實驗室主任Donald Gavel等人的意見。

02

國際專家諮詢，「三鏡」勝出

究竟應該選擇三鏡系統還是四鏡系統？天文大科學中心決定讓國際專家組提供諮詢意見。

這個由哥本哈根大學的天文學家Johannes Andersen領導的9人專家組，2017年4月19日、20日在北京開了兩天的會議。在隨後的5月1日提交給天文大科學中心的諮詢評議報告中，國際專家組認為「總而言之，在滿足國家與望遠鏡科學委員會提出的望遠鏡所能觀測的極限星等，視場範圍，操作靈活性和造價等方面的指標上，（南京天光所提出）四鏡的SYZ系統均不如（華中科技大學提出）RC或AG標準三鏡系統。因此，SYZ系統將不予進一步考慮」。

4月20日，諮詢專家向部分在京的前期工作委員會成員口頭反饋評議意見。

5月19號，天文大科學中心開會決定，尊重並同意國際專家組的諮詢建議，要求大型光學紅外望遠鏡前期工作組在光學系統方面，把後續工作集中在三鏡系統上，儘快以此為基礎開展望遠鏡整體方案設計。

在《科學》雜誌的報道中，國家天文台副台長薛隨建說，我想辯論已經結束了。

03

重開國內評審，「四鏡」反轉

不過，事情沒有這麼簡單就結束。

7月10日，中科院內部重新組織均由國內專家組成的評審會，最終推薦四鏡系統方案為12米望遠鏡項目建設的參考方案。在21人的投票中，11票支持四鏡系統，3票支持三鏡系統，7票棄權。在不到兩個月的時間內，劇情來了個大反轉。

為何在大科學中心已經做出決定的情況下，中科院要另外組織評審會？

可以看到的是，崔向群對於天文大科學中心邀請國際專家諮詢的做法早有不滿。早在北京的國際專家諮詢會議召開一個月前，在給中科院領導的一份材料中，崔認為，「去年通過國家十三五大科學裝置遴選的』中國12米大型光學紅外望遠鏡』項目在技術方案上也充分體現了中國創新和特色，代表國際大望遠鏡發展方向，提供了國外30米望遠鏡後我國天文學仍然在國際前沿可占高地的能力」。她進一步說，「但進入立項階段後，這個項目就被國家天文台某些崇洋媚外的人控制，排斥我們這支在國際上一流的國家專家團隊，阻擾自主創新，想盡辦法將這個項目變成美國30年前望遠鏡的複製品或美國TMT的中間試驗。最近不顧大家反對，部署美國來設計。」在後半段，崔向群請求「為了維護國家利益，懇請您儘快制止國家天文台某些人這種賣國求榮，阻礙中國走自主創新道路的行為」；「為了保證項目立項成功，懇請您撤換那些賣國，崇洋媚外的人，儘快成立由真正的專家組成的團結，精幹，高效的項目組織結構（像當年LAMOST和FAST一樣），負責12米望遠鏡項目，保證12米望遠鏡能按規定在2018年底前順利通過國家立項，按時開工建設」。

崔向群，中科院南京天文光學技術研究所研究員

而在陳建生的信中，他也提到在「同國際專家合作方面」雙方的分歧：「由於建設12米望遠鏡是一項極其艱難的工程，而我們又缺乏經驗，我們必須採取開放的態度，與國際同行專家討論，認真聽取他們的建議，因此需要組織國際專家顧問小組，事實證明這些專家對我們的幫助是真誠的，但崔向群認為這些專家是別有用心，用她的話，他們不搞4-鏡系統，也不讓我們搞，生怕我們超過他們」。

對於陳建生信中提及的崔向群「把學術問題變成政治問題，到處告狀」的描述，《知識分子》暫時無法核實。陳建生在信中還提到，「即使你們（編者註：指中科院）聽到某些』有分量的人』的批評，也應該深入調查」。

不過，可以肯定的是，中科院的確在7月3日發出通知給國家天文台，文中稱「為更好推進該項目立項，經院研究，茲定於2017年7月10日召開大型光學紅外望遠鏡科學目標和技術方案論證會，會期一天」。

