記者劉亞?wèn)|攝
郭守敬望遠(yuǎn)鏡半徑6米的主鏡由37個(gè)五邊形鏡坯單元組成，它們是這個(gè)我國(guó)最大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的核心部份。圖片來(lái)自網(wǎng)路
在怎樣建設(shè)12米口徑大望遠(yuǎn)鏡的爭(zhēng)辯中，郭守敬望遠(yuǎn)鏡躺槍了。這個(gè)我國(guó)迄今口徑最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡屢次被作為一個(gè)不太成功的案例提到。究竟該怎樣評(píng)價(jià)它？參與該項(xiàng)目六年的研究人員有話說(shuō)。
郭守敬望遠(yuǎn)鏡（）始終都是中國(guó)天文學(xué)家心里解不開(kāi)的結(jié)——它是中國(guó)人主導(dǎo)的最大規(guī)模的天文巡天項(xiàng)目，在銀河系研究領(lǐng)域走在了世界前列；它又是一個(gè)完全沒(méi)有實(shí)現(xiàn)最初科學(xué)目標(biāo)的項(xiàng)目。看見(jiàn)前一點(diǎn)的天文學(xué)家們會(huì)稱許它的成功，聽(tīng)到后一點(diǎn)的則指責(zé)它的失敗。究竟怎樣評(píng)價(jià)它，是失敗了還是成功了，我們從中體悟到了哪些？系統(tǒng)總結(jié)整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)對(duì)今后中國(guó)規(guī)劃大科學(xué)裝置有注重大參考意義。
■沉淪
星體巡天曾是的首要目標(biāo)。但是，熱切的希望被殘酷的現(xiàn)實(shí)澆滅。因?yàn)橛^測(cè)極限星等遠(yuǎn)高于計(jì)劃值，實(shí)際獲得的河外天體波譜數(shù)僅為原計(jì)劃的2%。
總體而言，項(xiàng)目的經(jīng)歷猶如坐過(guò)山車(chē)，從低端直墮低潮，再自低潮死而復(fù)生。
1997年立項(xiàng)期間撰寫(xiě)的《項(xiàng)目可行性研究報(bào)告》提到，望遠(yuǎn)鏡要“……達(dá)到每?jī)赡?07個(gè)波譜的高生豐度……在研究宇宙學(xué)、星系和星體天文學(xué)中不斷地有新的發(fā)覺(jué)”。在具體闡明研究目標(biāo)時(shí)，“宇宙大尺度結(jié)構(gòu)”是其首要、重點(diǎn)目標(biāo)。大多數(shù)中國(guó)實(shí)測(cè)和理論天文學(xué)家都以前對(duì)此寄寓厚望。直至2009年，項(xiàng)目的首要目標(biāo)仍舊為“包括北、南銀冠區(qū)各250萬(wàn)個(gè)星體的巡天，150萬(wàn)個(gè)亮紅星體巡天和約100萬(wàn)個(gè)類恒星的觀測(cè)”。但是到了2012年前后，測(cè)試觀測(cè)和先導(dǎo)巡天的結(jié)果徹底擊碎了這部份天文學(xué)家的夢(mèng)，熱切的希望頓時(shí)被殘酷的現(xiàn)實(shí)澆滅。
天文學(xué)家面臨的現(xiàn)實(shí)情況是：望遠(yuǎn)鏡未能實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)，由于極限星等只能達(dá)到約18等，遠(yuǎn)高于計(jì)劃的20.5等，偵測(cè)極限僅僅為計(jì)劃的非常之一。因?yàn)楹油馓祗w大多很暗，這樣的偵測(cè)能力根本沒(méi)法對(duì)其舉辦有效觀測(cè)。截止2017年6月，實(shí)際共觀測(cè)了上百萬(wàn)河外天體，但最終僅獲得了15萬(wàn)個(gè)星體和5萬(wàn)個(gè)類恒星有效波譜，僅為原定千萬(wàn)河外天體波譜的2%！和SDSS這個(gè)2.5米望遠(yuǎn)鏡相比，它獲得的星體波譜數(shù)量小了將近一個(gè)數(shù)目級(jí)。而SDSS早已在2010年完成了為期六年的巡天，在宇宙學(xué)和星體產(chǎn)生與演變等領(lǐng)域取得大量具有劃時(shí)代意義的科學(xué)成果，并在2009年被評(píng)為最具影響力望遠(yuǎn)鏡，就連“網(wǎng)紅”哈勃空間望遠(yuǎn)鏡也甘拜下風(fēng)。在這樣的背景下，完成星體、宇宙學(xué)的初始科學(xué)目標(biāo)成了不可能完成的任務(wù)。
