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只为圆一个中国天文梦

日期:03-09
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成长型通用光学望远镜示意图
吴学兵(左二)和天文界同事在冷湖考察

  6米以上的大口径通用光学望远镜是中国天文研究上的一大空白,也是许多国内天文学者一直以来的梦想。北京大学科维理天文与天体物理研究所副所长、天文学系主任吴学兵就是“筑梦者”之一。

  2月29日,大型通用光学望远镜EAST(成长型通用光学望远镜的英文首字母缩写)首次大学合作签约在北京举行。北京大学与西华师范大学达成合作协议,将共同推进建设亚洲境内最大口径通用光学望远镜。

  签约仪式当天,黑西装、白衬衫的吴学兵走上台,在EAST望远镜科学目标研讨会上,向现场50多位天文学者讲述了项目目前的进展情况,希望大家一起为EAST望远镜的未来建言献策。

看得有多遥远

取决于望远镜的口径

  中国急需建设一台大口径的通用光学望远镜,这个想法一直萦绕在吴学兵的脑海里。

  光学望远镜诞生已久,最早可追溯到1609年的伽利略望远镜,此后几百年的时间里,在天文学研究领域,光学望远镜一直发挥着重要作用。

  看得有多遥远、多清楚,往往取决于望远镜的口径。

  与人们熟悉的中国天眼FAST不同,“中国天眼”的观测目标是宇宙中的电磁波信号。光学望远镜主要观测的是光学波段信号,其原理与人眼类似。因观测目标不同,二者在天文研究上可以互相补充。

  吴学兵介绍,截至目前,全球地面共有17台6.5米到10米口径的光学望远镜,但都集中在西半球,国外目前正计划建3台24米到39米口径的极大光学望远镜。

  中国光学望远镜中最大的是建在河北兴隆、平均通光口径4米的郭守敬望远镜(LAMOST),但这是一台仅能用于光谱巡天的专用望远镜。通用型光学望远镜方面,最大口径的是云南丽江的2.4米望远镜和河北兴隆的2.16米望远镜。

  因为具有较高的分辨率和较好的光学性能,通用望远镜多用于广泛的天文观测任务。

  2023年4月9日,由北大牵头的“成长型通用光学望远镜EAST项目”论证会举行。在规划中,EAST是一台成长型望远镜,分两期建设,主镜口径开始为6米,最后可“成长”到8米。

  未来EAST项目的落地,能大大缩短中国与国外在光学天文设备方面的差距,“虽然起步较慢,但我们也有一些后发优势,如果把仪器做得更好,就可以产出一些先进性成果。”吴学兵表示。

90后浙江校友1000万元支持EAST

  按照EAST项目规划,两期建设总经费预计5亿元到6亿元。

  按以往经验,亿元以上的科研项目往往需要通过层层立项,但操作起来并没有那么顺利。吴学兵是个行动派,他决定多渠道筹钱,先把事情做起来——有了项目基础,大家才有可能对这个项目有更多信心。

  吴学兵发现,随着社会进步,国内不少有经济实力的热心企业和人士开始热衷于支持科学发展。EAST项目的第一笔大额捐赠,正是来自于自己的学生——博士毕业于北大天文系的舒琦。

  1992年出生的舒琦是浙江金华人,本科就读于浙江大学物理系。舒琦第一次听到“大口径通用光学望远镜”这个名词,是在吴学兵向2014级研究生授课的“天体物理前沿”课堂上。

  当时,吴学兵在介绍天文学领域的历史发展和现状时谈到,中国急需建设一台大口径的通用光学望远镜,可惜没有建设资金。

  舒琦再听到这个名词是在2022年11月,吴学兵面向北大校友发布了一条视频,请校友们支持这个望远镜项目。昔日课堂上讨论的景象重回舒琦的脑海,2023年刚过,他就奔赴北京,推开了吴学兵办公室的门。

  “以这个项目来说,1000万元是比较合适的数字。”舒琦和太太是北大天文系读博期间的同学,所以商量了之后,他启动了捐赠程序。

  “在一些国家,不少社会捐赠会给予到基础科学研究。”舒琦说。

  舒琦表示,国家也在呼吁,加大多元化科技投入。这笔捐赠就是基础学科通过社会途径去募集建设资金的一个案例。“真正的科学是需要探索的,特别像物理这样的基础学科,所有的理论都需要实验和设备支持论证。”

  通过洛克菲勒基金会筹款,于1948年建成的美国海耳望远镜,如今在岗76年依然在运转,产出了不少科研成果。在舒琦看来,捐赠一个科学项目,也许没办法马上获得回报和名誉,但20年甚至50年之后,他相信这份投入会以一种更具社会效益、科学价值的方式得到回报。

面向大众开放,青海冷湖将成国际一流观测基地

  在大型光学望远镜EAST首次大学合作签约仪式现场,也公布了项目的选址地——青海冷湖。

  冷湖小镇,遥远荒芜、空气宁静、人烟稀少。2017年底,这片洁净之地首次被我国天文学家发现,十分适合暗夜中瞭望星空。随后几年,这里正以飞快的速度发展:2018年正式启动选址,2020年就有7个项目落地。如今,众多的望远镜伫立在冷湖境内的赛什腾山上,一个国际一流的天文台正在成型。中国科学院国家天文台研究员、冷湖基地首席科学家、西华师范大学天文系主任邓李才说,如果EAST项目建成,那冷湖就真的是国际一流水平的观测基地。

  邓李才介绍,在天文学领域,已经有数个进展中的研究课题正在等待EAST项目的落地。他表示,在天文研究中,光学波段的观测无法缺席,甚至很多时候是最为关键的一环。大型通用型光学望远镜还可以为即将发射的中国空间站巡天空间望远镜CSST和已建成的中国天眼FAST等其他波段望远镜提供后随光学观测,“口径的增大,改变的不仅仅是一个量的问题,而是一个质变的过程。”

  如今,EAST项目面向大众开放,计划筹集2000万元,用于建造EAST望远镜主镜面内圈的6块子镜、完成4次建设台址调研以及开展10场天文科普活动。去年,EAST项目在启动公开捐赠一个月内就有354人次捐赠,其中包括北大天文学系首任系主任、中国科学院院士陈建生捐赠10万元。

  “今年对项目来说是至关重要的一年。”从EAST项目初具雏形并开始筹款以来,吴学兵的生活发生了许多变化:以科研工作者居多的项目筹备委员会申请了微信公众号、拍了短视频推广,还去了杭州、深圳、广州等地进行了关于光学望远镜的天文科普活动,希望更多人关注和参与到大口径光学望远镜的建设中来。

  实际上,EAST项目落地建成还需5到8年时间,到那时,吴学兵也许已不在科研一线,不再使用望远镜进行观测。但即便如此,回头看,他不后悔发起EAST项目:“这几年,我大部分时间还在做教学科研的本职工作,但因为要为EAST望远镜筹款,生活也发生了不一样的变化,比如睡眠没以前那么好了。”吴学兵笑着说道,他还记得在各地做科普活动的时候,孩子们听到光学望远镜都表现出了强烈的好奇,在众筹项目中进行了10元、100元的捐赠,这都给了吴学兵继续下去的力量。