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薛隨建介紹TMT項目國際分工。孫自法攝

薛隨建介紹TMT項目運行效果示意圖。孫自法攝

　　作為平方公里陣射電望遠鏡(SKA)七大創(chuàng)始成員國之一，中國同另六國幾天前已共同簽署SKA天文臺公約，標志著國際大科學工程SKA建設(shè)迎來重要里程碑。

　　曾兼任SKA科學和技術(shù)咨詢委員會成員的中國科學院國家天文臺副臺長薛隨建研究員近日接受中新網(wǎng)記者專訪，對這一進展頗感欣慰，并希望以此為契機，推動中國團隊作為創(chuàng)始成員參與的下一代巨型光學紅外望遠鏡——三十米望遠鏡(TMT)國際合作計劃，能盡快獲得國家層面立項支持，推動中國天文研究在光學望遠鏡領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越發(fā)展。

　　TMT是一臺什么樣的天文望遠鏡

　　薛隨建現(xiàn)任TMT國際天文臺理事會成員、科學委員會成員和中國項目部(CTMT)經(jīng)理。他介紹說，TMT是一臺地基、光學/紅外、主鏡直徑為30米的下一代旗艦級望遠鏡，總造價約18億美元，將建于世界頂級天文觀測臺址的夏威夷莫納克亞峰。按照目前情況推算，TMT大約將在2028年左右完成全部主體及第一代科學儀器建設(shè)，開始首光觀測，成為開創(chuàng)地基光學天文望遠鏡的下一個時代、主宰未來數(shù)十年光學天文觀測的望遠鏡之一。

　　TMT主鏡比標準籃球場還要大得多，鏡面采用492面1.44米的六角形非球面子鏡精密拼接而成，不同于最新一代射電望遠鏡的反射面精度要求大約分米級，光學的TMT鏡面加工精度需要達到10的負七次方米，相當于一根頭發(fā)絲直徑的百分之一。TMT還集成自適應(yīng)光學系統(tǒng)并配有激光導星星陣生成發(fā)射子系統(tǒng)，其集光能力10倍于凱克望遠鏡，分辨率10倍于哈勃太空望遠鏡。

　　經(jīng)過天文界接力觀測研究，2.5米口徑望遠鏡發(fā)現(xiàn)宇宙在膨脹，10米級望遠鏡證明宇宙在加速膨脹，未來30米級望遠鏡又會帶來什么？薛隨建表示，TMT確定以探索“兩暗一黑三起源”(暗物質(zhì)、暗能量、黑洞及致密天體、宇宙起源、天體起源、生命起源)為科學目標，可望揭示暗物質(zhì)與暗能量的本質(zhì)、探測宇宙最早形成的天體、觀測黑洞的形成與生長、尋找系外類地行星和地外生命特征等，天文學幾乎所有研究領(lǐng)域都將從中受益。

　　中國為什么要參與TMT項目合作

　　薛隨建指出，在射電天文領(lǐng)域，中國已自主建成FAST(500米口徑球面射電望遠鏡)，并正式簽約SKA天文臺國際合作，但在光學天文領(lǐng)域，中國當前最大口徑4米的郭守敬望遠鏡(大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，LAMOST)只是特殊功能光學望遠鏡，10米級綜合性能光學望遠鏡也還是空白，與國際先進水平相差甚遠，亟需通過國際合作迎頭趕上，實現(xiàn)跨越發(fā)展。

　　而根據(jù)目前觀測，天文學家已提出宇宙起源與演化的大致理論圖景，而驗證這些理論，窮究宇宙的本質(zhì)、緣起和演化，需要更大30米級光學望遠鏡。美國和歐洲都在緊鑼密鼓地規(guī)劃和研發(fā)下一代地基超大型30米級光學/紅外望遠鏡，主要包括TMT、24.5米口徑巨型麥哲倫望遠鏡(GMT)和39米口徑歐洲極大望遠鏡(ELT)這3個項目。

　　薛隨建介紹說，中國天體物理發(fā)展戰(zhàn)略專家委員會通過委托天文儀器與國際合作工作組對3個項目進行調(diào)研、評估、比較，最終選擇并正式推薦中國參加最符合國情、最有利天文學發(fā)展的TMT項目。2009年2月，該委員會通過關(guān)于中國參與TMT國際合作的決議，強調(diào)參與TMT國際合作是關(guān)系到中國21世紀天文學發(fā)展的重大戰(zhàn)略決策，是本世紀一次不可錯過的機會，對中國天文學以及其他相關(guān)科學與技術(shù)的發(fā)展具有深遠的影響。隨后，中科院國家天文臺、長春光學精密機械與物理研究所、光電技術(shù)研究所聯(lián)合成立TMT國際合作工作推進委員會。

