中國“慧眼”仰望星空

人類對于星空的敬畏和好奇源于天性，深邃的宇宙就如同有著魔力一般。回顧科學發展的歷史，人類對于星空的著迷似乎從來不分民族、地域或時間。即使是視力優秀的人在夜晚最多也只能看到幾千顆星，這個數量和宇宙的龐大相比不值一提。例如，據天文學家估算，僅在銀河系中就有超過1000億顆恒星。

想要看到更暗的恒星和更深邃的宇宙，需要借助天文望遠鏡的力量。1608年，荷蘭眼鏡制造商漢斯·利普西向政府提交了一項折射望遠鏡的專利，這是現存最早的望遠鏡發明記錄。這項發明當時可以說風靡歐洲，很快就傳到了意大利物理學家伽利略耳中，之后他在一個月內便造出了自己的望遠鏡，并將它指向了天空。從此，人類便拉開了利用望遠鏡來觀察和理解宇宙的帷幕。

專家名片

閆宏亮

中國科學院大學天體物理博士，中國科學院天文大科學研究中心LAMOST優秀骨干

陳穎為

中國科學院國家天文臺高級工程師

現代天文望遠鏡已經遠非伽利略時代的望遠鏡所能比擬，它們不但更大、精度更高，還涵蓋了幾乎各種電磁波段（例如X射線、光學、紅外、射電等）。不過，回顧現代天文望遠鏡的歷史，不難發現光學天文望遠鏡在一個相當長的時間內占據著絕對主導的地位。下面就通過國家天文臺興隆觀測站的介紹，來一窺中國現代光學天文望遠鏡的發展歷程。

1.負責選址的科學家們在荒郊野嶺中尋覓了11年

在河北省內燕山主峰霧靈山南麓的連營寨，10個現代化的天文圓頂矗立于郁郁蔥蔥的山脊之上。這里就是當今亞洲規模最大的光學天文觀測基地——中國科學院國家天文臺興隆觀測站。如果不是偶爾還能看到頗具年代感設計的外賓樓和紅磚圍墻，很難想象這座占地700畝的現代天文觀測站已經歷了半個世紀的滄桑。

興隆縣隸屬于河北省承德市，它位于北京的東北方向，海拔約900米。生活在城市中的人如果去過興隆站，就會被這里優美的自然環境所吸引。

不過若有幸在這里留宿，夜晚的興隆站才會真正展現出她最迷人的一面。璀璨的銀河劃開整個夜空，繁星點點令人眼花繚亂。

也許在此之前你從未感受過星空的壯麗，但在這里只要你抬頭一望，便立刻能領悟“震撼”二字的含義。牛郎和織女仿佛不再如傳說般遙遠，獵戶的身影再也不撲朔迷離，就連淡藍色的昴星團似乎也近在眼前。這時你會深切理解什么叫作“手可摘星辰”。若是時機合適，在你仰望星空之時甚至總能捕捉到一些流星的身影，它們就像夜晚的精靈。

和普通望遠鏡不同，科研用的天文望遠鏡更大、更重、精度更高，同時也很難移動。因此，建設天文望遠鏡之前，必須考慮一個重要的問題：建在哪兒？

天文學家們需要前往全國各地人跡罕至之處（為了避開光污染），選擇晴夜數較多（有更多的時間可以觀測）、大氣寧靜度較好（拍攝的圖像質量會更好）的地點作為觀測站的站址。

在選擇興隆之前，負責選址的科學家們在荒郊野嶺中尋覓了11年，這期間的苦累同經常出現的生命危險比不值一提。為了找到優良的天文臺址，當時動用了幾乎所有可能的手段，現在的興隆站站址，是歷經千辛萬苦才確定的。

2.60厘米望遠鏡、2.16米望遠鏡

興隆觀測站目前共有50厘米以上的天文望遠鏡9架。這里既有著名的郭守敬望遠鏡（LAMOST），又有我國自主研制的第一臺大型光學望遠鏡“216”……每一臺天文望遠鏡背后都有精彩的故事，凝結著中國天文學家和工程師們的汗水。更重要的是，它們在各自領域均作出過基礎的科學貢獻，見證了我國天文學的發展。

新中國成立以來，我國的天文學家一直希望用自己的天文望遠鏡做天文研究，早在1958年就提出自主建造一架2.16米（85英寸）口徑的望遠鏡。很快在當年就獲準建造。

2.16米望遠鏡屬大型、精密的光機系統，當時的工業基礎要想建造這樣的大型望遠鏡幾乎沒有可能。為了積累經驗，老一輩天文學家提出先建造一架60厘米的小型望遠鏡做前期試驗。我國老一輩天文學家用這架望遠鏡取得了不少成果，其中之一就是尋找超新星。過去發現超新星并不容易，找到超新星在世界范圍內屬有顯示度的成果，我們的天文學家創新尋找方法，用60厘米望遠鏡在很短的時間里找到了四十多個超新星。