04

一場「奇怪」的評審

7月10日早9點，中國科技會堂B205會議室，這場評審開始，接受邀請的21位國內評委將再次決定12米望遠鏡的設計方案的走向。

為了還原會場，釐清關鍵事實，《知識分子》聯繫所有21位評審人確認。到截稿時為止，只收到了一位評審人的回復，來自上海天文台副台長侯金良。現將回復的郵件關於評審會的問答引用如下：

Q：最初是如何接受邀請的？您在評審會中做了哪些工作？是否擔任了評審人？您認為是否和您的研究相關，適合擔任評審人？

A：我對LOT（大型光學紅外望遠鏡）一直十分關注，前期工作組中也是台址組的成員。也參與了科學目標討論。我們課題組也需要使用大望遠鏡觀測。所以當接到這個評審邀請的時候，考慮到評審會上將會有2個方案的具體介紹和討論，所以決定參加。我和我的課題組參加了SDSS，LAMOST巡天方面的工作，也申請到過國際上4米級望遠鏡的觀測時間。我們的研究是與LOT相關的，我們課題組對LOT也有不少討論，前期也對LOT的各種光學系統方案有所了解。我想我能夠做出獨立的判斷。

Q: 3-鏡方案在會上是否得到了認真討論，還是被排除在外？對於7月10日整個的評審過程，您有何評價？

A：會上比較遺憾的是，上午的科學目標討論沒有首席科學家的參與，沒有聽到具體科學目標的介紹。雖然作為通用望遠鏡，LOT的科學目標是十分清楚的，但是作為會議議題之一，沒有落實，是比較遺憾的。另外，會議上也沒有華中科技大學3-鏡方案建議者來報告和介紹，評委無法全面了解3-鏡方案的具體特點和性能。這個在程序上是不公正的。我們作為評委不知道為什麼會議日程上明明寫的是3-鏡系統和4-鏡系統方案的介紹，而實際上只有4鏡系統介紹。

因此，我作為評委對7月10日的評審過程程序是有疑問的，我也在評審意見報告中如實寫下了我的意見。在會場上我無法對兩個方案哪個好，哪個不好作出評價，因為沒有聽到另一個方案的介紹。所以我棄權。

陳建生在信中的後半部分，對於這場評審會也指出了多處不合理，直言是一個「不公正，不公平的會「。

「會議要討論3-鏡與4-鏡系統，但安排發言的崔向群和梁明全是4-鏡系統的主要作者，沒有一個主張3-鏡系統的人辯護，這哪裡有最起碼的公正？」他在信中寫道。

他還進一步對評委是否有資格擔任評委提出質疑：「會議請了21位「專家」評委，我看了名單，簡直是笑話，這裡哪位可以稱的起是望遠鏡專家？有些人一輩子連望遠鏡都沒碰過，居然可以做望遠鏡評審專家！！」。

他還對比了前後兩次的評審，認為在職業水準上有很大差距。

他寫道：「大科學中心組織的國際大望遠鏡專家是全世界頂尖的10米級望遠鏡的專家所作的極其認真的評審（說認真，評審組組長提前一個月到中國，實地考察，個別聽取雙方意見，認真閱讀所有文件，進行2天的答辯，又關門討論）和7月10日的評審是多大的反差？一群外行，聽取片面介紹，（大概連聽都沒聽懂），這二個評審能等權對待嗎？」

在信件的末尾，陳建生寫道：「最後我想強調，12米望遠鏡項目的成敗不僅關係到中國天文的未來，也關係到中國科學院的聲譽，乃至整個中國科技界的聲譽。」

《知識分子》向處在爭論中另一方的核心當事人，在南京大學天文系（曾任職於南京天文光學技術研究所）的蘇定強院士和南京天文光學技術研究所的崔向群院士發了郵件，徵詢他們對12米望遠鏡的建造爭議的觀點，但截稿時仍未收到回復。

