我國建造 12 米級光學望遠鏡應該採用 3 鏡方案還是 4 鏡方案?兩種方案的優劣比較如何?

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The optical system of the proposed Chinese 12-m optical/infrared telescope--Su et al. (2017), MNRAS, 469, 3792-3801

Review of the Optical System Design of the Large Optical/Infrared Telescope (國際評審委員會意見-英文)

大型光學紅外望遠鏡設計方案選擇解析

知識分子http://mp.weixin.qq.com/s/jotYxuyU4FiHf-_iS0vyaw


自從前幾天從果殼看到了中國12米大望遠鏡(LOT)的爭議以後,作為曾經立志要獻身科學事業但不得不暫時離開圈子的單身狗,開始本來只想了解一下各方的看法,順便也當複習一下曾經學過的知識。所以這幾天利用下班時間斷斷續續的閱讀了一些資料。但隨著讀到的越來越多,發現了一些有意思的事情,就感覺這事不像表面看上去那麼簡單。後來又關注了一些論壇,還有幾位大牛 @陳昱光 @黃崧 @狐狸先生 等人的回答,發現似乎沒有人提到。所以斗膽把我發現的事情和自己的想法發上來,說的不對的,不客觀的,還請高人指點。如有得罪也請您大人有大量,不與我這個微不足道的貨色斤斤計較。

關於中國計劃自主建造的12米大型光學-紅外望遠鏡(LOT)的爭論,很多媒體已經總結的比較全面了,可以參照這裡:中國的12米大口徑大望遠鏡之爭,爭的是什麼? | 科學人 | 果殼網 科技有意思 簡單來說就是兩種方案參與競爭,一是華中科技大學提出的傳統三鏡方案,二是南京天光所蘇定強、崔向群兩位院士提出的「中國自主創新」的四鏡方案,也稱為SYZ方案。起初在全部由國外專家召開的評審會中,前者(三鏡方案)勝出,正準備上報國家發改委進行十三五立項的時候,蘇定強、崔向群兩位院士直接找到了中科院領導,召開了全部由國內天文學家召開的評審會,會上高票通過了自己的四鏡方案。兩種方案爭論不下,近期更是由一來一回幾封公開信將事情的來龍去脈,以及一些細節公開,引起了很多人的關注和討論。

兩個方案最大的不同,在於蘇、崔兩位院士提出的「四鏡方案」比華中科技大學的「三鏡方案」多出一面鏡子,這面鏡子就是所謂的「SYZ中繼鏡」。那麼什麼是「SYZ中繼鏡」呢?這裡請允許我先來科普一下望遠鏡的有關常識。

玩過攝影的朋友都知道,照相機的鏡頭有不同的焦距。焦距越小,視場就越大,比如10mm 就是廣角鏡頭。相反,焦距越大能看到的也就越遠,相視野範圍也就越窄。比如常用的有200mm長焦鏡頭,更長的比如400mm可以叫望遠鏡頭。就像下圖這樣:

望遠鏡的原理是一樣的,只不過用口徑和焦距的比例表示,稱為焦比。一個望遠鏡一旦建成,口徑就已經確定了。例如口徑2米的望遠鏡,焦比 f/8,代表焦距是 2 x 8 = 16米。通常望遠鏡不會只配備一種焦距,為了實現多種功能,有好幾個不同的焦點,每個焦點的焦距不同,配備不同的「終端儀器」。這些焦點各有特色,有的視場大,有的視場小,相應安裝的終端儀器也有所不同。天文學家不是直接用鏡面工作的,而是用這些焦點上的「終端儀器」來對天體進行觀測,比如成像、拍攝光譜。

從左到右是:主焦點;牛頓焦點;卡塞格林焦點(簡稱卡焦);耐斯米斯焦點(Nasmyth,簡稱耐焦)。

主焦點是經過主鏡一次反射在前方形成的焦點,這個焦點焦比小(f/ 底下的數字小),焦距特別短,對比照相機,可以看成是一個「廣角鏡頭」,視場很大,可以一次觀測多個天體,通常會放置大視場的照相機或光譜儀。但是儀器不能太重,因為在鏡筒的最前面會讓望遠鏡「頭重腳輕」,穩定性和重心都會受到影響。

把主焦點反射到一側的焦點稱為牛頓焦點,在一些愛好者的小望遠鏡上用的比較多,大望遠鏡一般不予採用,所以直接略過。

卡塞格林焦點(簡稱卡焦),位於主鏡的後方,經過主鏡、次鏡(注意這時主焦已經替換成了一個彎曲的次鏡)兩次反射,焦比適中,焦距不長也不短,是使用非常廣泛的焦點,通常布置有暗天體的照相機和光譜儀。

耐斯米斯焦點(Nasmyth,簡稱耐氏焦點,或者耐焦),經過主鏡、次鏡、第三鏡三次反射,位於望遠鏡鏡筒的一側。在現代大型望遠鏡中,耐焦是最重要、使用最廣泛的焦點。

折軸焦點(或稱Coude焦點),顧名思義,是把焦點沿著望遠鏡的轉動軸折啊折,折到下面一個房間去,通常是望遠鏡最長的一個焦點。例如在我國興隆觀測基地的2.16米望遠鏡,折軸焦比是 f/45,也就是說焦距長達90米。好比照相機的超長焦鏡頭,可以看得最遠,但是視場也最小,小到通常只能看一顆星,但是由於它可以延伸到特別遠,甚至可以跟望遠鏡不在一個屋子、不在一層樓,而且不隨望遠鏡本身而轉動,因此可以放置最大、最重的儀器,比如對天體進行極其精細測量的高色散光譜儀。這是理解不同方案之爭的一個重點,敬請讀者留意。

根據觀測天體的不同,經常需要用不同的儀器觀測,也就需要望遠鏡在這些焦點之間來回切換。

地球在自轉,天體會有東升西落。為了保持望遠鏡始終指向目標,望遠鏡需要有一個機械的跟蹤裝置。在老一些的望遠鏡中,跟蹤是依靠赤經軸、赤緯軸來實現的。拿我們國家2.16米望遠鏡為例,有兩個軸:赤經軸、赤緯軸。赤經軸指向北極星附近的北天極,與地球的自轉軸平行。望遠鏡只要保持赤緯軸不動,赤經軸勻速旋轉就可以對星體進行跟蹤了。

這樣的跟蹤裝置叫做赤道式裝置。但是可以看到,赤經軸比較笨重,需要傾斜一定的角度,給建造帶來許多不便。因此現代大型望遠鏡往往採用更加簡便的地平式裝置,如下圖所示:

這是日本Subaru望遠鏡及其採用的地平式裝置,它有一個主焦點、一個卡焦、兩個耐焦。

地平式裝置在結構上更加人性化,設計和建造都非常方便。在跟蹤過程中,兩根軸必須同時轉動,計算機來實時計算兩根軸的轉動速度。上個世紀90年代以後的大望遠鏡基本都採用了地平式裝置。讀者稍加留意還可以發現,在赤道式裝置中,任何放在耐焦的儀器都要繞著赤經軸「滾轉」。而在地平式裝置中,耐焦的儀器只要在機架上「平轉」就可以了,穩定性大大提高,適合布置笨重複雜的儀器。這就是為什麼現代地平式裝置的大望遠鏡紛紛把耐焦作為最重要的焦點。

好了,我們回到正題上來,說一下什麼是「SYZ中繼鏡」

2.16米望遠鏡有兩個焦點:卡焦和折軸焦點,如下圖所示。為了清晰,我用紅筆標出了在用兩種不同的焦點時望遠鏡的實際光路圖。

左為卡焦模式下的光路圖,可以看到,天體的光在進入終端儀器之前的路徑是:

主鏡(A)——&> 副鏡(B)——&> 卡焦(F2)

(共經過兩塊鏡面)

右為折軸模式。光路是:

主鏡(A)——&> 副鏡(B)——&> 45度放置的平面鏡 1——&> 45度放置的平面鏡 2 ——&> 中繼鏡 C ——&> 平面鏡 3 ——&> 折軸焦點 F3。

(共經過 3 塊曲面鏡(A,B,C)加3塊平面鏡(1,2,3)合計6塊鏡)

我們看到,在卡焦和折軸焦點模式下,都要用到的兩塊鏡是主鏡 A、副鏡 B。在傳統望遠鏡上,由於光學原因,卡焦和折軸焦點要求副鏡B的形狀不同,是不可以用同一塊的,所以要為卡焦和折軸焦點分別製作自己的專屬的配套的副鏡。顯而易見這很不方便。

1960年代初開始,蘇定強等人在設計2.16米望遠鏡的光路時,逐漸形成了一套簡便的切換方案。當望遠鏡需要在卡焦和折軸焦點之間切換時,不需要換掉整個副鏡,只需要將副鏡前後平移一小段距離,同時在折軸焦點的光路上放置一塊橢球形的凹面鏡,就可以改善因「共用副鏡」造成的折軸焦點變差的問題。實踐表明,這塊橢球形的凹面鏡甚至可以完全消除折軸焦點的彗差,而傳統的折軸焦點只能消除球差(註:球差和彗差都屬於光學像差,球差是由於來自鏡面中間和邊緣的光線無法匯聚到同一點造成的,彗差則因為帶有像彗星一樣的尾巴而得名)。

更直觀一點,把上面的光路簡化成下面的框圖:

1960年代的赤道式望遠鏡是這樣的:

蘇院士提出的方案是這樣的:

這在當時的赤道式裝置上確實是一個了不起而且很富有實用性的創新。1979年美國的天文光學專家阿登-邁耐爾(Aden B. Meinel)訪問中國時了解到了這個設計,隨後在他發表的論文中使用了「SYZ中繼鏡」這個名詞,SYZ代表蘇定強、俞新木、周必方三人。

阿登-邁耐爾(Aden B. Meinel)發表在《應用光學》上的文章(Minimum-cost 4-m telescope developed at October 1979 Nanjing study of telescope)圖 1

可以看到,SYZ中繼鏡方案最初是配合卡焦和折軸焦點共用副鏡,方便二者的切換而引入的。SYZ中繼鏡本身只作用於折軸焦點,並且可以消除折軸焦點的球差和彗差。

折軸焦點的「軸」一詞指的是赤道式裝置里的赤經軸和赤緯軸,「折軸」的意思是「沿著赤經軸和赤緯軸把光路進行折動」。隨著技術的飛速發展,上世紀90年代後建成的大型望遠鏡幾乎無一例外的採用了更先進的地平式裝置,自然也就不存在傳統意義上的折軸焦點。

曾經,折軸焦點有兩個作用:一是放置不便移動的大型儀器,二是將多個望遠鏡的光束進行合併。但缺點也是很明顯的,例如光要經過更多的鏡面(2.16望遠鏡的折軸比卡焦多4塊),光損失很厲害。

天文觀測的對象往往是極為暗弱的天體。穿越了成千上萬光年的宇宙空間,每一絲微弱的光線都極其寶貴,對通光效率的要求達到了近乎變態的程度,不允許哪怕一丁點不必要的浪費。

光線每經過一次鏡面反射,能量就損失到只有原來的 80% ~ 90%。以反射率85%為例,經過4次額外的反射,能量下降到 0.85 x 0.85 x 0.85 x 0.85 = 0.52,即只有原來的一半。實際操作中,多餘的鏡面如果保養不勤,發生了落灰、鍍膜老化、脫落,能量損失就更厲害了。

因此現代的大型望遠鏡很少見到複雜的折軸焦點的身影。已經建成的,現在還在使用的老式望遠鏡上,很多原來折軸焦點的儀器也改成了從卡塞格林焦點用光纖將光引入(這一點見文章末尾的附錄),甚至2.16米望遠鏡本身的折軸焦點也已經不再使用(參見興隆觀測基地的網站 http://www.xinglong-naoc.org/html/gcyq/216/detail-15.html )。因此折軸焦點本身已經沒有太多存在的意義。

既然不需要折軸焦點,那麼曾經困擾蘇定強那個時代的折軸焦點和卡焦之間的切換問題自然也就不存在了。

但是「SYZ中繼鏡」起初偏偏是為了折軸焦點而引入的。這就是問題所在。

那麼為什麼蘇、崔兩位院士的方案里還保留了「SYZ中繼鏡」呢?

