美國天文十年規劃呼之欲出，國家極大望遠鏡計劃能否落地？_風聞

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　　9月7日，美國科學院網站發佈一則消息，面向2022-2032的天文和天體物理十年規劃（Decadal Survey）Astro2020，將於2021年秋季發佈！這顯然是為了安撫無數人焦急期待、甚至惴惴不安的複雜心情。Astro2020是美國歷史上第7個十年規劃，包括美國國家極大望遠鏡計劃US-ELTP等重大地基天文項目計劃，誰能獲得優先推薦實施？國際天文界也在拭目以待。對於中國天文界來説，因為深度參與US-ELTP，因此，不再僅僅是美國十年規劃的看客而已。

　　圖1. 美國極大望遠鏡計劃US-ELTP的核心，是規劃建設一南（智利）一北（夏威夷）兩架30米級光學-紅外望遠鏡，即GMT（24.5米，右圖）和TMT（30米，左圖）

　　美國光學天文，傳統上富商、巨賈、慈善家及私人基金會，起了巨大的助推作用。如今我們耳熟能詳海爾5米望遠鏡、以及麥哲倫6.5米，以及凱克10米望遠鏡等等，都隸屬於捐贈受益的、少數精英大學或機構，但使用權並不普惠大眾，多數大學的天文學者，還是更加期待國有光學天文設備的長足發展。相比於二戰之後，受益於國家投入，迅速發展起來的射電天文、空間天文、高能天文等等，國有大型光學設施的缺乏，成為制約美國天文學整體發展的嚴重瓶頸。上世紀60年代，美國首個十年規劃（Ground-Based Astronomy: ATen-Year Program, 1964）關注的焦點是如何規劃國有、地基光學實施的發展。之後，經歷數個十年規劃的助力，美國國立光學天文設施從4米級設備起步，也終於在新世紀初建成了兩座8米口徑，一南一北分佈的雙子座天文台，此外，2023年還即將啓用魯賓勞拉（8米）、功能強大的、全景式巡天望遠鏡，至此，美國國立大型光學設備總算有了新格局。

　　圖2. 美國天文十年規劃Astrono2020進程（https://www.nationalacademies.org/our-work/decadal-survey-on-astronomy-and-astrophysics-2020-astro2020）

　　自上世紀90年代起，光學-紅外天文進入地基和空間觀測並駕齊驅的時代。多架歐美地基8-10級望遠鏡，以及空間哈勃望遠鏡（2.4米）協同配合，令歐美天文學家斬獲近年來多天文項諾獎成果，同時也揭示出更多的宇宙謎團，呼喚望遠鏡的探測能力要有量級上的跨越。即將發射的美國詹姆斯韋伯空間望遠鏡（6.5米），標誌着這個空地探測能力實現量級跨越的、新時代的開端，那麼國際上早已名聲赫赫的三大地基極大望遠鏡方案，即美國三十米望遠鏡TMT(口徑30米)、巨麥哲倫GMT（24.5米）和歐洲南方天文台的極大望遠鏡計劃E-ELT（39米），各自起起伏伏，在過去的20年裏，的確上演了一場“龜兔”賽跑的“軍備”競爭。

　　圖3. 由美國、中國、日本、加拿大和印度五國分工協作建設的三十米光學-紅外望遠鏡TMT。中方相關機構承擔了包括望遠鏡主鏡、三鏡、激光導星系統和科學儀器及製冷系統的研發任務，如果全部實現，將主要以實物貢獻的形式，享有TMT國際天文台10%份額的權益

　　受益於慈善家戈登摩爾（Gordon Moore）私人基金會2億美金的資助，加州理工和加州大學系統啓動了TMT項目研發，之後TMT又發展了包括加拿大、日本、中國（國家天文台代表）和印度四個國際合作夥伴，於2014年成立TMT國際天文台（TIO），原計劃於2015年在夏威夷大島破土動工，2025年實現首光。不曾想TMT開工，獲得舉世關注事件，卻成了夏威夷原住民，與地方政府及相關機構歷史積怨的爆發點，藉機對抗各種行政法令，以爭取各種社會利益訴求。TIO組織甚至是夏威夷州政府顯然不能一時安撫好夏威夷原住民的情緒，至今，TMT延期開工6年之久，不可避免的造成項目造價的膨脹。