而陳建生撰寫的這份類似於寫給中國天文學界的「公開信」依然在圈內流傳。

據馬冬林提供給《知識分子》的敘述事件原委的材料顯示，之前國家天文台提交的三鏡方案已經被擱置一邊，並未上交國家發改委。

編輯部提示：

為使讀者全面了解此次爭議項目的基本情況，《知識分子》編輯部分別邀請爭議雙方發表觀點。截至發稿時，我們獲得陳建生院士與馬冬林博士授權，發表他們的觀點，但很遺憾未收到崔向群院士一方回復。特提醒讀者留意。我們期待能進一步了解不同意見，以供理性討論。

附件一：

我和崔向群院士的分歧：技術的討論

作者：陳建生（中國科學院院士）

為了解決圍繞12米望遠鏡問題的分歧，我們必須深刻分析分歧的本質，只有弄清這個問題，才能從根本上找到解決的辦法。我們和崔的分歧本質是技術路線和科學路線的分歧，是大科學工程由技術導向還是科學導向的分歧。

在技術路線上，我們認為12米望遠鏡是一項極其困難，極其挑戰的項目，是因為這個項目要在海拔5000米以上極其艱難、惡劣的條件下建設極其精密、極其宏偉的工程，是人類有史以來從未做過的工程，是因為這個工程要在5年時間，有限經費下建成，尤其是因為我國在建設望遠鏡方面，特別是大型望遠鏡方面極其缺乏經驗，缺乏人才。我國在通用型望遠鏡建造的最大望遠鏡是2.16米望遠鏡，即使這樣小的望遠鏡，在當時就不是一個先進的望遠鏡。建造口徑最大的專用望遠鏡LAMOST，也不是非常成功的望遠鏡，它的有效通光口徑是4米， 但其性能不及美國SLOAN的2.5米望遠鏡。從這樣的基礎一下跳躍到12米，可以想像會有多大的風險！

因此，我們的技術路線是要儘可能採用國際上最成熟的技術。國際上已建成的超過10台10米級望遠鏡，無一不是採用3-鏡系統，這些3-鏡系統的10米級望遠鏡已取得大量重大發現，對人類探索宇宙做出了重要貢獻！這充分說明3-鏡系統是成功的系統，是經過實踐檢驗的系統，這些3-鏡系統最長已運轉20多年，積累了大量的建造和運轉的經驗，吸取、消化這些寶貴經驗可以最大可能保證我們成功建成12米望遠鏡。只要能成功建造它，就已經是奇蹟。採用成熟技術，保證工程成功是全世界大工程所尊守的最基本的原則！

與我們的技術路線完全相反的是崔向群的技術路線，她要的是標新立異，國外搞3-鏡系統，我就要搞4-鏡系統，不惜冒極大風險在5000米高山上，採用未經任何實踐檢驗的系統，以表示我們有「創新」，這種「創新」不是為了帶來更多的技術或科學上的效益（這點我在下面分析）是為『創新』而『創新』。

崔向群的錯誤技術路線有原因。她錯誤地估計了中國建造望遠鏡的能力。她負責建造了LAMOST，如上所說，這台望遠鏡並不是很成功的望遠鏡，但媒體的誇大宣傳，使她自認為她是國際上的大權威，這可從她多次在公開場合自己說自己是大權威為證。實際上中國在建造望遠鏡上與國際的差距是非常大，美國人在70年前就造出性能非常好的5米望遠鏡（至今還有許多重要科學產出），而我們到現在建造的最大通用型望遠鏡是技術並不先進的口徑2.16米的中小望遠鏡，在大望遠鏡建造上許多重大技術突破都是國際上的，如主動光學，薄鏡面，拼接技術，自適應光學，這些都是現代巨型望遠鏡革命性飛躍的核心技術。

在科學路線上，蘇定強和崔向群錯誤地對國際天文發展的判斷。他們兩人是搞技術的，不是搞天體物理，他們武斷地認為國際上30米級望遠鏡建成後，12米望遠鏡的地位就下降，所以要建主焦點大視場照相機，做光度和光譜巡天。這個分析是錯誤的。中國已不需要用12米望遠鏡做大視場光度巡天，因為國家已立項，在2022年左右發射空間站，其中最重要的載荷就是2米巡天望遠鏡，在光度巡天方面，一台2米空間望遠鏡要遠超過12米的地面望遠鏡，（因為空間望遠鏡的像質是0.15角秒，而12米地面望遠鏡的像質是1角秒，來自天光背景的雜訊差40倍，再加上地面天光背景比空間亮至少1個星等，合在一起雜訊要高過5個星等，像質更沒法比）。在多目標光譜方面，正在起動的在夏威夷優質台址上建造10米口徑專用光譜巡天望遠鏡，我國12米望遠鏡主焦點根本沒有競爭力，更何況，巨額花費，10年工期，以及使用上帶來的許多複雜問題（見後文）。