阿登-邁耐爾在1980年寫的一本書、1979年在《應用光學》期刊上發表的兩篇文章,是目前我能查找到的,僅有的三處出現「SYZ中繼鏡」的文獻。可惜的是,儘管阿登-邁耐爾在他的幾個方案中都採用了「SYZ中繼鏡」,但是這些方案無一例外地停留在了紙面上,沒有一個變成實實在在的天文望遠鏡。自然在天文光學界知道「SYZ中繼鏡」這個名詞的人也就寥寥無幾。這一點從反映論文影響力的最直觀數字——引用次數上可以看出來。1979年阿登-邁耐爾發表在《應用光學》的文章,即第一次出現「SYZ中繼鏡」這個名詞的論文,總引用次數為 5,其中1次為阿登-邁耐爾自己的引用,3次是被蘇定強、崔向群院士在2016年到2017年撰寫的介紹「四鏡方案」的三篇文章所引用,這足以說明一定的問題。邁耐爾一生提出過很多不同大小的望遠鏡,其中有一些達到了10米甚至更大。在這諸多設計方案中,最後變成現實的最大的一台是等效口徑為4.7米的多鏡面望遠鏡(MMT),1979年建成於美國弗雷德-勞倫斯-惠普爾天文台(說個題外話,這個多鏡面望遠鏡已經於1998年被一台口徑更大的單鏡面望遠鏡所取代)。

1998年開始相繼落成的歐洲南方天文台四台8.2米口徑的「甚大望遠鏡」(簡稱VLT)雖然保留了折軸焦點的通道,並在折軸光路中採用了一塊類似的橢球鏡,但折軸通道是為將四個鏡面的光合併到一起,做干涉而保留的。實際情況是這個干涉儀器(AMBER)很少用到,VLT的主要儀器幾乎全部布置在卡塞格林焦點或耐氏焦點上。

在閱讀蘇定強、崔向群院士2016年發表在英國《皇家天文學會學報》上的文章(A suggested 12-m telescope optical system configuration for China )時,我驚訝的發現,已經在大型望遠鏡上幾乎消失的折軸焦點重出江湖,不出意外地帶著這面蘇院士引以為自豪的「SYZ中繼鏡」。只不過在耐氏焦點的前方又多出來一面「SYZ中繼鏡」,使它變成了一個無論是耐氏焦點還是折軸焦點都繞不開的鏡面。

我們還用剛才的簡化光路圖表示。如果把2.16米望遠鏡的光路照搬到地平式望遠鏡上來,那麼就是這樣的:

我們看到多出來一個非常有用的耐氏焦點(綠色),可以很好的承擔起折軸焦點的絕大部分功能,又避免了折軸焦點的缺陷。因此折軸焦點及其附屬的中繼鏡就不那麼重要了(變成了灰色)。

怎麼辦呢?蘇等人於是把它改成了下面這樣:

折軸焦點的中繼鏡還在那裡,此外在耐氏焦點和折軸焦點共用光路的那塊地方,又插入了一塊中繼鏡,並宣稱這個中繼鏡也可以改善耐氏焦點的質量。

為了令這個從折軸移動到耐焦的設計更有說服力,蘇院士等人引用了阿登-邁耐爾發表在1981年的一個光路圖:

可以看到這個光路和蘇等人在2017年的論文里提出的設計方案高度類似。然而這個圖和邁耐爾其他的幾個帶有「SYZ中繼鏡」的圖一樣,從來沒有變成過現實。

在蘇、崔兩位院士2017年發表的文章中,二位明確提出要在折軸焦點放置高色散光譜儀,和進行光干涉觀測。而實際情況是,高色散光譜儀放在耐氏焦點,或者從卡塞格林焦點用光纖引入,效果會更好。而光干涉在可預見的未來,國家沒有第二台大望遠鏡計劃的情況下根本無法實現。

「SYZ中繼鏡」當初是為了解決一個問題而引入的,如今這個問題已經不復存在,解決方案卻還在,而且還成了個加強版。

有困難要上,沒困難創造困難也要上。

如果蘇、崔院士的方案變成現實會怎樣?

答案是:第一台帶有耐焦「SYZ中繼鏡」的大型望遠鏡,從沒經過任何驗證就誕生了。

接下來,我可以打賭說,有關方面一定會積極遊說,把高色散光譜儀放在折軸焦點上。否則這個令蘇引以為自豪的折軸焦點就處於沒有終端儀器的尷尬狀態。

哦對了,光線到達這個折軸焦點前經過的鏡面總數將達到令人髮指的 9 塊(見下圖M1 - M9),其中包括2塊中間開孔的平面鏡,和2塊以蘇定強院士的名字命名的中繼鏡。

取自蘇 2017 的論文 The optical system of the proposed Chinese 12-m optical/infrared telescope

「SYZ中繼鏡」是創新嗎?

在蘇的那個年代,SYZ中繼鏡確實是一個創新,它解決了卡焦和折軸焦點切換副鏡的問題。雖然在1990年代獲得了國家科技進步二等獎,但並沒有引起國際天文界的重視,否則歐洲南方天文台VLT望遠鏡的設計師不會不知道「SYZ中繼鏡」的存在。原因很簡單:「SYZ中繼鏡」所伴隨的折軸焦點已經是日薄西山,隨著地平式裝置的廣泛使用,逐漸退出了歷史舞台。除了我國2.16米望遠鏡,沒有任何一台望遠鏡完全沿用「SYZ中繼鏡」這個設計。

技術驅動科學,還是科學驅動技術?

這是一個老生常談的問題,不能一概而論。具體在這件事情上,如果採用「四鏡方案」,則是徹頭徹尾的本末倒置。

現代大型光學望遠鏡如果不做光干涉或多光束合併,已經不需要折軸焦點。但是蘇、崔二人偏偏保留了折軸焦點,因為這其中有他們40年前的一處創新。折軸焦點可能用不上怎麼辦?乾脆把這個創新向前挪,挪到了耐焦和折軸焦點共用的地方,哪怕將來折軸焦點用不上,耐焦總是要用的,這樣就肯定繞不過這個創新。這其中不得不令人懷疑,是否至少有一點點個人私心的成分夾雜在裡面呢?畢竟在耗資20億這麼大的國家工程里有一塊用自己名字命名的鏡片是無上的榮譽,哪怕這時候這個「中繼鏡」無論是位置還是作用已經跟40年前要解決的問題完全沒關係了。

另一方面,中國天文學家並沒有做主焦點大視場巡天的迫切需求,因為在不久的將來ZTF、LSST等一批專用巡天望遠鏡就將啟用,它們做的更快、更好,他們找到的有意思的源,全世界所有的望遠鏡投入都觀測不完。但蘇、崔的方案偏偏將主焦點的大視場改正鏡作為另一個亮點,並聲稱如果在這個主焦點放置大視場相機或光譜儀,可以讓望遠鏡具備巡天的功能。

打個不那麼準確的比方,我想買一輛家用轎車上班買菜接孩子,找到了蘇牌汽車製造廠,他們卻執意賣給我一輛「創新車型」,這個車最大的特點是四輪驅動,野外通過性能特別的好,滿足日常需求綽綽有餘,將來還可以換裝馬力更大的發動機。可是我就想平時在市區里開開,買個省油舒適操控性好的家用車完全符合我的需求。蘇牌汽車製造廠一聽不高興了,於是極力的說服我發展野外自駕的愛好,原因僅僅是他們特別擅長做四輪驅動,並且這車獨有的變速箱是他們40年前的自主創新,還是用他們自己的名字命名的。儘管這種變速箱在別的廠家的車裡已經不怎麼用了,但他們還保留了下來。如果我不去野外自駕,就浪費了這個曾在20多前得過國家獎的「自主創新」。我想,如果買車時遇到這樣的汽車製造廠,一般都會選擇轉身離開吧。

關於四鏡系統像質更好

光學成像追求的是儘可能真實的反映被成像的物體。任何光學系統都存在這樣或那樣的像差,天文望遠鏡也不例外,世界上不存在一種理想的光學儀器能百分百復原物體的全貌,這就需要在一些特性之間作出取捨,根據需要在不同的指標之間取得平衡,天文望遠鏡也是如此。四鏡比三鏡系統多了一個鏡面,因此設計師在調節最終像質的時候自然比三鏡多了一個(甚至幾個)可調節的自由參數,能獲得更好的像質一點也不奇怪。如果加入更多的鏡子,變成五鏡、六鏡……那麼像質毫無疑問會更好,就像馮-諾依曼說過的,「四個參數可以擬合大象,五個參數甚至可以讓它搖鼻子」。問題是付出多一個鏡子的代價是否值得?多一個鏡子意味著多一次反射,也就多一次光損失,也意味著光學系統更加複雜、調試難度更大、風險更大、成本更高,更不用說為了兼容這多出來的一塊鏡子,另一塊鏡子需要在中心開孔,進一步增加了光損失,而且由於光衍射效應使得系外行星的直接成像變得極為困難(參見 @陳昱光 的回答)。無論是「三鏡」還是「四鏡」,都不可能達到它們各自的理論最佳像質,因為實際觀測中阻礙成像質量的是當地的大氣情況。這就好比蘇牌汽車製造廠把家用汽車的最快時速從200公里提高到了300公里,但無論是在市區還是高速都不允許開到這麼高的速度。

