編者按

“嫦娥四號”成功登陸月面，火星探測計劃公布，科幻電影《流浪地球》上映持續(xù)火爆……2019年，越來越多的中國人抬頭仰望星空，向深邃的宇宙和璀璨的星河投去目光。人類想要看到更暗的恒星和更深邃的宇宙，常需要借助天文望遠(yuǎn)鏡的“慧眼”。本期邀請中國科學(xué)院國家天文臺專家為讀者介紹中國現(xiàn)代光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展歷程和亞洲規(guī)模最大的光學(xué)天文觀測基地。

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?；仡櫩茖W(xué)發(fā)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(yōu)秀的人在夜晚最多也只能看到幾千顆星，這個數(shù)量和宇宙的龐大相比不值一提。例如，據(jù)天文學(xué)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(yuǎn)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(yuǎn)鏡的專利，這是現(xiàn)存最早的望遠(yuǎn)鏡發(fā)明記錄。這項發(fā)明當(dāng)時可以說風(fēng)靡歐洲，很快就傳到了意大利物理學(xué)家伽利略耳中，之后他在一個月內(nèi)便造出了自己的望遠(yuǎn)鏡，并將它指向了天空。從此，人類便拉開了利用望遠(yuǎn)鏡來觀察和理解宇宙的帷幕。

現(xiàn)代天文望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)遠(yuǎn)非伽利略時代的望遠(yuǎn)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(xué)、紅外、射電等）。不過，回顧現(xiàn)代天文望遠(yuǎn)鏡的歷史，不難發(fā)現(xiàn)光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡在一個相當(dāng)長的時間內(nèi)占據(jù)著絕對主導(dǎo)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(xiàn)代光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展歷程。

1.為了更好仰望星空，負(fù)責(zé)選址的科學(xué)家們在荒郊野嶺中尋覓了11年

在河北省內(nèi)燕山主峰霧靈山南麓的連營寨，10個現(xiàn)代化的天文圓頂矗立于郁郁蔥蔥的山脊之上。這里就是當(dāng)今亞洲規(guī)模最大的光學(xué)天文觀測基地——中國科學(xué)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(shè)計的外賓樓和紅磚圍墻，很難想象這座占地700畝的現(xiàn)代天文觀測站已經(jīng)歷了半個世紀(jì)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(yōu)美的自然環(huán)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(xiàn)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(lǐng)悟“震撼”二字的含義。牛郎和織女仿佛不再如傳說般遙遠(yuǎn)，獵戶的身影再也不撲朔迷離，就連淡藍(lán)色的昴星團(tuán)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(jī)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(yuǎn)鏡不同，科研用的天文望遠(yuǎn)鏡更大、更重、精度更高，同時也很難移動。因此，建設(shè)天文望遠(yuǎn)鏡之前，必須考慮一個重要的問題：建在哪兒？

天文學(xué)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(shù)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(zhì)量會更好）的地點作為觀測站的站址。

在選擇興隆之前，負(fù)責(zé)選址的科學(xué)家們在荒郊野嶺中尋覓了11年，這期間的苦累同經(jīng)常出現(xiàn)的生命危險比不值一提。為了找到優(yōu)良的天文臺址，當(dāng)時動用了幾乎所有可能的手段，現(xiàn)在的興隆站站址，是歷經(jīng)千辛萬苦才確定的。

 2.我國光學(xué)天文領(lǐng)域的“明星”：60厘米望遠(yuǎn)鏡、2.16米望遠(yuǎn)鏡、郭守敬望遠(yuǎn)鏡……

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

新中國成立以來，我國的天文學(xué)家一直希望用自己的天文望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡。很快在當(dāng)年就獲準(zhǔn)建造。

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

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

2.16米望遠(yuǎn)鏡建成后，我國天文學(xué)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(xué)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(dāng)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(yuǎn)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(zhuǎn)速度和磁場，甚至可以知道天體的年齡。

2.16米望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)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(yuǎn)鏡又有新發(fā)現(xiàn)。這是一個由國際天文學(xué)家團(tuán)隊所進(jìn)行的合作研究，他們利用全世界各地的望遠(yuǎn)鏡共同觀測了超新星iPTF14hls。這顆超新星自1954年以來，已經(jīng)爆炸過6次，像是擁有不死之身一樣。2.16米望遠(yuǎn)鏡貢獻(xiàn)了其光譜序列中最早的兩條光譜。

2.16米望遠(yuǎn)鏡建成之后，我國天文學(xué)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(xué)家便開始思考能否建造一個專門用于拍攝光譜的望遠(yuǎn)鏡，讓它具備遠(yuǎn)超傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡的光譜獲取能力。最終，這個愿望得以實現(xiàn)，它就是郭守敬望遠(yuǎn)鏡。

郭守敬望遠(yuǎn)鏡于1997年立項，2008年建成。它是目前我國最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，其有效通光口徑達(dá)到4米。

郭守敬望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)完全由我國的科學(xué)家獨創(chuàng)，地球上沒有第二架。王綬琯院士和蘇定強(qiáng)院士主要構(gòu)思出了這架望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)，崔向群院士帶領(lǐng)南京天文儀器光學(xué)研究所與多家科研團(tuán)隊合作將其變?yōu)楝F(xiàn)實。

郭守敬望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計特殊，同時兼具大口徑和大視場兩個優(yōu)點，大口徑意味著更多的進(jìn)光量，大視場意味著可觀測的范圍更廣，可同時觀測的目標(biāo)數(shù)量更高。郭守敬望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡還是世界上光譜獲取效率最高的望遠(yuǎn)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(shù)量就已經(jīng)超過了世界上其他望遠(yuǎn)鏡之前拍攝所有光譜數(shù)量的總和。截止到2018年6月一期觀測結(jié)束，郭守敬望遠(yuǎn)鏡總共獲取了超過900萬條光譜，而這個數(shù)字還將會隨著已經(jīng)開始的二期觀測而繼續(xù)以驚人的速度增加。

利用郭守敬望遠(yuǎn)鏡龐大的光譜數(shù)量，天文學(xué)家們得以對銀河系進(jìn)行“星口普查”。例如，天文學(xué)家利用郭守敬望遠(yuǎn)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(kuò)大到了10萬光年，增加了一倍；還有最近郭守敬望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)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(yuǎn)鏡最近發(fā)現(xiàn)了萬余顆來自宇宙早期的貧金屬星，它們?nèi)缤钪娴?ldquo;化石”一樣記錄了宇宙早期的演化信息；郭守敬望遠(yuǎn)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(xiàn)在每年接待公眾參觀1萬余人次。相信隨著我國公眾科學(xué)素質(zhì)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。

（作者：閆宏亮，系中國科學(xué)院大學(xué)天體物理博士，中國科學(xué)院天文大科學(xué)研究中心LAMOST優(yōu)秀骨干；陳穎為，系中國科學(xué)院國家天文臺高級工程師）