導(dǎo)致實(shí)測(cè)極限星等較差的緣由是多方面的，但大體上無(wú)外乎兩個(gè)方面：望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)、安裝沒(méi)有達(dá)到原定指標(biāo)；望遠(yuǎn)鏡臺(tái)址的氣象條件不符合原定構(gòu)想。
《可行性研究報(bào)告》中提及，當(dāng)視寧度為3角秒、天光照度為21等／平方角秒時(shí)，對(duì)于20.5等照度的星體雜訊仍可達(dá)到11.7。通常覺(jué)得，幀率超過(guò)10時(shí)波譜是可用的。實(shí)測(cè)中，在上述臺(tái)址條件下，并沒(méi)有達(dá)到這一指標(biāo)。儀器狀態(tài)極端好的情形下以前達(dá)到過(guò)極限星等19等。但這不具備實(shí)際價(jià)值，由于一年也沒(méi)有幾個(gè)夜晚有這么好的運(yùn)氣。而所在地浙江興隆長(zhǎng)期檢測(cè)數(shù)據(jù)表明視寧度平均在2角秒左右，無(wú)月夜的時(shí)侯天光色溫也在20.5—21等/平方角秒，這與立項(xiàng)時(shí)對(duì)臺(tái)址的預(yù)測(cè)差異不大，因而臺(tái)址似乎不能為觀測(cè)性能增長(zhǎng)甩鍋。
據(jù)悉，《可行性研究報(bào)告》中提及測(cè)天體的總效率，即天體單位時(shí)間發(fā)出的光子經(jīng)過(guò)鏡面反射、穿過(guò)光纖和波譜儀，在CCD元件上最終測(cè)量到的比列要達(dá)到16%。而實(shí)際上在開(kāi)始巡天的頭三年總效率僅能達(dá)到1%—3%，那么大的差別其實(shí)也不能全怪臺(tái)址。
遺憾的是運(yùn)行6年多來(lái)沒(méi)能產(chǎn)生一份客觀、科學(xué)的技術(shù)剖析報(bào)告，詳盡地探討什么問(wèn)題是因?yàn)楣鈱W(xué)設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試等引起的天體物理學(xué)高端雜志，什么是由臺(tái)址引起的。為此，這個(gè)鍋由誰(shuí)來(lái)背仍然無(wú)法定論。并且在沒(méi)有科學(xué)根據(jù)的前提下，簡(jiǎn)單地把所有問(wèn)題推給臺(tái)址其實(shí)是有失公允的。
■蛻變
在國(guó)外外專家的不懈努力下，蝶變?yōu)橐慌_(tái)腳塌實(shí)地、給銀河系做“星口普查”的望遠(yuǎn)鏡。根據(jù)它的觀測(cè)能力，北半球天空依然有一億左右的星體可供觀測(cè)，它們中的99.99%都沒(méi)有波譜數(shù)據(jù)。這依然是一項(xiàng)世界級(jí)的工作。
星體波譜的觀測(cè)最初只是巡天的一個(gè)很小的附屬目標(biāo)。自2007年起，這個(gè)小目標(biāo)開(kāi)始即將步入視野。2012年即將巡天開(kāi)始之前，巡天策略逐步由宇宙大尺度結(jié)構(gòu)為重點(diǎn)轉(zhuǎn)弄成了河外天體和星體各占一半。而第三個(gè)科學(xué)目標(biāo)多波段天體證認(rèn)由于涉及觀測(cè)源較少，對(duì)整體巡天策略影響較小。在當(dāng)時(shí)，這實(shí)在是一個(gè)無(wú)奈的選擇，由于看不到比SDSS巡天更暗的星體，假如星體也不看，那就可以直接搬到博物館了。因此，低碼率波譜儀專門(mén)進(jìn)行了改進(jìn)，致使區(qū)分本領(lǐng)有了一定提高，以“兼顧”恒星觀測(cè)。