關於三鏡方案是不是「崇洋媚外、賣國求榮」

@jyo gan 的回答我十分贊同。在陳建生院士的信以及蘇、崔二人的回復中,我無比震驚的發現,蘇、崔二人得知外國專家組成的評審團沒有青睞自己,而是選擇了華中科大「三鏡」方案後,將「崇洋媚外、賣國求榮」的大帽子扣在了競爭者頭上。但是不要忘了,蘇院士的「SYZ中繼鏡」正是1979年被美國專家阿登-邁耐爾命名,並第一次介紹給國際學術界的。在蘇院士的幾乎每一篇文章、報告里,字裡行間都可以明顯感受到被美國專家認可後的自豪心情,包括「美國10位著名天文學家組成的考察團高度讚揚」、「得到了國際著名天文光學家Meinel的稱讚」、甚至在《皇家天文學會學報》這樣的正式學術論文中使用了applaud(稱讚)這樣帶有明顯感情色彩但又無文獻可考證的詞(順便說一句,這是我第一次在正式學術論文中見到這樣的寫法)。所以說,在蘇、崔二位院士的眼中,外國專家到底是「著名國際權威」,還是「生怕中國人超過他們」的外國人,是隨時可以變化的,完全取決於自己的方案是否得到稱讚。

40年前,一位外國專家來到中國,將蘇院士的獨特設計介紹給了世界,雖然沒有引起多大的反響,但蘇院士本人深以為自豪,在幾乎每一篇文章、每一次報告中都提到,還稱這位專家是「著名國際光學專家」,還為他加上了一長串牛皮哄哄的頭銜以證明「大權威」的身份。40年後的今天,天文光學界相比過去有了長足的發展,一群更加富有實踐經驗的國際專家權衡後選擇了「三鏡」方案,蘇、崔院士就認為他們居心叵測、必定有不良的動機。

關於程序問題

從蘇、崔院士2016年-2017年的三篇發表在國外學術期刊的三篇文章中,我可以感覺到他們對於自己的方案入選中國12米大望遠鏡信心滿滿、志在必得。確實,在天文光學望遠鏡製造這個領域,恐怕國內沒有任何一家單位在技術實力上可以與南京天光所競爭。這也就造成了一個特殊的局面:在工程層面,蘇、崔二人本身就是國內最大的權威,但是他們已經以運動員身份參與到了競爭中。

當天文大科學中心組織外國專家評審的時候,專家組長提前來到中國與各方會談,說明蘇、崔院士當時認可了這套遊戲規則。可是當國際評審會開完,結論沒有青睞自己,就開始質疑外國專家的權威性,甚至懷疑動機,隨後組織一些國內專家召開了單方面的評審會,得出了截然相反的結論。後來的這次評審會並不是計劃中的,是輸了的一方遊說而臨時加開的。如果這樣做也可以,那麼輸了的一方大可以反覆重新召開評審會,直到贏為止。在這件事里,我看到的只是輸了就耍賴,想盡一切辦法,動用一切手段確保自己獲勝的規則踐踏者。

對此我只想說:

尤其耐人尋味的是,兩群專家無論在經驗還是態度上都形成了鮮明的對比,前者由國際各大望遠鏡的主要設計師組成,後者「很多人是做理論的,一輩子都沒有碰過望遠鏡」;前者提前一個月就來到中國實地走訪,後者「有的專家甚至在評審會快結束時才到場」;前者「給出了詳盡的評審報告」,後者「沒有形成任何書面意見」、甚至21人中有高達三分之一(7人)投出了棄權票。哪個評審結果更具含金量,一看便知。

關於技術積累

別的回答里有人說,實現新技術也沒什麼不對,大國重器,裝備製造業需要發展。對此我想說的是:在很多工業領域,提倡自主研發完全正確,我們需要自主造飛機、高鐵,因為它們背後是快速崛起的巨大國內市場,有上萬億的利潤,關係數萬計的企業、數百萬人的龐大產業鏈;我們需要自主造航母、戰鬥機,因為這些軍工行業保障著國家的戰略安全。但是大型光學天文望遠鏡不一樣,像12米這麼大的純粹科研用望遠鏡,在可預見的將來,國家很可能只會造這麼一台。它的造價只相當於在中國的某個二三線城市修4公里的地鐵;它既不涉及巨大的利潤,也不關係國家的安全。我們只是為了探索宇宙的奧秘,然後用一張張美圖和一個個新奇的發現刷爆你的微信朋友圈。

正如 @陳振東 所說,望遠鏡光學工程師應該尊重用戶(也就是天文學家)的需求。使用一台強有力的大望遠鏡研究宇宙是很多中國天文學者一輩子的夢想,他們當中有很多人已經為這個夢想等待了太久;有的人輾轉40個小時飛到地球的另一邊使用別國的大望遠鏡;有的人發現了有價值的目標卻必須和外國人合作,因為適合觀測的國外望遠鏡只對本國學者開放;還有的人拿著自己的想法申請鄰國的大望遠鏡時間被拒絕,想法卻被該國望遠鏡委員會所剽竊。二十多年前中國的天文工作者只能看著雜誌上Keck、Subaru、VLT這些8-10米級的望遠鏡眼饞,如今的中國無論是資金還是工程技術、人才儲備上都具備了建造更大望遠鏡的實力,甚至可以說最大的困難來自決策而不是建造。這個計劃中的12米望遠鏡,集光能力是美國Keck望遠鏡的1.4倍、日本Subaru望遠鏡和歐洲VLT望遠鏡的2.1倍——曾經遙不可及的巔峰即將被我們踩在腳下。所以發自肺腑的希望這群天文學家的夢想不要被部分人的私心綁架而打了折扣。

總而言之,中國天文學家最迫切需要的,是一個多功能的通用望遠鏡,這個望遠鏡需要有很多不同種類的終端儀器。光學系統是整個望遠鏡的平台,終端儀器才是發揮功能的東西。光學系統之於望遠鏡,正如同底盤之於汽車,五對負重輪之於59坦克。有工程經驗的朋友都知道,平台最基本的要求是簡單可靠、皮實耐操,有了可靠的平台才支持在終端儀器上做各種吊炸天的魔改、用酷炫的設計、試驗全新的技術。即便一台終端儀器工期拖後甚至完全失敗,都不會影響其他儀器的正常使用。但是望遠鏡的光學平台一旦失誤,所有的終端儀器都不能使用,付出的代價將是極為慘重的。

附錄:

從網上公開的資料中,我們可以列舉一下20世紀建設的大型望遠鏡,它們的折軸焦點命運如何:

  • 美國威爾遜山60英寸(1.5米)望遠鏡,1908年完工,採用赤道式裝置,有牛頓焦點、卡塞格林焦點、折軸焦點,目前只有卡焦在工作
  • 美國威爾遜山100英寸(2.5米)胡克望遠鏡,1917年完工,採用赤道式裝置,帶有卡塞格林焦點、折軸焦點,目前已不再進行研究工作
  • 美國帕洛瑪天文台200英寸(5米)海爾望遠鏡,1948年建成,採用赤道式裝置,帶有3個焦點:主焦(f/3.3)、卡焦(f/15)、折軸焦點(f/30)。目前的儀器有:

主焦:寬視場相機 LFC/WIRC

卡焦:PHARO;高對比度成像設備 Project 1640;單目標光譜儀(DBSP);紅外光譜儀TripleSpec

折軸焦點已經不再工作。參見 http://www.astro.caltech.edu/palomar/observer/P200observers.html

  • 美國利克天文台3米沙恩望遠鏡(Shane),建成於1959年,採用赤道式裝置,帶有主焦,折軸,卡焦3個焦點。目前的儀器有:

主焦:寬視場相機PFCam、多目標光譜儀

卡焦:Kast Double光譜儀、紅外相機IRCAL、Gemini紅外成像相機

折軸焦點:Hamilton光譜儀。參見:Carnegie Double Astrograph

  • 美國麥克唐納天文台2.1米奧托-斯特魯維望遠鏡,建成於1939年,採用赤道式裝置,有3個焦點:主焦(f/3.9)、卡焦(f/13.7),折軸焦點(f/22.9)

目前折軸焦點已經不再使用,參見 2.1 m Otto Struve Telescope

  • 美國麥克唐納天文台2.7米哈蘭-史密斯望遠鏡,建成於1968年,採用赤道式裝置,帶有卡焦(f/17.7)、折軸焦點(f/32.5)。目前的儀器:

卡焦:DIAFI, VIRUS-P, CCD WHT Camera, IGI

折軸焦點:Robert Tull 高分辨光譜儀

參見 2.7 m Harlan J. Smith Telescope

  • 美國亞利桑那大學90英寸(2.3米)博克望遠鏡:採用赤道式裝置,帶有3個焦點,一個主焦點和兩個卡焦(f/9、f/45),分別配備了90Prime相機(主焦),以及可見光和紅外儀器,沒有折軸焦點。

參見 Steward Observatory Bok Telescope Home

  • 美國基特峰國立天文台4米梅耶爾望遠鏡,建成於1973年,採用赤道式裝置,有主焦點、卡塞格林焦點、折軸焦點。其折軸焦點配屬的傅立葉變換光譜儀(FTS)已不再使用。
  • 智利托洛洛山泛美天文台(CTIO)4米布蘭科望遠鏡,建成於1974年,是上面的4米梅耶爾望遠鏡的翻版,目前主要任務是做暗能量巡天(DECam),用的是主焦點(F/2.87)。其卡焦(f/8)配備了中低解析度光譜儀 COSMOS和 ARCoIRIS,折軸焦點已經不再使用。
  • 澳大利亞賽丁泉天文台 3.9米英-澳望遠鏡(AAT),建於1974年,採用赤道式裝置,折軸焦點配備了倫敦大學學院研製的高分辨光譜儀(UCLES)。2010年,由於5個鏡面的折軸焦點光利用率低下,光譜儀改為從卡塞格林焦點用光纖將星光引入。改進之後的裝置名為 CYCLOPS。參見 The CYCLOPS Concept

從上面這些我們可以看到,上個世紀80年代以前建成的大型地面望遠鏡,絕大多數折軸焦點已經不再使用,或者改用光纖從效率更高的卡塞格林焦點將光線引入(AAT)。

而我們再來看一下1990年代以後建成的大型望遠鏡:

