中國的12米大口徑大望遠鏡之爭，爭的是什麼？

果殼科學人編者按：

幾天前，一封中科院院士、天體物理學家陳建生寫給中科院條件保障與財務局的信件，讓天文學界內部一個持續半年多的爭論公之於眾——準備耗資幾十億建造的12米大口徑光學望遠鏡，該選哪條技術路線？

為了讓讀者能夠客觀全面的了解這次爭論，科學人特邀中國科學院國家天文台在讀博士劉博洋撰文，梳理了整個事件的來龍去脈及其間的發展。我們也特地與爭議當事雙方的陳建生院士、崔向群院士、蘇定強院士聯繫，獲得他們的授權，原文將爭論雙方各自的觀點展現出來。

幾位院士關於技術路線的爭論，也引起了海內外青年天文工作者的關注，並聯名就此事向天文學界發出公開信。科學人也特地取得他們的授權，原文將青年天文工作者就12米光學紅外望遠鏡設計方案的公開信呈現給讀者。

希望，我們能與天文學界一道，積極推動中國大口徑望遠鏡技術路線之爭早日落幕。

因為內容龐雜，涉及面甚眾，為了全面展示目前爭議的各方反應，我們將以一組文章的形式，展現三位院士的信件，以及青年天文工作者的公開信。敬請留意今天科學人推送的二、三條文章。

幾封院士信件的流出，讓中國興建12米大口徑光學-紅外望遠鏡計劃（後文簡稱「LOT」）的爭議攤在了桌面上。表面上，中國科學院院士、天體物理學家陳建生，與中國科學院院士、天文望遠鏡技術專家崔向群及其各自支持者，針對兩個不同的光學系統技術方案（後文將提及的「三鏡」和「四鏡」方案）進行著激烈的針鋒相對的辯論。而這一事件牽涉到的，不僅僅是技術方案本身，還有一系列更加複雜的科學大工程管理策略 、學科發展方法論，乃至科學經費體制機制等問題。

上半場：達成一致

望遠鏡是天文學家用以收集天體信息的工具，其口徑直接影響到對天體細節的空間解析度與對暗弱天體的探測靈敏度，故而天文望遠鏡誕生以來的400多年，就是望遠鏡越做越大的400多年。從上世紀90年代開始，國際上一批8-10米級口徑地基光學望遠鏡的建成，奠定了現今世界頂級望遠鏡的基本陣容。近十年來，各國又爭相提出多個30-40米級望遠鏡方案，讓地基光學望遠鏡在10年內走進下一個量級的未來已經栩栩可期。

30米口徑望遠鏡示意圖。圖片來源：TMT.org

然而，在這樣的時代里，中國天文學家的家當可謂寒酸。目前，中國名義上最大口徑的光學望遠鏡是建於國家天文台興隆基地的郭守敬望遠鏡（LAMOST）。這是一台4-6米級的光譜巡天望遠鏡。 這台望遠鏡通過極為特殊的設計，提高了光譜巡天的效率，但不具備成像觀測的能力。

大部分世界一流的地基光學望遠鏡都是「通用型望遠鏡」，而中國真正可以與這些世界一流「通用型望遠鏡」相比較的，是同樣位於興隆基地的2.16米口徑望遠鏡，和位於雲南麗江的2.4米口徑望遠鏡。它們2米級的口徑已經落後了國際前沿兩個時代（4-6米級，8-10米級）——美國早在1917年就建成了口徑2.54米的胡克望遠鏡。這樣的境況，讓擁有一台大望遠鏡，成為多年來中國天文學家心頭揮之不去的夢想。

然而，怎樣獲得這架夢寐以求的大望遠鏡，成了十年來撕裂中國天文界的老大難問題。在2016年之前，這場曠日持久的爭論有兩個競爭方案：其一是參加「三十米口徑望遠鏡」（TMT）國際合作項目，通過對該項目出資10%，獲得相應份額的觀測時間使用權，搭上30-40米級大望遠鏡發展的快車；另一個方案，是崔向群院士力推的，以中國為主導發起國際合作，建造一架口徑為20米的大望遠鏡。

這兩個方案各自的支持者在幾年前曾經有過激烈的爭論，每逢重大會議總能見到雙方各執一詞。前者以天體物理學家為主，擔心中國目前只有建造2米級通用望遠鏡經驗，技術能力不足，難以大躍進到建設30米級望遠鏡，也擔心建造周期冗長、無法搶奪30米級望遠鏡所帶來的重大科學發現機遇；而後者抗辯的理由，除了相信中國已有能力邁出這一大步外，主要是認為參與國際合作不利於中國掌握大望遠鏡建造的核心技術。

爭論沒分高下，TMT項目出了問題。TMT的建設選址定在美國夏威夷大島的莫納克亞火山峰頂——這裡被認為是世界上最好的光學天文台址。但莫納克亞火山也是當地的聖山，原住民並不希望有更多望遠鏡建設在此處。原住民對TMT建設籌備的抗議阻撓，迫使TMT項目不得不尋求在非洲西海岸西班牙所屬迦納利群島、智利北部阿塔卡瑪高原等其他優秀台址建造TMT的可能，一度接近停擺。

就在TMT前途未卜期間，中國天文界主自建一派也稍稍收斂了雄心，將力主建設的國產地基大光學紅外望遠鏡的口徑由20米下修為12米，這讓反對自建20米鏡的天體物理學家們感到似乎靠譜了一點，於是，在2016年5月的一次香山會議上，中國天文學界終於達成一致：自主建造一台12米口徑的大望遠鏡。