　　他認為，中國通過參與TMT國際合作，科學上將按投資比例分享觀測時間，為幾代天文學家躋身國際前沿、取得科學突破提供機遇；技術(shù)上可學習與分享國際大型光機設(shè)備研發(fā)與先進制造的綜合經(jīng)驗；人才與管理方面可與國際一流隊伍并肩發(fā)展頂級大科學裝置，享有TMT管理和運行的平等權(quán)利，學習先進管理經(jīng)驗。所有這些收益，也將為中國未來在本土建設(shè)運行大口徑光學望遠鏡奠定重要基礎(chǔ)。

　　此外，TMT座落于北半球，亦可銜接LAMOST和FAST，更好研究揭示暗物質(zhì)與暗能量的本質(zhì)、探測第一代天體、理解大質(zhì)量黑洞的形成與生長、描繪系外行星系統(tǒng)形貌特征等天文學前沿課題。

　　中國TMT團隊“萬事俱備，只欠東風”

　　薛隨建說，歷經(jīng)觀察員、研發(fā)伙伴、簽署科學共同體總協(xié)議和發(fā)起成立TMT國際天文臺(TIO)，中科院國家天文臺領(lǐng)導的中國TMT團隊，與美國加州大學、加州理工學院、日本國立天文臺一起成為TMT創(chuàng)始成員，印度科技部和加拿大國家研究委員會則是之后加入。

　　在中國TMT團隊參與項目進程中，也得到中國科技界的積極響應(yīng)與支持：2009年9月，中國光學事業(yè)奠基人王大珩等19位院士致信國務(wù)院提出關(guān)于參與TMT國際合作項目的建議；2011年6月，14位中國工程院院士聯(lián)名建議積極參與TMT國際合作項目；2011年10月，科技部組織召開“中國參與國際天文大科學工程專家論證會”，專家組認為TMT方案合理可行，對中國參與SKA和TMT都予以強烈推薦；2013年12月，《中國科學技術(shù)發(fā)展報告》明確提出“中國正式成為TMT國際科學計劃主要合作伙伴”；2015年9月，全國天文領(lǐng)域同行專家對“十三五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目建議天文領(lǐng)域的8項建議進行咨詢評議，TMT位列第一；2016年6月，TMT國際合作項目在北京舉行的中美大學天文合作高峰論壇被重點討論，希望TMT能夠成為中美大學天文合作平臺。

　　中國TMT團隊包括11個科研院所和7所大學參與TMT科學探索、技術(shù)研發(fā)，承擔TMT10%任務(wù)份額，其中研發(fā)實物貢獻率不低于70%。中國爭取到的TMT核心任務(wù)包括拼接鏡面子鏡單元制備、巨型能動科學轉(zhuǎn)向鏡全系統(tǒng)設(shè)計制造、激光器與激光導星系統(tǒng)、科學儀器寬視場光學光譜儀和紅外成像光譜儀的多個子任務(wù)、科學儀器制冷系統(tǒng)、第二代科學儀器高分辨率光學光譜儀和中紅外成像光譜儀等。

　　目前，TMT各國際伙伴均積極推進項目建設(shè)，中國TMT團隊的技術(shù)實力和研發(fā)方案得到國際認可，實物貢獻研發(fā)取得重要進展：非球面子鏡制備方面，利用已有設(shè)備和兩塊1.1米的實驗鏡，預(yù)應(yīng)力環(huán)拋非球面鏡批量制備技術(shù)路線得到驗證并通過國際評估，正在開展5米環(huán)拋機和全口徑預(yù)應(yīng)力加載及檢測裝置的研發(fā)，以用于全尺寸子鏡的磨制；微妙脈沖鈉導星激光器項目已分別在中外多個天文臺進行多次外場實驗，工程化樣機研制已經(jīng)開始。

　　薛隨建指出，到2018年底，中國TMT團隊包括實物研發(fā)貢獻已投入超過1億元人民幣，中國參與TMT國際合作堪稱是“萬事俱備，只欠東風”，這個“東風”就是在國家層面盡快立項，以推動將TMT國際合作列為中國重大國際科技合作計劃，授權(quán)中科院國家天文臺領(lǐng)導的中國TMT團隊履行TMT協(xié)議承諾、推進實物貢獻研發(fā)，對中國TMT團隊后續(xù)項目給予穩(wěn)定和持續(xù)的政策支持與經(jīng)費投入，樹立中國負責任大國形象并有效保障TMT項目中國權(quán)益。

　　剛剛結(jié)束的中國兩會上，李克強總理在2019年政府工作報告中明確提出的“擴大國際創(chuàng)新合作”“進一步提高基礎(chǔ)研究項目間接經(jīng)費占比，開展項目經(jīng)費使用‘包干制’改革試點，不設(shè)科目比例限制，由科研團隊自主決定使用”等備受科技界關(guān)注。對此，薛隨建呼吁，相關(guān)科技創(chuàng)新政策特別是“包干制”改革，能在TMT國際合作項目上進行試點示范。