我們和崔向群的另一個重大分歧是大科學工程誰來導向？是技術導向還是科學需求導向?

4-鏡系統完全是二位搞技術的院士，從技術角度提出來的所謂「創新」的望遠鏡，他們自己給望遠鏡科學定位，自己定方案，自己定設計，然後強加給天文學家。完全是技術綁架科學！

例如：天文學家不要用主焦點搞巡天，他們就要把主焦點作為望遠鏡的亮點；天文學家不要折軸焦點，他們就偏要折軸焦點，只是為了維護他們幾十年前的「SYZ」系統；天文學家最需要光效率高，能夠探測暗天體，他們就要搞光效率低，損失光多的4-鏡系統；天文學家要用自適應光學，在光軸附近觀測衍射極限的系外行星像，他們就要搞中間帶開洞的反射鏡，所產生的衍射環阻礙行星的成像觀測；天文學家要光效率最高的2-鏡的卡焦焦點，他們偏要把最佳的卡焦焦點佔據；天文學家最希望觀測操作儘可能簡單，不要經常更換系統，他們偏要觀測時經常更換M4反射鏡......。

我們一直堅持大科學工程要以科學需求為導向，技術要服從科學，不是技術人員說要造什麼樣的望遠鏡就造什麼樣的望遠鏡，為此，天文大科學中心從一開始就成立科學委員會和科學小組，邀請國內100多位在一線工作的中國天文界精英討論、制定12米望遠鏡的科學定位。我們堅決反對12米望遠鏡由技術人員來定位科學和技術凌駕一切的路線。

錯誤的技術路線和錯誤的科學路線導致蘇定強、崔向群錯誤的望遠鏡方案。他們的主要錯誤有三點：

一）把望遠鏡設計的非常複雜，望遠鏡安排4個焦點：主焦點，萊焦，卡焦和折軸焦點，面面具到，不是有所為有所不為。 這樣勢必增加技術複雜性，增加風險，增加經費，增加工期，而對主要科學目標和技術性能並沒有帶來好處。

二）把主焦點大視場作為望遠鏡的亮點。

錯誤地認為30米望遠鏡建成之後， 12米望遠鏡沒有地位， 因此要把主焦點大視場作為望遠鏡亮點。 我在前面已說過，主焦點大視場並不能給12米望遠鏡帶來科學上的競爭力，而主焦點大視場照相機是技術上非常複雜， 耗錢耗時的工程，根據日本8米望遠鏡主焦點項目負責人的估計，中國12米望遠鏡的主焦點照相機需要耗時10年，耗資5億美元，而且照相機加上多光纖定位系統是一個龐大系統，更換焦點工作非常困難， 這對多功能望遠鏡要經常更換焦點工作會帶來操作上的巨大困難。儘管崔向群也表示主焦點照相機不作為第一期工程，但望遠鏡設計保留主焦點發展的可能性。這就要求望遠鏡的主鏡焦比f/數要大過f/1.6， 比不留主焦點f/1.2的鏡筒長很多， 鏡筒長， 就增加圓頂的尺寸，大大增加圓頂造價。