雖然18等的極限星等仍然對(duì)解決好多銀河系的科學(xué)問(wèn)題有很大制約，但在北半球天空依然有一億左右的星體可供觀測(cè)，它們中的99.99%都沒(méi)有波譜數(shù)據(jù)。如此巨大的波譜樣本依然是一個(gè)世界級(jí)的工作。為了深入剖析舉辦銀河系巡天的科學(xué)意義，一個(gè)中俄合作小組相繼舉辦了4年的核高基，最終于2012年將有關(guān)銀河系巡天的科學(xué)目標(biāo)和巡天計(jì)劃匯總成論文，發(fā)表在《天文學(xué)和天體化學(xué)學(xué)研究》上。
與此同時(shí)，面對(duì)儀器、臺(tái)址、觀測(cè)模式等眾多問(wèn)題，來(lái)自國(guó)家天文臺(tái)、北京學(xué)院、上海天文臺(tái)等單位的天文學(xué)家并沒(méi)有舍棄，她們會(huì)同美方的合作專家和運(yùn)行中心以及北京天光所的工作人員們經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)日夜的磨合、探討，有時(shí)甚至是爭(zhēng)吵，不斷探明問(wèn)題緣由，找尋解決和改進(jìn)方案。雖然不是所有問(wèn)題都最終得到解決，而且經(jīng)過(guò)兩年不懈努力，總算完成了一次不算完美但也差強(qiáng)人意的蝶變。那種志存高遠(yuǎn)、要為宇宙畫(huà)像的最終弄成了腳塌實(shí)地、給銀河系做“星口普查”的“郭守敬”了。
1年先導(dǎo)巡天加上5年即將巡天出來(lái)，90%以上的波譜都是星體波譜，雖然沒(méi)有官方申明，巡天事實(shí)上早已成為以銀河系巡天為主導(dǎo)的項(xiàng)目了。
■危與機(jī)
步入21世紀(jì)以來(lái)，銀河系研究掀起了一個(gè)全球性的高潮，“被迫”轉(zhuǎn)入銀河系研究反倒促使了它的成功。在整個(gè)2010年代，甚至到2020年代前半段，銀河系巡天產(chǎn)出的數(shù)據(jù)都將是全球銀河系研究獨(dú)一無(wú)二的財(cái)富。
危與機(jī)是硬幣的兩面。以前處于危險(xiǎn)的邊沿，假如那次捉住機(jī)遇的話它可能成為宇宙學(xué)研究最重要的巡天項(xiàng)目之一。危情之下，辛運(yùn)地捉住了另一個(gè)機(jī)遇——銀河系巡天。
實(shí)際上并非主動(dòng)決定以銀河系巡天為其新的主要科學(xué)目標(biāo)，情勢(shì)所迫而已。并且，剛巧步入21世紀(jì)以來(lái)銀河系研究掀起了一個(gè)全球性的高潮。首先是SDSS在銀河系領(lǐng)域完成了幾項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性發(fā)覺(jué)，進(jìn)而使銀河系的話題成為焦點(diǎn)，其次冷暗物質(zhì)宇宙模型在大尺度、高紅移獲得了極大成功天體物理學(xué)高端雜志，但依然須要在星體尺度上得到有效驗(yàn)證，銀河系正好是一個(gè)最佳偵測(cè)星體。在這樣的背景下“被迫”轉(zhuǎn)入銀河系研究反倒促使了它的成功。
在整個(gè)2010年代，甚至到2020年代前半段，銀河系巡天產(chǎn)出的數(shù)據(jù)都將是全球銀河系研究獨(dú)一無(wú)二的財(cái)富。2013年，意大利空間局發(fā)射了Gaia天體測(cè)量衛(wèi)星，因而開(kāi)啟了銀河系研究的新紀(jì)元。從2016年Gaia發(fā)布第一批數(shù)據(jù)仍然到2025年左右，都將是與Gaia匹配最好的地面波譜巡天項(xiàng)目，因此被全球天文學(xué)家所注重。注定會(huì)和Gaia是天生的一對(duì)。