  • 美國夏威夷兩座10米口徑的Keck望遠鏡,採用地平式裝置,配備卡焦、耐焦,沒有折軸焦點。
  • 卡內基研究所等機構在智利建設的兩座6.5米麥哲倫望遠鏡,採用地平式裝置,主要使用耐焦平台。
  • 日本建在夏威夷的8米Subaru望遠鏡,採用地平式裝置,有主焦、耐焦、卡焦,沒有折軸焦點。
  • 歐洲南方天文台在智利建造的 4 台 8.2 米望遠鏡 VLT。有卡焦、耐焦、折軸焦點。這個折軸焦點是為了把4個望遠鏡的光束合併在一起,做光干涉而保留的,只有 AMBER 一台終端儀器。實際情況光干涉做的很少,主要的儀器都放置在卡焦或者耐焦。參 Astronomy amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp; Astrophysics Paranal Instrumentation

謝邀。

光學望遠鏡一般可以簡單的分為通用型望遠鏡和巡天型望遠鏡。前者開放給天文學家用戶,讓他們根據自己的科學目標,設計觀測計劃。一般每半年或者每幾個月徵集一次觀測申請,然後從中挑選最有價值的觀測計划進行觀測。後者一般有一個或多個較大的科學目標,以事先設計好的計劃,按部就班進行數據收集。

望遠鏡最重要的一個參數是口徑,通俗的說就是鏡面大小,它決定瞭望遠鏡收集光線的能力和分辨天體細節的能力。望遠鏡越大,看的越深,看的越細。

中國現在最大的通用光學望遠鏡是雲南高梅谷的2.4米望遠鏡。同級別的望遠鏡還有興隆觀測者的2.16米光學望遠鏡。中國最大的巡天光學望遠鏡是興隆觀測站的郭守敬望遠鏡(LAMOST),口徑4米,主要進行光譜巡天,它的優點在於可以一次性大量的收集光譜,但因為種種原因,對其中一個目標光譜的收集能力大概相當於2.5米的望遠鏡。

世界上看,美國在上世紀四十年代,就建造了5米口徑的Hale望遠鏡。現在世界上8-10米口徑的望遠鏡有十幾個。List of largest optical reflecting telescopes

天文學是建立在觀測事實上的學科。沒有自己的望遠鏡,那隻能去借用別人的望遠鏡,甚至去分析別人獲取後釋放的公開數據。突破性的科學結果,就很難獲得。從科學家能力上說,中國可能比世界差的不遠。從整個中國的光學天文來說,對世界不僅僅是落後,甚至也不僅僅是代差

所以只能咬著牙去追,從國際上說,是要積極加入世界一流的望遠鏡建造,出錢出人,爭取在下一代三十-四十米大望遠鏡的科學中有一席之地。從國內說,就是儀器上要補課,4米,6米,10米這一系列的儀器都要逐步有建造。

對中國光學天文,現在最重要的儀器就是寫進十三五規劃的12米光學望遠鏡。但問題是,因為缺乏大型儀器的建造經驗,整個科研項目管理體系極為不成熟,於是就出現了現在的這個知識分子提到的爭端。

關於這次爭端的相關的一些文檔,可以在這個網址查看

大型光學-紅外望遠鏡科學共同之聲 The Community Voice of the Large Optical/Infrared Telescope

其中可能中文文檔比較容易看懂:

大型光學紅外望遠鏡設計方案選擇解析

爭論的核心在於,包括陳建生院士和大多數天體物理學家在內的一方,希望選擇保證建造的成功,而選擇可靠性更有保證,國際上成功經驗較多的3鏡方案。而以崔向群院士為主的南京天光所團隊,希望主推有自己設計的4鏡方案。

從我自己的角度上看,三鏡方案的在保證望遠鏡成功建造方面的優勢是明顯的。不論技術上有多少所謂的」創新「,如果不能夠保證成功的建造,那便稱不上是有用的"創新"。何況,目前四鏡方案的技術創新,似乎並不能帶來科學能力的提升。

為什麼在已經組織了國際一流專家評審,結論清晰的情況下,方案選擇依然出現波瀾?本質上這是一個科學項目的管理問題?理論上,國家天文台的大科學中心應該統籌大型科學儀器的建造。然而,四鏡設計的一方通過走上層路線,可以輕易的挑戰已經論證結束的結論,而三鏡設計的推動者們又不得不同樣通過上層路線應戰。

其實對知乎上大多數朋友來說,這些爭端的細節也許無法看懂。所以科研決策,本來就是很難讓大眾討論的問題,也不應該訴諸公眾輿論解決。但是,這個問題卻應該是全天文界,尤其是光學天文界關心並討論的問題。在12米望遠鏡的整個立項過程中,中國的青年科學家,參與極少,也很難參與到真正的討論中。可是在12米望遠鏡建成後,建造者們很可能已經退休,年輕人卻不得不接盤前輩的「饋贈」。一個類似的例子,在我讀書的時候,我一直夢想著使用LAMOST望遠鏡研究星系天文學,但當我進入工作,LAMOST望遠鏡卻幾乎不具有研究河外星系的能力。

怎麼辦,我沒有明確的答案,以目前的體制,我們中的大多數人其實沒有辦法參與到決策中去。但從現在開始關注,在學界內公開的表達自己的看法可能是一個開始。需要指出,三鏡-四鏡之爭可能僅僅是十二米望遠鏡遇到的比較小的困難。下面還會有一系列的困難,比如台址的選擇,不是說選擇了三鏡就一勞永逸。

事實上,國內沒有團隊能夠獨立的完成整個望遠鏡的建造,這就是為什麼之前science的報道中,國家天文台台長一再說要團結全中國天文界一切的力量。如果繼續這樣扯皮下去,12米望遠鏡也許就在十三五規劃中黃了,當下一代30米望遠鏡建成,中國就更難批准國內自主建造10米級別的望遠鏡,因為官方不喜歡會花錢造不能「世界一流」的望遠鏡。到時候,中國這一代的光學天文學家的發展也會完全的耽誤。


作為長光一員,研究方向又是光學系統,我來回答一波。大口鏡光學系統的設計其實並不難。無論是三鏡和四鏡,現在的優秀博士生都能設計的了,但真正的做出來,要考慮的東西太多了,這也是為什麼我們所擁有:設計,檢測,加工等諸多方向。綜合而論,三鏡和四鏡誰好誰壞一目了然,即使是相關專業的研究生也能清晰的做出判斷。那為什麼還會有這麼大的爭論?自然有些諱莫如深的內容。事實上,三鏡和四鏡都有可能達不到預期的效果,但如果真做四鏡,就我對光學系統的了解來看,效果不可能比三鏡好(這裡的效果,包括成像質量,受環境影響程度,使用壽命和工作波段等諸多因素)。有人問我們所為什麼不接,區區20億(航天項目見多了,真不覺得有多貴),做完這個項目很可能一分不剩,還說不準會砸了自己招牌。另外,即使是他們接,也肯定會有一部分橫向課題交接到我們所。
為什麼匿名,搞笑,得罪了這些大佬,以後怎麼在圈內混。知乎里,可能義憤填膺,現實中,我還得養家糊口呢!就別罵我給祖國丟人了,所以,如果再有專家評審,我們要毅然決然的投一個:棄權票!!!


@Dilililidilililidada 回應一下你的幾個問題。首先請允許我說,有質疑的聲音是很好的。我個人覺得目前把討論集中在技術環節上比較好,程序上的很多事情,當事人或者處於壓力不願意說明,或者給出的意見有失偏頗。現在看來,想梳理一個清晰公證的時間線,在你我這個層次上做不到,而目前所有的報道也都做不到。(黑體部分為引用你的話)

『因為天體物理學家剛開始極為不配合,一心尋求國際合作,甚至擔心自己建造會影響到申請國際合作的科研經費」』

這個說法有失偏頗。熟悉背景的人應該知道,在LAMOST設計階段,天光所就已經有了建設更大望遠鏡的計劃。這些都不是「小道消息」可以從文獻還有報告里看到。在12米的爭議前,先有的是自行建設20-30米級望遠鏡和參與國外合作(TMT)的爭論。這個爭論也是天光所的聲音非常響亮。但實際上『兩條腿走路』,一邊自建,一邊合作,是天文界整體的共識。崔院士也承認這一點的。

2003年紫金山天文台台刊第22卷第一期,蘇定強院士在《未來的地面和空間大望遠鏡以及我國目前的大項目》一文中,明確提出『最後,報告人建議我國參與到國外合作研製FGT或NGST的工作中,特彆強調要有天文學家和工程專家參與進去』。『NGST』指的是現在的JWST,『FGT』指的是『未來大望遠鏡』就是現在的TMT,GMT,E-ELT這些。可以看到,蘇院士為首的中國天文設備界對未來天文設備發展有著清晰的認識和超前的野心。蘇院士在『建議』中明確提出『但是也應該承認,這些項目 (LAMOST, FAST, SST) 和國際上現有的大項目,下一步準備研製的大項目相比,分量上是有相當差距的』,『將來國外完成30m,100m望遠鏡和NGST後,我國天文學家恐怕仍然是極難申請到時間的,不使用這些最先進的大設備,從總體上說我國天文學家恐怕仍然是很難趕上國外的』。這個認識,可以說是相當的到位。

但在如果解決這個問題上,蘇院士的想法也很『激進』:『照常規,我國下一步應當研製8-10m的地面望遠鏡和類HST空間望遠鏡,但。。我們仍然落在人家後面一大段』,『。。國家領導人提出『跨越式發展』,『不要老是跟蹤』,我很贊同,。。。我認為:我們應該跨過8-10m和HST這一步,直接跨到去研製30-100m FGT和NGST』。

不過,蘇院士對我國天文領域的技術和財力認識都很清晰,所以才提出了讓中國天文學家和工程師參與下一代項目的『天文目標的確定,設備方案的制定』;蘇院士甚至給出了非常到位的建議和前瞻『建議國家給出優惠政策。。。一部分加工或總裝在中國進行』,『在這樣的合作中,中國是否會被『淹沒』『吃掉?』只要參加進去的中國人努力,後果絕不會是這樣的。。』。

三十米望遠鏡代表團第一次訪問中國的時候,去了南京天光所報告,崔向群院士親自接待,美方代表團Jerry Nelson,Garry Sanders,Luc Simard都在,可以說光學,項目管理,設備的大牛都在。如果崔院士記得,當初報告後,有一個傻乎乎提了三個問題的光頭 (關於激光導星設計的變化,和GMT的比較,還有MOSFIRE作為prototype的研製,會後Luc Simard還單獨找我進一步解釋MOSFIRE),那個人就是我。隨後代表團去了北京,在國台開第一次中國TMT會議,天光所的領導也在,陳建生院士也在。

實際上,正如蘇院士的設計,TMT的參與沒有走花錢買時間的路線。中國的天文學家現在在科學籌備委員會,在重要初光儀器的科學委員會裡都有貢獻;天光所團隊也在積极參加TMT和儀器的設計;有部分TMT的設備會在中國生產,包括長光所這樣的單位。蘇院士的願景是符合中國天體物理界的熱切需求的,這個進程從來沒有停下。並不是『天體物理學家不配合,尋求國際合作』,應該說是『天文科學和技術界達成共識,一致認為深度參與合作是重要的下一步』。

至於為什麼走到12米,內部的消息我不亂說。我只能說,從科學上是必要的。蘇院士的分析只有一點不對:在30米時代,8-10米望遠鏡,甚至4-6米望遠鏡不僅不會落伍,反而在科學上依然會保持著旺盛的生命力。這一點,如果你關心,我可以展開講。至於為什麼天光所後面強力推進自己建設20-30米望遠鏡,為什麼最後又定在了12米望遠鏡上,確實不是我這種『圈外人』能夠亂加推測的。

『4鏡強調的優點必須承認,且沒有3鏡方說的不堪。至少巡天功能在軍事上還是很有用處的,但我覺得沒有必要在12m上關注這個』

你說的對,四鏡的優點應該承認

在Ma Cai 2017的回應文章里,作者在摘要里就指出:

『SYZ design yields a good imaging quality and has a relatively flat field curvature at Nasmyth focus』(SYZ設計在耐焦上有更好的成像質量和更平坦的視場)
『We find that although a SYZ telescope yields a superb imaging quality over a large field of view...』(我們發現,雖然SYZ設計能夠在更大視場內獲得優異的成像質量...)