60厘米望遠鏡完工之后，我國在此領域有了一定的積累，這種積累既有工程技術方面的，也有人才隊伍方面的。于是，2.16米望遠鏡的建造便于1974年重新被提上日程，并于1986年開始建設，1989年建成。從望遠鏡批準到最后建成，歷時31年。這是幾代科學家歷盡艱辛，從零開始逐步摸索才取得的成就。

2.16米望遠鏡建成后，我國天文學家除了可以觀測天體圖像，還新增了一個選項：光譜觀測。對于光譜，很多人可能并不熟悉，但對于彩虹我們就不陌生了——其實彩虹就是太陽的光譜。

我們都知道，用三棱鏡可以將太陽光色散成七色光，這個七色光也是太陽的光譜。天文學家是用特殊的方法將星光色散成“七色光”，星光的“七色光”就是天體的光譜。當然，所謂顏色，其實是不同波長的光，天文觀測上的光譜分辨率往往是遠高于七個顏色的，因此天文光譜就是一個天體在不同波長處的能量。天體的光譜可以告訴我們很多的信息，例如我們可以知道天體中每種元素的含量、天體沿著我們視線運動的速度、天體的溫度、重力、旋轉速度和磁場，甚至可以知道天體的年齡。

2.16米望遠鏡產出了一大批有代表性的成果，特別是超新星光譜的觀測讓它名聲大振。

最近，2.16米望遠鏡又有新發現。這是一個由國際天文學家團隊所進行的合作研究，他們利用全世界各地的望遠鏡共同觀測了超新星iPTF14hls。這顆超新星自1954年以來，已經爆炸過6次，像是擁有不死之身一樣。2.16米望遠鏡貢獻了其光譜序列中最早的兩條光譜。

2.16米望遠鏡建成之后，我國天文學家通過它拍攝的光譜做出了很多成果，但它也無法避免效率不太高的問題。于是我國的天文學家便開始思考能否建造一個專門用于拍攝光譜的望遠鏡，讓它具備遠超傳統望遠鏡的光譜獲取能力。最終，這個愿望得以實現，它就是郭守敬望遠鏡。

3.郭守敬望遠鏡

郭守敬望遠鏡于1997年立項，2008年建成。它是目前我國最大的光學望遠鏡，其有效通光口徑達到4米。

郭守敬望遠鏡的結構完全由我國的科學家獨創，地球上沒有第二架。王綬琯院士和蘇定強院士主要構思出了這架望遠鏡的結構，崔向群院士帶領南京天文儀器光學研究所與多家科研團隊合作將其變為現實。

郭守敬望遠鏡結構設計特殊，同時兼具大口徑和大視場兩個優點，大口徑意味著更多的進光量，大視場意味著可觀測的范圍更廣，可同時觀測的目標數量更高。郭守敬望遠鏡的焦面上安裝了4000根可以自由移動的光纖，也就是說一次觀測就能拍攝近4000個天體的光譜。直到今天郭守敬望遠鏡還是世界上光譜獲取效率最高的望遠鏡。

它于2012年開始運行，至2015年上半年僅兩年半的時間，它獲取的光譜數量就已經超過了世界上其他望遠鏡之前拍攝所有光譜數量的總和。截止到2018年6月一期觀測結束，郭守敬望遠鏡總共獲取了超過900萬條光譜，而這個數字還將會隨著已經開始的二期觀測而繼續以驚人的速度增加。

利用郭守敬望遠鏡龐大的光譜數量，天文學家們得以對銀河系進行“星口普查”。例如，天文學家利用郭守敬望遠鏡為銀河系重新畫像，兩次刷新了銀河系半徑大小，從原來的5萬光年擴大到了10萬光年，增加了一倍;還有最近郭守敬望遠鏡發現了人類已知的鋰含量最高的巨星，它的鋰含量是同類恒星的3000倍以上，堪稱“宇宙最大充電寶”;再比如：郭守敬望遠鏡最近發現了萬余顆來自宇宙早期的貧金屬星，它們如同宇宙的“化石”一樣記錄了宇宙早期的演化信息;郭守敬望遠鏡找到了一批超高速星，它們的速度快到甚至可以擺脫銀河系的引力。

興隆觀測站現在每年接待公眾參觀1萬余人次。相信隨著我國公眾科學素質的提高，會有越來越多的人會來這里仰望星空，探究宇宙的奧秘。