三）採用4-鏡系統。

4-鏡系統最大優點是在萊焦上20角分視場可以獲得好設計像質，這對於沒有大氣影響的空間望遠鏡是絕對必要， 但在地面觀測受大氣抖動影響，星像是由地面seeing決定， 無論3-鏡還是4-鏡得到的像質都一樣，因此沒有好處， 而其缺點是顯著的， 增加一面鏡子就要增加反射損失， 更重要的是4-鏡系統里最後一面反射鏡（M4）中央要開洞，會進一步損失光， 而且視場越大洞就開的大， 損失光就越多，因此為了少損失光，要多做幾個M4， 以便觀測不同視場用不同大小的洞的M4，這增加費用，還增加觀測上的不方便， 另外開洞的M4會產生衍射，這種衍射在使用exAO (一種使光軸上的星像達到光學衍射極限的觀測）就會嚴重影響光軸附近高空間分辨、高亮度對比的觀測，如對系外行星直接成像觀測，而這是12米望遠鏡極其重要的科學目標。

此外， 由於增加一面鏡子，還帶來許多其他的不利，如增加鏡筒長度， 從而增加圓頂造價， 佔據了傳統卡焦位置，從而犧牲了配置效率最高的科學儀器的可能等等。

此外，我們在同國際專家合作方面也有分歧。

我們認為（如前所說），由於建造12米望遠鏡是一項極其艱難的工程， 而我們又缺乏經驗，我們必須採取開放的態度，與國際同行專家討論， 認真聽取他們的建議，因此需要組織國際專家顧問小組，事實證明這些專家對我們的幫助是真誠的， 但崔向群認為這些專家是別有用心。

坦率地說，中國天文界，包括整個科技界沒有人真正了解像12米口徑這樣大望遠鏡的技術，包括我自己，雖然做過觀測，但10米級望遠鏡也沒碰過，我雖然大體上對望遠鏡還能說一些話，但望遠鏡的具體技術我也是不懂。 在中國開國內望遠鏡專家評審會只能是形式，走過場。

關於指責華中科技大學沒有資質資格，馬冬林資歷淺問題，我也有不同看法。發改委大科學工程立項程序規定，進入後選的項目必須有300字的介紹，發給全國招標，並沒有要求應標單位資質，工業生產有資質問題， 科學研究要什麼資質？當年愛因斯坦提出相對論時不過是計量局的小職員， 何況，華中科技大是一所實力非常雄厚的大學。 當年崔向群從德國回國時，還沒拿到博士學位，就被委以LAMOST總工程師重任，要說資歷還不如現在馬冬林的資歷，何況馬冬林只不過提光學設計方案， 又沒有做總工程師。用人不拘一格。有大學介入不是一件很好的事嗎？不是有利於科學院強調的院校合作嗎？

我們一直希望南京天光所能夠在12米建造方面起重要作用，希望他們能根據科學需求提出3-鏡方案供選擇， 但他們一直堅持不提3-鏡方案，7.10評審會院條財局本來要求南京天光所朱永田在會上分別提3-鏡與4-鏡方案， 結果還是沒提，報告變成崔向群和梁明的一邊倒報告。

所以，我的結論是：誰會願意選擇光效率低、操作不便，造價高、技術成熟度低、風險高的4-鏡系統？誰會不願意選擇光效率高，操作簡便，造價低，技術成熟度高、風險低的3-鏡系統呢？難道這就是為了要標新立異嗎？

附文二：

馬冬林：「三鏡系統」與「四鏡系統」的論證過程與可能後果

作者：馬冬林（華中科技大學）

2016 年國家發改委發布的《關於「國家重大科技基礎設施 建設『十三五』規劃」》（發改高技[2016]2736）的有關部署，明確將「大型光學紅外望遠鏡」列為「十三五」時期 10 個優先支持建設的項目之一，預計經費投入 20 億元左右。

中國科學院於 2016 年在國家天文台成立了大科學中心，負責全面統籌這一重大基礎設施項目的籌備、管理和建設。而到目前階段，該項目的建設仍處於光學概念方案設計階段。

關於這一重大科技基礎設施的設計方案，目前在國內外存在重大技術路線和方案選型爭議。主要的焦點在於該望遠鏡有 2 種不同設計方案:

其中，一種方案是以南京天光所蘇定強和崔向群為代表的由四面反射鏡組成的系統（簡稱「四鏡系統」）；

另一種方案是華中科技大學提出的、並已經被國際大型望遠鏡系統所廣為採用的光學系統，該系統由三面反射鏡面組成（簡稱「三鏡系統」）。

秉持科學論證和求真務實的立場，現將目前存在的方案論證過程，以及由此可能產生的嚴重後果，介紹如下，以供有識者參考。

一、概念設計方案論證過程

2016 年 9 月，受國家天文台大科學中心的委託，南京天光所向國家天文台提供了一個四鏡系統的光學設計作為國家十三五規劃的「大型光學紅外望遠鏡」項目的優選設計方案。

2016 年 10 月，由於天光所所推薦的優選方案——四鏡系統從未經過實踐檢驗，國家天文台薛隨建副台長、北京大學科維里天文物理所所長 Luis Ho（何子山）和上海天文台研究員郝蕾等三人組成訪問團赴美訪問加州大學聖克魯茲分校(UCSC)、亞利桑那大學等地，就該方案的可行性諮詢望遠鏡設計最有經驗的國際頂尖專家。

2016 年 10 月，在薛隨建等訪美的第一站 UCSC，蔡崢博士負責接待了薛隨建等一行。訪問團向蔡博士介紹目前中國 LOT 望遠鏡的優選方案為四鏡系統。蔡博士就這一方案的可行性諮詢了華中科技大學光學專家馬冬林博士。馬冬林博士對四鏡方案提出一些質疑意見，並在訪問團訪美期間準備一份四鏡系統光學性能和科學性能的評估報告，提交給了訪問團。在該報告中，馬博士提出第四鏡所存在的中心孔對望遠鏡性能存在著至關重要的影響，而且在目前四鏡系統設計下，無法滿足發改委針對「大型光學紅外望遠鏡」項目所頒布的望遠鏡建設指南要求。

2016 年 10 月，訪問團就中國所優選的四鏡方案的可行性諮詢了全美最頂級的幾位望遠鏡專家，如剛剛故去的地面最大望遠鏡之一凱克望遠鏡第一設計人 Jerry Nelson，以及亞利桑那大學地面最大望遠鏡之一的大雙筒望遠鏡(LBT)設計人 Roger Angel，和凱克望遠鏡第二設計人 Harland Epps。Jerry Nelson 是 國際著名大型望遠鏡10m級 Keck 望遠鏡和在建的 30m 級 TMT 望遠鏡的主要設計者。三位權威專家均對四鏡系統的可行性表達了憂慮，並直接指出了一系列工程問題。與馬博士等評估相似，評估報告一致認定三鏡系統在工程上已經被證明可行，並 且科學上表現更加優秀。

2016 年 11 月，訪問團的訪問諮詢結果和馬博士的評估報告引起了陳建生院士的重視。在陳建生院士的倡議下，馬博士團隊進一步量化分析了四鏡系統的光學性能，並向國家天文台大科學中心提交了第二份四鏡系統性能評估報告。該報告進一步論證了四鏡系統的光學性能，且進一步發現四鏡系統在造價上至少高於傳統三鏡系統 30%以上的前提下，卻在光學性能與科學性能上難以匹敵傳統的三鏡系統(相關結果在所附的設計報告中作出了非常詳細的比較和說明)。該報告的結論得到了國家天文台陳建生院士的高度認可。

2016 年 12 月，在嚴俊台長的主持下，大型光學紅外望遠鏡前期工作組決定針對 LOT 的光學概念設計方案進行設計。擬邀請的單位包括美國 UCSC 大學、長春光機所、天光所、成都光電所、華中科技大學等五家單位。2016 年 12 月 16 日，華中科技大學收到中國科學院國家天文台天文大科學中心發來的「大型光學紅外望遠鏡」概念設計邀請函。

2016 年 12 月 26 日，華中科技大學同意參加「大型光學紅外望遠鏡」的概念設計。最終，正式接受概念設計邀請的單位只有華中科技大學和南京天光所。而美國 UCSC 大學所提設計方案與華中科技大學類似，因此放棄參與競標；但是相關望遠鏡和天文專家如美國科學院院士和美國最大的凱克望遠鏡設計 人 Jerry Nelson、美國科學院院士和哈勃望遠鏡改正鏡設計者 Sandra Faber、UCSC 自適應光學實驗室主任 Donald Gavel 以及天文學專家哈勃學者蔡崢博士以諮詢顧問的形式加入華中科技大學的望遠鏡概念設計團隊，同時也為華中科技大學的設計報告提供一份諮詢建議報告。