華中科技大學的望遠鏡設計書中,附錄里比較了兩種設計。

『 對於 SYZ 光學系統的成像質量,圖 1-2 展示了該設計各個視場幾何設計像質
的散斑圖。在該設計中,全視場內 EE80 直徑小於 0.001 角秒,在全視場內是接
近衍射極限的設計。同時,SYZ 設計耐焦焦平面的曲率半徑為 8.85 米,因此較
兩鏡系統而言(RC 為 2.64 米,AG 為 2.73 米)相對比較平緩,便於大視場儀器
系統的設計與開發。』

『 與一般的兩鏡系統相比,SYZ 設計擁有相對較小的場曲以及全視場內非常優
秀的幾何設計像質。』

至少在光學設計者的眼中,沒有迴避四鏡的優點。

在Nelson Report中:

『 The focal plane of the RC design is
strongly concave towards the tertiary, the focal plane of the AG design is strongly convex
towards the tertiary, and the focal plane of the SYZ design is relatively flat.』(RC設計中焦面強烈凸向第三鏡,AG設計中焦面強烈凹向第三鏡,而SYZ設計中焦面是相對平坦的)

『...The maximum tilt at 3.75" off-axis for the SYZ design is roughly 0.9 degree. The SYZ design clearly has an advantage here...』(這段是在討論耐焦上的光纖光譜設備;光纖需要相對於焦面有一個傾斜角度,這裡SYZ有明顯的優勢)

在國際評審委員會的評審中:

『The NIAOT optical design favored the so-called "SYZ" four-mirror solution, which gives excellent formal image quality and a nearly flat, telecentric image surface at both prime, Nasmyth, and crude foci.』(懶的翻譯了。。。意思是一樣的,視場平,象質好)。

至少在兩組獨立的國外評審中,也都沒有迴避四鏡的優勢。

我非常同意你說的,在完整的讀過三鏡設計,Nelson報告和國際評審報告前,不應該對四鏡設計盲目評價,更不應該『為了黑而黑』。但是同樣的可以問,『覺得四鏡更好的人是不是對三鏡的評價也過於保守了呢』?如果四鏡就是這麼好,為什麼這麼多天文學家擔憂,幾組國際專家表示了顧慮?誰不喜歡大視場,哪個不喜歡好象質?這些問題最終,還是都要回歸技術討論的。

至於『大視場巡天』的問題,可以說,目前陳院士和崔院士的回應中的討論都不到位。而且主焦點的問題和三鏡四鏡設計並無必然聯繫,最終依然要回到科學目標和回報的討論中來。我認為,在目前三鏡四鏡的技術爭論中,主焦點的爭論是分散注意力的。按照12米望遠鏡的科學需求,主焦點根本就不應該作為重點。崔院士自己也承認,主焦點設備不是十三五建設期間需要考慮的。但是在之前的技術討論中,天光所團隊確實強調了主焦點的重要性。如Nelson Report中:

『There may be variants including a faster primary, but we are informed by NIAOT that this would preclude a prime-focus camera with a really wide field of view, which they prioritize highly』(設計上包括主鏡焦比在內的因素都還有變化空間,但天光所團隊告知我們,那樣會影響在他們設計中優先順序高的主焦點大視場照相機的設計)。

我現在正在努力地把技術資料讀懂,翻譯成中文。由於工作的時間限制,進展比較慢。大視場巡天的問題,如果你感興趣,我可以再詳細地和你討論。

『看法3:從新聞報道上看無論是12m的最初準備階段,遴選階段還是正式入選十三五,活躍在最前面的都是崔院士和南京天光所,現在3鏡方頗有一腳把別人踢開的趨勢。』

請結合我對你『看法一』的回復。還是要承認,我並無更多的內情,但是只是結合之前國內天文界的一些討論,我認為12m項目的出現是很突然的。而且我覺得作為一個十三五項目,天光所作為一個技術單位單方面的強勢推動並不是最好的方式。

國家天文台和大科學中心的組織從體制上說,是合理的。至於組織的好不好,需要『圈內人』來誠實的評論。不過就我所知,討論過程中,UCO的專家一直和天光所團隊保持著聯繫,還曾邀請崔向群院士和梁明來加州訪問,討論。種種原因沒有成行,頗為遺憾。而國際評審團隊的選擇也是諮詢了天光所團隊的意見,並考慮了他們的推薦的。在國際評審團隊中,你可以看到有當年和崔向群院士在VLT主鏡支撐上合作過的工程師,也有參與過LAMOST評審的幾位專家;四鏡設計的文章中專門和E-ELT進行了比較,在折軸焦點的保留上,也拿E-ELT作為例子,而E-ELT的主要光學設計師,就在這個國際評審團隊中。這樣的做法,我不覺得是『一腳踢開』。

『問題1:馬東林出現的時機很微妙。

問題2:為了洗清別人扣的帽子,請問馬東林提出的3鏡方案與TMT的區別,到底是不是TMT的試驗品?

問題3:馬東林的專業性』

這三個問題能否一併回答你?我理解你的好奇心,我也有同樣的好奇心。比如為什麼發出了那麼多邀請,只有兩份申請?為什麼很多在光學領域比華中科技大學有經驗得多的單位對十三五大項目不感興趣?這裡面的問題,除非有圈內人出來說,誰都不能確定到底如何。這麼討論下去,最後難免成了誅心和潑髒水。我能以我個人名義回答你的是

1) 華中科技大學在天文望遠鏡的設計經驗上顯然是不如天光所的。馬東林作為一個年輕學者,在望遠鏡設計上的資歷顯然也是比不過天光所團隊裡面的專家的。但資歷和年齡等不等於水平?這我無法評論。我能說的是,望遠鏡的光學設計在紙面上算不上多麼有挑戰的課題,是有 很多成熟的經驗可以借鑒的(參考下一條)。把一個設計和一個人的資歷水平,出現時機捆綁起來,不利於客觀地討論技術問題。

2) 三鏡方案是基於Keck望遠鏡的設計和加州大學天文台專家的意見修改而來的。這一點無論是從華中科技大學自己設計報告中,還是從和Nelson report以及Keck blue book的對比中都可以看到。在這期間,UCO的幾位天文學家在毫無利益牽扯的情況下付出了很多的心血,尤其是剛剛去世的Jerry Nelson教授。在UCSC的同學都會知道,Jerry在人生最後階段受到中風困擾,說話都困難,依然參與討論和撰寫報告。

3) 三鏡設計不是TMT的試驗品。TMT不需要這個試驗品,按照現在的進度,12m和TMT究竟誰先完成還不好說。。。TMT經過了多年的設計和討論,以及多輪的評估,已經基本定型。如果不是因為夏威夷原住民抗議,現在都應該在建設中了。說3鏡設計是TMT的『試驗品』,既不了解TMT,也不了解12米。

『問題4:如果現在崔院士他們改做3鏡,一點也不違背你們的所謂的科學目標,你們會寫公開信擁護嗎?恐怕你們還是會用lamost作為攻擊點不遺餘力的去攻擊吧。那到底誰建呢?怎麼建呢?3鏡方能給出答案嗎?畢竟現在是建望遠鏡的問題,至於科學目標,其實早該在申請之前就應該討論明白的,然後配合技術專家去申請項目,而不是之前不配合,現在又吵著嚷著不考慮科學目標了。不要說什麼華中科大提又不是華中科大造之類的不負責言論,華中科大的馬東林其實就是一個傀儡,誰都能看得出來。大BOSS是誰呢?水很深啊,讓人非常懷疑。』

好長的一個問題,容我慢慢回答:

1)如果天光所團隊願意在『三鏡』設計上合作,我個人舉起四肢支持。公開信不是我一個人說了算,但是大家要是不煩,我會有這個意願的。

2) 如果你讀過國際評審團隊的意見書,相信你會同意,這份意見書水平很高,更應該令大半個中國天文界汗顏,並且重新審視自己。意見書對選址,項目規劃安排,到國內合作的組織都提出了含蓄的批評。這份意見書現在我經常拿出來絕不是單獨想反對四鏡設計,而是想敲打包括我在內的所有同行。技術上達成一致,國內通力合作是必須的。

3)關於LAMOST,並不是我們在『不遺餘力的攻擊』。就我個人而言,認真組織對LAMOST的經驗,教訓的總結和任何項目無關,是天文界應該自上而下做的。現在我有時會強調LAMOST項目的一些不足,是因為崔院士在不同場合表達過:『天光所有了LAMOST的經驗後,已經具備了建設10米望遠鏡的能力』。這一點我不認同,無論是從經驗上,還是技術儲備上,天光所都還沒有說這個話的底氣。最簡單的,天光所任何一個人都應該承認,天光所還沒有建設4米級地平式通用望遠鏡並為之提供科學儀器的經驗。而且,LAMOST建設中反應出的一些問題,在12米的設計中,必須要予以考慮。

4)『三鏡方』這個說法技術上不夠準確。中科院大科學中心參考了國際評審意見後,選擇了三鏡設計,準備了十三五項目計劃書。無論採取哪個方案,都應該經過大科學中心,都應該經過獨立評估。誰建?國內任何一個單位,包括天光所,都沒有獨立完成12米建設的能力,華中科大更沒有。通力合作是唯一可行的道路,能不能做到,要看院士們的意願,大科學中心的領導能力,學界的監督和推動。坦率的說,我不知道有多大可能。