雖然沒(méi)有Gaia數(shù)據(jù)，迄今為止也在稀有星體偵測(cè)、銀河系結(jié)構(gòu)、恒星運(yùn)動(dòng)學(xué)等方面作出了一批具有重要意義的成果；在太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)速率、暗物質(zhì)密度測(cè)定、銀河系總質(zhì)量稱量等方面給出了新的結(jié)果。非常須要強(qiáng)調(diào)的是，和知名的巡天項(xiàng)目舉辦了緊密合作，在系外行星研究和星體數(shù)學(xué)方面取得了特別突出的成果，發(fā)表在包括《自然》在內(nèi)的國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)刊物上，突顯了其國(guó)際影響力。基于的數(shù)據(jù)發(fā)表的科學(xué)論文早已有大概20%是完全由國(guó)際團(tuán)隊(duì)獨(dú)立作出的，這更突顯了項(xiàng)目越來(lái)越重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。和同時(shí)期、同類型國(guó)際其他星體波譜巡天相比，在科學(xué)產(chǎn)出上并不落下風(fēng)，科學(xué)成果的影響力也正在逐步顯露下來(lái)。可以說(shuō)銀河系巡天前景一片光明。
■過(guò)去—現(xiàn)在—未來(lái)
因?yàn)橛?jì)劃和結(jié)果南轅北轍，算不上一個(gè)成功的大科學(xué)項(xiàng)目。但它仍是世界上銀河系研究最核心的重器之一，是中國(guó)天文學(xué)榮登世界的重要標(biāo)志。中國(guó)天文學(xué)家理應(yīng)站在中國(guó)天文學(xué)的整體利益上審視的功與過(guò)，給它一個(gè)公平的歷史評(píng)價(jià)。
倘若從1997年立項(xiàng)，甚至更早的項(xiàng)目建議階段梳理的科學(xué)目標(biāo)，我們會(huì)發(fā)覺(jué)明天的巡天項(xiàng)目可能是一個(gè)“假”的。
從這些研究宇宙學(xué)和河外天體的天文學(xué)家的立場(chǎng)出發(fā)，如何批評(píng)都可以理解，其實(shí)當(dāng)年那些人都被誤導(dǎo)得不要不要的。最后呢，壓根沒(méi)干成這些事。
但是假如你們站在寬恕的角度，從我國(guó)天文學(xué)整體發(fā)展來(lái)看，現(xiàn)在的成績(jī)也算卓著，還是可以掏出來(lái)展示一番的。雖然開(kāi)始的時(shí)侯并不是以銀河系為主要目標(biāo)，但最終卻成了世界上銀河系研究最核心的重器之一，成為中國(guó)天文學(xué)榮登世界的重要標(biāo)志。
假如還要非說(shuō)失敗，未免就有些小家子氣了。其實(shí)，也毋須大吹大擂它怎樣大獲成功——不要忘了雖然有如此多人如此艱難地把它從一具“僵尸”拉回到了正軌，這個(gè)大科學(xué)項(xiàng)目現(xiàn)在仍是與當(dāng)年的計(jì)劃南轅北轍，這無(wú)論怎樣都有些難堪。其實(shí)僅是運(yùn)氣成份更多一些，加上好多實(shí)際參與人員自始至終不拋棄不舍棄。還要謝謝天上的這些星體，由于它們比星體更亮，比星體更多。
我仍然為之自豪的一點(diǎn)就是天文學(xué)家總是能否游刃有余地穿行在時(shí)間軸上，在過(guò)去、現(xiàn)在、未來(lái)之間御風(fēng)而行。那個(gè)行當(dāng)能有天文學(xué)家那樣開(kāi)闊的心胸，容下百億年的滄海桑田？在對(duì)待的問(wèn)題上，中國(guó)天文學(xué)家也要有這么的心胸。看過(guò)去，看如今，看將來(lái)，不要被自己昏暗的研究領(lǐng)域和利益畸戀所束縛，站在中國(guó)天文學(xué)的百年大計(jì)上審視的功與過(guò)，給它一個(gè)公平的歷史評(píng)價(jià)。