　　由美國卡內基科學基金會哈佛大學等發起的GMT計劃，雖然發展包括澳大利亞和韓國機構的加盟，而且台址建設在智利也順利啓動，但磨製7面8.4米主鏡的工程耗資過大，已幾乎耗盡原項目預算。能否於2029年實現首光？還有極大的不確定因素。

　　圖4. 巨型麥哲倫望遠鏡（Giant Magellan Telescope，GMT）是正在建造中的地基極大望遠鏡

　　而於此同時，擁有17個成員國的E-ELT計劃正在緊鑼密鼓的推進，並預計2027年工程竣工。看來，人類極有可能在南半球智利，首先慶祝地基極大望遠鏡的竣工。

　　無論如何，美國社會也強烈關注，在傳統領先的天文優勢領域，是否就此輸掉這場科技競賽？

　　十年前，由於三十米望遠鏡TMT(口徑30米)和巨麥哲倫GMT（24.5米）項目的激烈競爭，Astro2010委員會認為有限的聯邦資源，只可能支持一個巨型拼接望遠鏡GSMT計劃，而且正因為這個原因，優先級被排在第三位。規劃報告要求，國家基金會，要從TMT和GMT兩個GSMT望遠鏡方案中，二擇其一，在私人基金和國際夥伴資金的基礎上，投入佔比1/4的聯邦資金，使美國大眾天文學家，可以分享相應比例的望遠鏡機時。要知道美國TMT和GMT分別所代表的兩大天文勢力，有着上百年的競爭、對立的關係，他們也別發展了巨型望遠鏡的獨家技術，讓他們融合出一個方案幾乎不可想象。

　　在巨型望遠鏡時代，美國完全依仗私人資金的傳統不可能延續。2018年前後，在NSF及其所屬的、美國大學天文研究聯盟（即AURA，其旗下管理運行國立光學天文台NOAO）的促成下、以及在所有國際夥伴成員的敦促下，TMT和GMT兩大項目及其背後的加州理工學院和卡內基天文台，終於化解了百年恩怨，形式上聯合起來，與升級NOAO組成光學紅外國家實驗室（NOIRLab），多措並舉，形成了美國極大望遠鏡計劃US-ELTP項目提案，提交Astro202l論證，以期通過業界的權威規劃推薦，最終獲得聯邦基金的加持。

　　圖5. 美國國家基金會旗下，由全美大學天文研究聯盟（公司）AURA管理的國立光學天文台NOAO系統，分佈在美國亞利桑那、夏威夷和智利等天文台的4-8米光學-紅外望遠鏡設施

　　可想而知，US-ELTP提案，即使在前期私募和國際合作夥伴協議貢獻的基礎上，還將耗資20億美元，除了空間項目不説，與此同時，地基射電、引力波等天文方向，也有呼聲很高大項目，因此Astro2020的優先推薦次序，是US-ELTP能否最終落地的關鍵！

　　TMT作為US-ELTP計劃的核心組成，國家天文台所領導的中方團隊已經有超過10年的研發投入。TMT經歷了兩個十年規劃的“洗禮”，“時”和“勢”都發生了鉅變，科學和技術已經不再是科學大裝置建設充分決定因素。科學與文化融合，充分尊重原住民權益的社會和解策略已經深入人心，加上覆雜的國際局勢，中方參與TMT計劃的最終走向還要取決於中美雙邊政府的態度。無論如何，新一代極大望遠鏡建設，是關乎人類命運共同體事業的“星”征程，我們期待它能在中美雙邊踏實落地！