5)關於科學目標,國際評審委員會對於現有科學目標的準備提出了意見。任何有天體物理博士學位的人都能看出來,現在科學目標的詳細程度遠遠不足以提供真正意義上的技術指導。這是必須要指出,並且反省的。我們有這麼多國際一線的天文學家,為什麼拿不出一份真正像樣的科學意見?是時間緊?是組織得不好?是科學家對於自己的意見被採納沒有信心?坦誠的回答這些問題我覺得是很有必要的。

6)『傀儡,大BOSS』這個說法我覺得不夠謹慎。陳建生院士對三鏡設計表達了強烈的支持,如果你覺得這就是『大BOSS』,那我也不知道如何反駁。更多的『內情』我也不了解,沒興趣去了解。但至少我個人期待的是不以任何一個院士的個人喜好和意見作為望遠鏡設計選擇和建設規劃的決定性意見。如果說『BOSS』是誰,我希望是國內一批堅定支持三鏡設計的一線科學家。這些人有過大望遠鏡使用經驗,參加過基於這些望遠鏡的項目,並會利用這樣一台望遠鏡設計科學。至於你反覆提到的馬東林和華中科技大學,我想,在現在整個天文界如此的關注下,12m望遠鏡絕不會成為某個人功成名就的平台和某所學校的囊中之物。我和一批朋友反對的就是這樣的行為。

『說到底還是以科學的名義在爭取誰作為總體單位。某些天體物理學家總是以科學的名義自居,其實是極其自私的,無論是在起初反對自建並積极參与國際合作上,還是現在。一直說國內的建造技術不行,你們倒是支持一下啊,總是扯後腿。僅就這件事上你們的所作所為,請反思一下,中國天文學該怎麼走?天文技術專家是天文學家嗎,還是在你們眼中就是一個工程師?不要總是用戶用戶的,大家都是乙方。』

關於科學目標的批評,我覺得非常有意義,但是在12米望遠鏡上堅持『科學驅動』,我毫不動搖。『技術驅動』不是不可以支持,也不是沒有成功的例子,但要看基礎,要看目的。如果12米望遠鏡建成,天光所希望主導一架中口徑的望遠鏡作為原型測試一些新技術,我想天文界不會有很多人反對;如果天光所現在要先建一架2米的望遠鏡,驗證四鏡設計的關鍵技術,我想也不會有很多人反對。但現在國內天文學群體在壯大,國際合作增多,國內2.4米以上通用望遠鏡數量為0。在這個背景下,12米的意義和關鍵程度不言而喻,作為科學群體要求慎之又慎我覺得不是自私。

事實上,如果你回顧LAMOST的早期規劃,可以看到很多國內一線科學家的身影。其中有些人為了LAMOST的河外巡天出謀劃策,僅僅在光譜觀測源的挑選上,就付出了很大的辛苦。這我覺得是極其不自私的。而LAMOST最終在河外科學上的遺憾,對我們來說是遺憾,對這些人簡直就是切膚之痛。

工程師,是一個多麼值得驕傲的稱謂?在國際評審委員會裡面有兩個名字:Bernard Delabre和Lothar Noethe,他們的職位都是歐洲南方天文台的工程師。Bernard是2017年的Tycho Brahe獎的獲得者。這兩個人在過去40年里,對ESO多重要,對NTT多重要,對VLT多重要,對E-ELT多重要,在介紹歐南台發展的書籍&中都有描述。這樣的工程師,說得多重要都不為過。簡單的糾結天文學家,技術專家,工程師這些頭銜,也反應了國內工程和學術界的割裂,雙方都有責任。在國外的哪個不知道一群跨在技術和科學兩界的巨人呢?如果能參與到科學目標的設計和學術項目中來,為什麼不能叫天文學家呢?如果國內有『天文學家』僅僅因為對方是工程師或者技術人員就不屑於解釋科學目標,我個人希望第一個大嘴巴抽他。但是我也非常誠懇的希望不要聽到『你們懂技術能有天光所的人多?』這樣的口氣。

最後,請允許我以一段引用結束我的廢話。這段話來自三十米望遠鏡的『科學驅動需求文檔』(Science-Based Requirements Documents):

"This document describes the science-driven requirements for the Thirty-Meter Telescope project...These broad science goals have motivated a set of science-driven observatory capabilities and requirements that are described in this document, representing the consensus view of the Science Advisory Committee and the Project Scientist , after consultation with many expert engineers and scientists within the broad TMT community"
(這份文檔描述了三十米望遠鏡項目科學驅動的技術需求。。。這些覆蓋面寬廣的科學目標成為了本文檔描述的一系列關於天文台觀測能力和技術需求的動機。這些技術要求反映了科學顧問委員會和項目科學家,在廣泛徵求了TMT社區內大量技術專家和科學家後給出的一致意見。)

我衷心的希望有一天我們也能把這樣的一段話,問心無愧的寫進我們12米的技術文檔中。

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@狐狸先生 @陳昱光 的答案都很好,我也很推薦

大型光學-紅外望遠鏡科學共同之聲 The Community Voice of the Large Optical/Infrared Telescope

這個網站里分享的內容,以及背後平台上面的討論。另外,很不要臉的再把我自己之前的一點廢話拿出來:

黃崧:如何評價12m光學紅外天文望遠鏡?

後面說幾句不客氣的話:

1) 中國天文界迫切需要中等到大口徑的光學-紅外地面設備。不僅是為了增加我們在科學界的競爭力,更為了訓練下一代的天文學家,讓他們能夠為使用30m級望遠鏡和各種空間設備思考科學問題做好準備。

2) 3鏡與4鏡的爭論不是簡單的『保守』和『創新』的爭論,也不是簡單的『科學驅動』和『技術驅動』的爭論,這是偽命題

- 3鏡系統成熟不假,但是並不落後! 這是一種以Keck望遠鏡設計為藍本,修改而來的設計,經過了實踐的檢驗,非常適應10m級通用望遠鏡的科學應用。在新的大望遠鏡設計上,10m的LSST設計獨特,但那是一架以快速時域巡天為主要科學目標的專門巡天望遠鏡;39m的E-ELT採用了5鏡設計,但是,第一,E-ELT的科學目標和技術指標與12m LOT有很大不同,第二,E-ELT的設計是否成功,沒有先例可尋。最近還有對E-ELT之前設計中某些疏忽的討論。4鏡強調的主焦點大視場能力也不是不可以在3鏡上面實現,日本的Subaru望遠鏡就是一個典型的例子。

- 4鏡系統並非是多麼激進大膽的創新,甚至說這是一種完全新穎的設計也是要加好定語的。在Su et al. (2016) MNRAS的文章里,作者回顧了這一設計的發展過程,並且指出了" Since all these
features originate from the Chinese 2.16-m telescope...." (所有的特點都起源於興隆2.16m望遠鏡的設計,這是40年前設計的望遠鏡);作者在文章里也指出,國際上對8-10m望遠鏡主焦點大視場的探索也不是由這個設計開始的。非要提技術驅動?那麼這裡的『新技術』具體是什麼?『驅動』的又是什麼?至少在現有的技術和科學預研中沒有足夠的討論。

3) 任何在科學項目討論中把民族自尊心拔得比科學目標還高的行為都是耍流氓。國際上8-10m望遠鏡的建設開始於30年前,已經有&>10個成功或者不太成功的例子。我們現在做的是追趕,是補課,要謙虛,要知道學習從哪開始,創新從何而來。建設12m望遠鏡不是搞量子通訊,不是搞可控核聚變,國際上有成熟的團隊,有非常豐富的經驗和技術儲備。

- 按照建設通用望遠鏡目標邀請的國際評審團隊非常有說服力,包括了幾乎所有成功的大型地面光學望遠鏡的設計者。任何無視這支評審團隊的意見,轉而訴諸『自主設計』『國內首創』這類『情懷』的行為都是耍流氓。評審團隊的意見里對兩種設計的優劣有著客觀的評價,並沒有迴避3鏡系統的弱點,最終還是要靠科學目標來定奪。這就好像巴薩,皇馬,曼聯,大巴黎,切爾西的教練合在一起討論,寫了份文件,指出天津泰達隊伍建設中的問題,然後你以國情不同不予理睬一樣,是很弱智的。

- 要論自尊心,自豪感,我們最可以驕傲的是華人天文界有一批誠心誠意在為中國天文服務,為下一代付出的科學家;更有一支平均年齡非常年輕,非常有能力的青年天文學家和學生團隊。這些人涵蓋了12m望遠鏡科學目標的方方面面,很多是從學生時代起就有使用8-10m望遠鏡經驗,參與國際一線合作。正是在這些人的幫助下,LAMOST這架歷經坎坷,錯過了原有機會的望遠鏡才能開闢新戰場,煥發生機。把創新的信念託付給他們,誠心誠意地讓他們參與進望遠鏡的科學設計,最終不會讓人失望的。

4) 任何拿LAMOST來試圖證明『國內自主創新』在天文界取得成功的行為,不是傻,就是壞。國內有很多天文工作者為了LAMOST望遠鏡付出了巨大的努力,我們從完全沒有經驗開始,逢山開路,遇水搭橋,才有了LAMOST的運行。在銀河系恆星巡天這一領域,靠著一大批天文工作者們的艱辛付出,LAMOST才憑藉著巨大的巡天體量成為了能和RAVE,APOGEE競爭的項目,至少在科學產出數量上沒有落後。這些人的辛苦值得大書特書,但是,也必須看到,LAMOST在建造的過程中遇到了各種本可以預見和避免的技術困難,本來可以在技術和科學上都有更好的規劃。更重要的是,LAMOST完全沒有實現當初制定的科學目標。就好像你要造一艘航母,最後成為了非常成功的海上主題公園,你敢拍著胸脯說你成功了嗎?作為科學界,不應過多指責前人的判斷,也不應該過分解讀過去項目的問題,但至少應該做到客觀地總結LAMOST項目的得失和經驗,為後人所用,而不是揣著明白裝糊塗的繼續自吹自擂。

5) 以目前公開的技術文檔看,12m項目從選址到科學項目的預研都還是不充分的。趕著十三五項目的死線是一個非常糟糕的借口,先拿到錢再慢慢完善科學和設計也是非常不負責任的行為。作為科學家,我們手裡拿的是國家的經費,更是納稅人的辛苦付出,做不到最基本的嚴謹和負責是非常可悲的。


謝邀。

感謝 @小龍哈勃 和 @黃崧 的科學把關。以下代表我個人觀點。

利益相關:1)北大天文系畢業。在本科學習期間,陳建生老師曾經數次直接或間接地幫助過我。2)這件事幾天之前白熱化之後,我在參與一個旨在表明年青一代(現今天文界博士後和研究生)對3鏡系統支持的公開信,預計今明兩天會公布。