2017 年 1 月，華中科技大學在光電學院院長張新亮和馬冬林博士的推動下，光電學院、機械學院、光電國家實驗室和物理學院等 4 個院系的 13 人組成了聯合工作組，針對 LOT 望遠 鏡的概念設計方案開展了前期設計工作。

2017 年 3 月 26 日，華中科技大學駱清銘副校長及科發院、 光電學院領導組團，赴國家天文台拜訪了國家天文台領導和陳建生院士，表達了在參與概念設計的基礎上希望加入該望遠鏡 的建設項目，並發揮積極作用的強烈意願，得到了國台領導和 陳院士的一致認可。

2017 年 3 月 31 日，針對 LOT 望遠鏡的概念設計方案，美國 UCSC 大學的望遠鏡團隊為華中科技大學提供了一份設計諮詢和建議報告，並作為華中科技大學設計報告的一部分。華中科大方案充分整合了原有設計和加州大學設計，充分論證了方案的工程可行性，並且與四鏡系統進行了更加細緻的比較。

2017 年 4 月 10 日，華中科技大學向中科院天文大科學中心提交了「大型光學紅外望遠鏡(LOT)光學系統概念設計與分析報告」。

二、 國際諮詢專家小組的評標結論

2017 年 4 月 19 日，中科院天文大科學中心(國家天文台) 在北京組織了「大型光學紅外望遠鏡」項目概念設計方案國際評估答辯會。來自英國、日本、丹麥、加拿大、澳大利亞、美國等國的 9 名國際頂級天文和光學專家組成的諮詢小組，對南京天光所、華中科技大學分別提交的概念設計方案進行了評估論證。所邀請的諮詢專家均為國際上具有豐富的望遠鏡設計和建設經驗的知名光學專家和天文科學家。

2017 年 5 月 1 日，諮詢小組向中科院天文大科學中心(國家天文台)提交了關於 LOT 望遠鏡概念方案的諮詢評議報告。 該報告的第一個結論就是：

「In summary， the four-mirror 『SYZ』 optical system cannot compete with standard RC or AG solutions in meeting the government and SAC demands on limiting magnitude， field of view，operational flexibility，and total budget. （譯文:總而言之，在滿足國家與望遠鏡科學委員會提出的望遠鏡所能觀測的極限星等、視場範圍、操作靈活性和造價等方面的指標上， 南京天光所提出的四鏡系統(SYZ 系統)均不如華中科技大學提出的 RC 或 AG 標準三鏡系統。）」。

華中科技大學的設計報告得到了國際諮詢專家的一致認可、好評。

2017 年 5 月 19 日，中科院國家天文台領導、大型光學紅外望遠鏡重大科技基礎設董事會討論了南京天光所和華中科技大學分別提出的兩套光學概念設計方案以及國際諮詢小組提交的諮詢評議報告。會議決定，將華中科技大學提交的三鏡系統設計方案列為「大型光學紅外望遠鏡」的建設建議方案，擬通過中科院提交發改委正式立項，並爭取啟動建設。

2017 年 6 月 30 日，國家天文台在參考華中科技大學三鏡系統設計方案的基礎上，撰寫了「國家重大科技基礎設施建設項目—大型光學紅外望遠鏡項目建議書」，並提交給中科院，擬通過中科院上交國家發改委。

三、 南京天光所提出的二次評審建議

2017 年 5 月底，天光所兩位院士遊說中科院領導，意圖單方面在內部針對兩種方案進行重新評估。

2017 年 7 月 6 日，華中科技大學馬冬林博士與陳建生院士進行了電話溝通，得知國家天文台提交的建議書被中科院束之高閣，並未被上交國家發改委。

2017 年 7 月 10 日，迫於南京天光所崔向群院士和蘇定強院士的壓力，中科院在內部重新組織評審小組針對 LOT 望遠鏡概念設計方案進行了新一輪評估。在此輪評估中，由南京天光所朱永田所長負責出面介紹四鏡系統，梁明老師（四鏡系統的核心設計人之一）負責介紹三鏡系統方案，將華中科技大學的三鏡系統設計方案屏蔽在外，不予參評資格。所邀請的評審專家大都沒有實際的望遠鏡設計和建設經驗。據了解，最終的評審結果是 11 票支持、3 票反對、7 票棄權，推薦四鏡方案為 LOT 項目建設的參考方案。