國家天文台興隆基地的2.16米口徑「通用型望遠鏡」。圖片來源：Fan et al., 2016

下半場：風雲再起

情理之中意料之外的是，關於這台大望遠鏡的爭論並沒有就此休止。很快，在這架被暫命名為「大型光學-紅外望遠鏡」的12米口徑大型望遠鏡身上，戰火重新燃起 。2016年5月的香山會議看似一場團結勝利、彌合分歧的大會，實則已經為論戰的下半場埋下了伏筆。

崔向群院士所在的南京天文光學技術研究所（後文簡稱「南京天光所」） 在該次會議上就力推以蘇定強院士等人命名的SYZ方案作為LOT望遠鏡的光學方案，這就是後來所稱的「四鏡」方案。崔、蘇兩位院士認為，這「自主創新」方案相比傳統方案具有更好的成像品質。

然而，南京天光所並不能獨自決定項目的技術方案。作為一個預算接近20億元的大工程，中國天文學界舉全部力量才能造得出LOT。因此，項目真正的負責單位，是2015年成立的中國科學院天文大科學中心——「提出和引領我國天文科技領域大科學裝置的發展」正是該中心的主要職能和任務之一。

2016年7月，天文大科學中心正式成立 LOT望遠鏡「前期工作組」，全面負責該項目準備工作。前期工作組的組長和兩位副組長分別是國家天文台、紫金山天文台、上海天文台這中國科學院下屬三大天文台的台長，可見其分量。

2016年10月，前期工作組派出一支三人小組前往美國加州大學天文台（UCO）尋求對LOT的「四鏡」方案的意見。選擇這裡，是因為加州大學天文台負責運營的凱克天文台（Keck），擁有夏威夷莫納克亞山上的兩架 10米口徑雙胞胎望遠鏡——其中的凱克 I 是世界上首座10米級口徑望遠鏡。至今，凱克雙鏡仍是10米級望遠鏡中的佼佼者，UCO自然也是國際光學天文的重鎮。「凱克之父」Jerry Nelson親自接待了三人小組。加州大學天文台的「哈勃學者」蔡崢博士和他的同學、光學設計師馬冬林博士也參與了對「四鏡」方案的討論。

這次訪問得到的結論是：「四鏡」方案通過增加一塊改正鏡雖能獲得較好像質，但作為地面望遠鏡，其實際像質更大程度上受限於天文台所在地近地面大氣層的穩定性（「視寧度」）。多增加一鏡，會增加光的反射損失，減弱LOT探測暗弱天體的目標能力。

更多問題來自於設計中第四面鏡（M4）上的開孔。這個開孔進一步增加了光損，同時，對不同視野大小的終端儀器，需要更換不同開孔的M4，這可能會非常耗時，增加了在海拔5000米的候選台址本已充滿生理挑戰的環境下，運行維護望遠鏡的難度。另外，開孔會使星點周圍出現更明顯的衍射環，干擾對黑洞吸積盤、系外行星等科學目標的直接成像。這些挑戰讓 LOT 前期工作組暫停了對天光所「四鏡」方案的推進。

三人小組這次訪問之後，在華中科技大學工作的馬冬林博士充分結合「凱克之父」Jerry Nelson領導撰寫的加州大學天文台設計報告，將傳統的「三鏡」方案整理成案，上報天文大科學中心。至此，南京天光所「四鏡」方案與華科大/加州大學天文台「三鏡」方案的角逐態勢正式形成。

國家天文台興隆基地的郭守敬望遠鏡（LAMOST）。圖片來源：lamost.org

兩次評審

2017年4月，為公正考察「三鏡」、「四鏡」兩種方案的優劣，大科學中心組織了一隻陣容豪華的國際專家評審組，其成員包括一批國際頂級8-10米級口徑望遠鏡的核心技術專家。經過近一個月的論證，國際專家組幾乎一面倒的傾向於傳統的「三鏡」方案的建議。這使得天文界一度認為，「下半場」的論戰在今年5月已經塵埃落定。

2017年7月，科學院召開內部LOT方案評審會，得出了多數票支持「四鏡」方案的表決結果。5月似已「塵埃落定」的「三鏡」方案遭遇反轉，12米大口徑望遠鏡技術路線之爭再起波瀾。

浮出水面的技術路線之爭

8月6日，陳建生院士一封4000多字的公開信被公開。在信中，陳建生院士說明了他與崔向群院士關於12米大口徑光學望遠鏡技術路線的分歧。

8月7日，崔向群院士與蘇定強院士聯合發表公開信——「評陳建生的信」，對陳建生院士的質疑一一做出回應，說明了各自的觀點。

在中科院條件保障與財務局對陳建生院士的回復中，我們看到了一段引述自曹凝副局長的話：「目前的情況是：1、時間很緊，國家要求『十三五』重大科技基礎設施項目今年年底前完成項目建議書批複、2018年底之前必須開工建設；不能按時開工的話項目將會被調整，並且會影響今後其他天文項目的立項。2、存在爭議的項目發改委不予受理，我們需要儘快內部達成一致意見。」

建設中國自己的十米級望遠鏡對中國天文學界來說是一件大事、一個來之不易的機遇。很多人擔心「沒完沒了地吵下去，項目被發改委淘汰」，也有很多人擔心倉促之下LOT會成為一個失敗的工程。

尤其可貴的是，一批青年天文人也積極的參與到討論中，毫無事不關己的怠慢，令人感觸深刻。

很多在海外工作的華人天文學家也看到了這場浮出水面的「路線之爭」，紛紛發聲，期待能推動「三鏡」、「四鏡」之爭儘快落幕。

這場討論還在持續進行著，並正在朝向公開、理性的方向前進。

作者：劉博洋，中國科學院國家天文台在讀博士

編輯：明天

排版：曉嵐

本文系網易號特色賬號成長計劃簽約作者劉博洋創作，首發於果殼科學人。

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