綜上所述:本人完全支持3鏡系統,暫時不建都比建4鏡強。實際上,國內從事天文科學研究的人員於3鏡的支持絕對是具有壓倒性優勢的。

(08/07 更新:針對有人表示文末「八卦」內容涉嫌人身攻擊,建議我刪除的在這裡統一回復一下:我個人的態度十分明確,無論從科學上,還是程序正義上來講,4鏡方案都是不合格的。所以實在看不出來哪裡人身攻擊了。都是真實發生的事實。)

本文參考:大型光學-紅外望遠鏡科學共同之聲 The Community Voice of the Large Optical/Infrared Telescope。本網站昨日上線,由民間運營,旨在收集相關技術性文件,增加整個項目的透明度。對技術感興趣,且有相關基礎的知友歡迎在網站討論板塊發聲。

以下所提「望遠鏡」全部代表光學/近紅外望遠鏡。射電望遠鏡(如FAST)不在本文的討論範圍。

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首先,不談科學目標就談設計絕對是耍流氓,所以我們先看一下12米望遠鏡(以下簡稱 LOT)設計中,從國家層面、從科學層面都要實現什麼樣的目標。

從國家層面,LOT 希望能夠在「十三五」完成立項、2018年底開工。這裡要交代一個背景,就是國際上的一批下一代30米級望遠鏡已經陸續開工建設,其中包括中國參與10%的三十米望遠鏡(TMT)。而目前世界上已存在的10米級望遠鏡(如下圖)多達13台,其中最大的是迦納利大型望遠鏡(GTC),口徑10.4米。國家希望建成12米望遠鏡,打出一個時間差,在30米級望遠鏡完工之前成為世界最大的光學/近紅外望遠鏡。所以整個項目的時間確實非常緊。

(Credit: 維基百科)

從科學層面上來講。無論是在陳院士的信,還是在目前公開的多個文檔中,都多次提到,LOT 應當以通用型望遠鏡為主(這是關鍵點之一)。原因是目前「十三五」規劃項目中,已經有多個巡天項目。且世界範圍內也有多個正在進行或正在建設的巡天項目。這些項目數據完全公開。舉例來說,還有一個月左右就要初光的 Zwicky Transient Factory(ZTF)每晚會觸發幾十萬個警報。在未來十年、二十年里,對重要的天體進行確認和後續觀測,要比發現重要地多。我國地處東半球,而世界上大多數望遠鏡都位於西半球(如下圖)。在同一地理經度上,完全無人可以與我們競爭。這使得我們可以在別人都是白天的時候進行觀測。這對於瞬變源的後續觀測至關重要。此外,目前國內最大的通用型望遠鏡為雲南天文台的口徑2.4米望遠鏡,在口徑上落後國際水平上百年。建一台通用型望遠鏡對於彌補缺口意義極其重要。因此,LOT 和現在國際上已有的10米級望遠鏡科學目標差別不大,僅進行小範圍的提升。

(Credit: Astronomical Instruments)

已詳細指明的科學目標包括(不分先後):1)早期宇宙中的恆星和星系、宇宙初光等;2)包括類星體、伽馬射線暴在內的高能天體;3)引力波源對應體和瞬變源;4)系外行星。1需要望遠鏡能夠觀測到足夠暗弱的天體,2的情況比較複雜,既需要觀測暗弱天體,也需要和3一樣具有快速響應的能力,4需要測量精度足夠高、儀器穩定性好。

科學目標確定之後我們再來看一下技術:

首先來看一下3鏡和4鏡的光路圖比較。

(Credit:Scientific performance analysis of the SYZ telescope design vs. the RC telescope design,有改動。)

4鏡設計和3鏡設計的不同在於在主鏡(M1)後面:4鏡在 M1 之後多加一個小鏡子(M3),這導致 M2 需要做大、M4 需要開洞(另一個關鍵點)。

再科普一下幾個焦點:

主焦點是由主鏡直接反射形成的焦點。只跟 M1 有關係,跟後續光路關係不大。大型巡天項目很喜歡這個焦點(如日本的昴星團望遠鏡的 HSC,見下圖),因為焦距短、視場巨大(可以到度的量級)。但是,一要移除 M2;二由於主焦畸變嚴重,要設計一系列透鏡對主焦進行改造。

(Credit:Subaru Telescopeamp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;#x27;s Hyper Suprime-Cam Displays Its Capabilities, Views M31)

卡焦在傳統的3鏡設計中是在望遠鏡後端。這個部分是要隨著望遠鏡轉動而跟著轉的,而且不方便拆換,所以一般放小型的永久性儀器。大雙筒望遠鏡在這兒放的是 MODS(如下圖)。

(Credit:Instruments)

耐焦在望遠鏡的側面,而且通常設計在和望遠鏡重心對齊的地方,也就是支撐望遠鏡,並控制望遠鏡俯仰的軸那裡。這樣可以在耐焦的位置建一個平台,安放大型儀器,而大型儀器不需要跟隨望遠鏡俯仰調整位置,只要跟著望遠鏡底部調整方位的平台一起轉就行(如下圖所示)。這裡不僅可以放一個儀器,左右兩側至少可以放兩個,每側平台添加一些鏡面的話還可以額外分層。

(Credit:Telescopes)

那麼為什麼要設計成4鏡呢?

實際上站得住腳的原因只有一個:多加一面鏡子多一層改正。在耐焦平台上,成像質量會更好。像質主要體現在兩個方面。1)視場大,在15角分的大小(約為一個月面半徑,耐焦由於經過鏡面很多,焦距被拉的很長,所以視場都在角分量級)上,4鏡的設計可以達到0.1角秒的成像質量,而3鏡只能達到0.25角秒左右。2)場曲小,減小後端儀器的製造難度。

乍一看這都是很大的提升,但仔細一想並沒有那麼簡單。首先,我們距離理論的成像極限還很遠。地基望遠鏡受到大氣層的影響。大氣層中的湍流會嚴重影響成像質量,也是我們為什麼看見星星眨眼睛的原因。為此,天文學家發明了自適應光學技術,通過快速改變望遠鏡鏡面的形狀,抵消湍流帶來的影響。但是自適應光學是有局限性的。

由上圖可以看到,觀測不同角度的天體,光線所經過的大氣是不完全一樣的,這就限制了自適應光學不能做到很大的視場。想要做大視場,就要多加改正鏡。目前最先進的大視場自適應光學可以做到4角分,距離15角分還有很大距離。

場曲小對後端儀器設計帶來的改進也很有限。對儀器設計沒概念的同學可以看下圖:

(Credit:MOSFIRE Home Page)

這是位於凱克望遠鏡耐焦上的一個多目標紅外光譜儀。在光線最終到達相機之前,要經過多層透鏡的調整和準直。這也是4鏡設計的優勢。它可以通過添加一面鏡子給儀器設計帶來方便。然而是否值得存疑。因為即使場曲好也沒有好到可以不添加準直鏡的程度。增加一個鏡面所帶來的光損失能否在後端儀器補回來,在儀器設計好之前很難下定論。

我們現在可以根據科學目標來看一看4鏡的優劣了:

1)早期宇宙:早期宇宙天體非常暗弱,對於望遠鏡+儀器的通光要求很高。由於主動光學系統會帶來嚴重的額外光損失,做相關觀測的開主動光學得不償失。因此像質一般只能達到0.5-1角秒,0.1角秒的像質提升並沒有明顯效果。而額外加一個鏡面、以及M4 開孔都會帶來額外光損失。

2)高能天體 + 3)瞬變源:需要望遠鏡的快速反應能力。將光路複雜化恐怕只會添加更多技術難點。

4)系外行星:系外行星需要觀測精度。直接成像法關注的是一顆恆星周圍1角秒左右的視場,15角分的視場並沒有意義。而且為了進行如下圖所示的觀測需要扣除中心恆星,M4 開口會對星點成像的形狀造成影響,給扣除帶來困難。視向速度法則需要後端儀器具有很好的穩定性,與前端關係不大,甚至與口徑關係也很小。目前對於恆星速度測量的極限在1米/秒左右。在建的最先進儀器正在向0.1米/秒努力。原因在於,實現0.1米/秒的測量精度,要將儀器本身的變化(如熱脹冷縮)控制在毫米甚至納米級。這對材料的要求很高。

(用直接成像法觀測系外行星,credit:Direct Imaging of Planets)

因此對於已有的科學目標,很難說4鏡有什麼優勢。我唯一能想到的4鏡優勢在於對銀河系內星團,和臨近明亮星系的觀測。這些天體直徑大,又需要高解析度。然而奇怪的是,這些內容即使在4鏡的材料中也沒有明顯涉及。

除了以上內容外,以下列出我還觀察到的一些爭議:

1)關於要不要搞大視場巡天的爭議:首先先要強調,目前已公開的材料都沒有強調大視場巡天,而是要首先保證望遠鏡的通用性。其次,大視場巡天一般將儀器放在主焦點。一旦使用主焦點就需要把 M2 移除,這跟用3鏡還是用4鏡幾乎沒有任何關係。

2)多加一個鏡子帶來的光損失問題:4鏡方案聲稱可以使用鏡面鍍銀技術,取代現有的鍍鋁技術,提高每一級鏡面的反射率。因此,使用鍍銀後的4鏡並不會比使用鍍鋁的3鏡差。然而鍍銀鏡面意味著要犧牲近紫外波段的觀測。此外,銀膜不如鋁膜耐久,需要在表面覆蓋保護層。覆蓋後反射率還能提高多少存疑。而且,如果鍍銀技術成熟的話,在3鏡上鍍銀豈不是更好嗎?