四、值得引起重視的有關問題

(一) 技術可行性和成本問題概括地說，四鏡方案主要存在如下幾個技術風險:

1、四鏡系統由於多了一面反射鏡， 增加了反射的損失，加上有一面鏡(第四鏡)中央要開洞，又增加了進一步的光損失，而且洞的大小要隨視場大小變， 視場大， 開大洞，因此 比三鏡系統要多損失大約 30%的光， 這相當望遠鏡口徑從 12 米減小到 9 米。

2、由於第三鏡在主鏡的下方伸出一節， 使望遠鏡的高度軸升高，鏡筒變長，望遠鏡圓頂加大， 增加了圓頂造價。

3、從三鏡變四鏡，增加瞭望遠鏡光學系統準直調節的難度，尤其在 5000 米的高山上進行高精度的調試。

4、由於主鏡下方第三鏡的存在， 使望遠鏡損失了效率最高、對稱性最好的卡氏焦點。

5、對不同視場天文觀測，要更換不同洞大小的第四鏡，這對於要觀測突發的重大天文對象很不利， 在5000 米高山上在夜間進行這樣操作是有風險的；如果要做成全自動， 勢必增加望遠鏡成本。

6、四鏡系統的建設成本要明顯高於三鏡系統，其光學性能和科學性能反而不如傳統的三鏡系統。

(二)國內相關院士和國際專家提出的重要建議

2017 年 6 月 2 日，陳建生院士向中科院白春禮院長和王恩哥副院長介紹了十三五規劃的大型光學紅外望遠鏡光學系統兩種設計方案的爭論，並表達了堅定支持標準三鏡系統的鮮明立場。

2017 年 6 月 16 日，美國著名科技雜誌 Science 記者 Dennis Normile 撰文報導了中國關於十三五規劃的大型光學紅外望遠鏡的概念設計方案的爭議情況，並進一步向外披露了國際諮詢小組的結論。文章中進一步提到「The panel report concludes that the NIAOT optical system 「cannot compete」 with more standard designs like the HUST approach」(譯文:國際諮詢專家小組的結論是南京天光所的設計方案不如華科提出的更為傳 統的設計方案)，同時 Science 文章也進一步指出「With the panel』s recommendation in hand， the megascience center board decided on 19 May to proceed with the HUST design」 (譯文:按照國際諮詢專家小組的建議，國家天文台大科學中心於 5 月 19 日決定參考華中科技大學的設計方案推動 LOT 建設項目)。

正如陳院士寫給白春禮院長的郵件中所指出的，光學系統是整個望遠鏡最核心的關鍵系統，而光學系統設計方案的選擇， 是決定整個項目成敗的關鍵所在。LOT 項目概念設計方案國際諮詢專家組組長 Johannes Andersen 在寫給美國 Science 記者 Dennis Normile 的郵件里提到，中科院的錯誤決策和領導對 LOT 項目以及中國天文學界將造成不可彌補的傷害。針對中科院的二次評審決議，Johannes 的郵件里說道：

「Otherwise， I fear that Chinese astronomy is heading into a disaster that will take decades to repair. Science – and the best Chinese scientists – will not wait for the CAS to catch up. (譯文：否則，我擔心中國天文學正在陷入一個需要幾十年才能夠修復的災難。科學發展以及那些中國最好的科學家們等不及中國科學院彌補他們所犯的錯誤。)」

本文原名《關於「國家重大科技基礎設施建設『十三五』規劃」「大型光學紅外望遠鏡」項目光學設計方案選型有關情況的介紹》，標題為編者所加。

參考資料：

Dennis NormileJun. Spat threatens China』s plans to build world』s largest telescope. Science. 14, 2017.

製版編輯：艾略特丨

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