3)3鏡和4鏡的爭議是科學主導還是技術主導的爭議:我不認為在天文學界,科學主導和技術主導如此涇渭分明。而且目前的爭議和通常情況下整個反了過來……國際常見的現象是:科學界提出大膽的想法,而技術界研究相關想法後則會從現實考慮,更加保守。

4)台址問題:這一問題與望遠鏡本身結構關係不大。爭議主要在暫時選定的西藏阿里是否是最好的台址。遺憾的是,我國西藏選址的數據積累的過少。即使是現在已有的數據也不能支持阿里能夠達到類似於美國 Mauna Kea 天文台的世界級水平。

綜上所述,個人認為,4鏡相較於3鏡並沒有明顯優勢,甚至某些方面劣勢明顯。即使4鏡是一個好的設計,在新技術面前是否應該先建一個小規模的原型機?舉例來說,已故被譽為「凱克望遠鏡之父」的 Jerry Nelson 在首先設計出拼接鏡面(如下圖)的時候遭遇了大量質疑。人們認為以當時技術過於冒險。於是 Nelson 建造了一個規模較小的原型望遠鏡。原型機後來取得了成功,並平息了爭論。

(凱克望遠鏡的拼接鏡面,credit:Gallery W. M. Keck Observatory)

考慮到 1)我國是從2.4米直接跳到12米,已經具有風險,再在技術上增加風險不值得;2)既然時間緊,沒有時間造原型機用事實說話的話,就應該選擇經過世界上大量事實驗證的3鏡結構。因此我是完全支持3鏡設計的。

===========最後聊點八卦===========

1)原文中,崔院士的人身攻擊是事實存在的。我有幾個朋友都收到過言辭還要激烈的郵件。

2)原文中,崔院士經過政治運作暗箱操作也是事實存在的。國家天文台大科學中心原本成立了一個國際委員會,評審3鏡和4鏡兩個方案。在了解國際評審委員會傾向於3鏡方案後,崔各方運作,促成繞開大科學中心,又成立了一個委員會。委員會審議時完全沒有3鏡方案的負責人參加。而成員甚至包括了從來沒摸過望遠鏡的理論學家。「崔委會」以舉手表決的形式通過了4鏡方案,沒有留下任何文件。而原有的委員會與之形成鮮明對比,成文的評審意見內容翔實。崔以此獲得了優勢。即使4鏡是一個更好的方案,這種行為也是很**的,不應予以鼓勵。更何況4鏡面臨著很大的反對聲音。3鏡、4鏡理應是科學技術問題,應當回到討論科學技術的框架下。

3)補充一點陳老師的八卦給你們作對比,也堵住某些不負責任的回答的嘴。陳老師絕對是為中國天文界嘔心瀝血的人。有人以支持3鏡的沒人做巡天來反駁。但是培養了一大批中國光學天文界當今主力中的主力的 BATC 巡天可是陳老師和那個連名字都不能提的天文學家一手創建的。這可是中國主導的第一個大視場巡天。看看 BATC 的這個網站(http://batc.bao.ac.cn/menbers/others.htm)就知道這個項目對我國天文學發展有多重要。

4)陳老師在我入學之前那年因為老伴的身體原因退休,但是一直非常關心系裡的年輕人。我大四要去 Mauna Kea 觀測,但是因為種種原因被擋了一下。陳老師當時就是幫我遊說的人之一。陳老師的公開信中第一句話就是說自己在醫院不能離開,讓人十分揪心。也可見陳老師對國內天文界未來十年二十年的發展的關心。在這裡也祝願陳老師的夫人身體健康!


我只是一個在讀的天文生,對於12m的鏡子我個人比較支持陳院士的看法,我是屬於保守的一方。12m鏡子對於整個中國天文學是非常重要的東西,在某些方面深刻影響以後河外天文的發展。(畢竟這個鏡子下去未來很多年都很不會再造一個大口徑的了)我比較擔心崔院士這種標新立異的4鏡系統到底能不能做成功,畢竟有lamost的先例。lamost的數據產出多,但是性能精度尚且不如sloan,sloan有效口徑2.5m,lamost4m。現在突然要做一個12m的,而且還要以一種創新的方式來做,我很擔心會不會成為下一個lamost。到時候做望遠鏡的把事情搞結束了,爛攤子留給天文學家(特別是我這一代,到望遠鏡建成肯定博士都畢業了,甚至都拿到教職了,這個鏡子的成敗關係到以後的研究)。要是對河外源觀測不理想,那做河外源的還要為了高精度數據去申請國外望遠鏡,簡直心態爆炸。我比較傾向於一步一步穩紮穩打,一步走摔倒了就不知道要花多少年爬起來。其實說實話要是lamost做的十分理想我還會對崔院士的做法持有樂觀的看法,但是我現在真的樂觀不起來,雖然我穩如樂觀家族的一員。


能不能不要把哪個單位中標與技術方案捆綁在一起呢,不論3鏡方案還是4鏡方案,對於12米級地基望遠鏡,華中科大與南京天光所要單靠自身能力很難完成,或者說國內任何一個單位都沒有拍胸脯的實力。論光學工程能力,長光所和成都光電所無疑是國內最強的,南京天光所整體上要薄弱一點,當然天文相關經驗天光所多一些(行業內的人心裡都明白),華中科大的工程能力應該還不如南京天光所。因此,無論華中科大勝出(3鏡方案)還是南京天光所勝出(4鏡方案),個人認為都不是最優結果,很可能成為第二個LAMOST。前幾天一篇文章中提到國際專家曾提出一個建議,建議集舉國之力,共同攻關,突破12米大口徑地基望遠鏡技術。鄙人以為對我國來說這是目前最為現實和中肯的建議,至少拋開長光、成光等各大光機所絕對是錯誤的。可以成立一個由科學家與工程技術專家組成的總體組(可以包括天文學家、工程技術專家、國際上的相關權威人士),先立項,充分討論爭論,確定統一的科學目標及工程技術路線,發揮各家優勢(如成光的自適應光學、長光的精密光機及伺服控制技術、南京天光的拼接鏡技術,華中科大優化優化方案之類的),分工合作,經過5-10年的努力,扎紮實實的提高我們的工程能力,也為天文學家提供一台可用好用的12米天文望遠鏡,我想這才不辜負國家的這20億人民幣


有一些疑惑,四鏡設計相比三鏡設計會損失更多的光子,從而降低對於暗弱天體的觀測能力。下一代巨型光學望遠鏡將以強大的集光能力和極小的解析度(空間上的和光譜上的)為地面觀測帶來重要進展。其相應的科學目標如高紅移星系、暗物質、系外行星,原始恆星等,也是未來研究的重要方面。那麼我國這台12米望遠鏡為什麼要選擇不利於這些觀測的光學設計?

其次考慮到我國天文望遠鏡的技術積累,四鏡設計會帶來更加複雜的工程與建設難度, 並且望遠鏡從大視場快速轉換為觀測暫現天文現象(GRB,gravitational wave source等)時,四鏡這種更加複雜的光學設計能否保證轉換的速度。

比起鏡子的光學設計,我更擔心的是它的自適應光學系統(AO),因為大氣湍流的影響,大氣的擾動必須實時的測量,不然大氣情況的改變將使系統的改正因滯後而產生錯誤。這就需要每秒鐘對觸動器進行大量計算並且施加上百次的電壓,以便彈性鏡面的形變能夠與大氣擾動反匹配,來消除星像的畸變。大型光學望遠鏡如果沒有優秀的自適應光學系統,那麼觀測能力將大打折扣。自適應光學系統具有很大的技術挑戰,其中包括高功率,穩定的鈉激光器;快速低雜訊的感測器,可變形鏡面與觸動器;大型的二級自適應透鏡等。巨型光學望遠鏡將與先進的自適應光學技術協同來取得觀測的進展。

中國天文望遠鏡相比國際落後了兩代,雖然國內也開發了相應望遠鏡的自適應光學設備,但對於2.4米到12米如此大的技術跨越,多重共軛自適應光學(MCAO) 技術儲備如何?能否按時研發出匹配的自適應光學系統以保障順利觀測。

這是前不久VLT-Yepun利用新的自適應光學設備AOF和MUSE拍攝的NGC 6369,當AOF進行湍流校正後(右),我們看到了更加清晰的星雲圖像。

總而言之,希望這台12米望遠鏡能夠確保定位準確,設計可靠,高效實用。成為中國天文望遠鏡的一個里程碑,而不是一個未達到預期目標的試驗品。


前幾天三個微信群里猛聊這個話題的時候我恰好在一個wifi奇差或者乾脆就沒有手機信號的地方,好在想說的話都已經在 《青年天??作者就???光學紅外望遠鏡設計?案的公開信》尤其第二版里體現出來了,費好大勁終於找到了個有wifi的牆角看到了院士們的信,也在公開信里簽了個名,感覺江湖上又將掀起一場

而我這個外行終於決定腆著臉來說說看法,是因為下午買菜回來發現被 @Dilililidilililidada 艾特了一下,謝謝您的鼓勵;也因為昨天終於回到有wifi的地方後開始系統的看 大型光學-紅外望遠鏡科學共同之聲 這裡的文獻,剛看了倆,也就是

? 大型光學-紅外望遠鏡整體情況、科學目標和技術需求 - (中文 / Chinese)

? Large Optical-Infrared Telescope (LOT) - Science background and requirements - (英文/English)

這兩個pdf,發現三件事請:

1,中英文的這兩個文件內容略微有點區別,而且而且英文版的內容似乎更流暢一些,比如說中文的2.1.1,2.1.2內容和英文版是恰好對調了位置,比如說英文版介紹了陳建生老師郵件里提到的CSST的一些具體指標,而中文版只是說2022年前後發射,口徑兩米,就這。因此儘管中文的這個pdf比英文多3頁,考慮到國際評審團的專家估計也是看的英文的這個報告來判斷哪個設計方案更滿足要求,因此推薦大家也看一下英文的

2,如果這兩個文本表達的是對中國這架12米望遠鏡的期待,我看到的除了一些具體到比如說曝光一小時能看到多暗的天體,望遠鏡要怎麼快速響應之類的要求外,無論中文還是英文的pdf,都提到一些很概括的要求:

其中高海拔是非常現實、苛刻並且是必須要面對的困難。這對經費和時間都增加了額外的難度。因此這些都要求望遠鏡和科學儀器從設計到建造必須採用成熟可靠的技術,而且應儘可能地簡單。

我們 還應注意目前中國天文學界建造大型光學望遠鏡的經驗很少,建造複雜(經費約1億人民幣量級)現代科學儀器的經驗和能力更少,因此首光科學儀器需要從設計上儘可能簡單和可靠。

另外, 備選的三個台址都處於高海拔(&>4500米),這顯著增加了LOT項目的風險。這要求望遠鏡必須足夠簡單且可靠。

也就是

具體的說,設計方案要滿足具體的參數

籠統的說,設計方案需要 簡單和可靠

這是我看完這兩個文件後的印象

在現有的關於三鏡和四鏡兩套方案的討論中,我猜 (真的是我猜的) 兩套方案都能完成科學目標,否則似乎就不用這麼苦哈哈的爭論了,只要一方說另一方的設計不能探測到他們非常需要看到的多少等的天體,而一方的設計完全可以看到,即可終結辯論

於是我就開始調研哪個方案更加簡單和可靠,順便提一下我也不懂工程術語,我所理解的簡單,就是大部分人都能學會,我所理解的可靠,就是已經做了實驗發現果然如此,要能反覆做實驗驗證就更可靠了

我看到的四鏡方案介紹資料主要有三篇MN的文章、上面那個只要九塊的回答、letter_from_崔向群_蘇定強.pdf 和 匿名用戶:我國建造 12 米級光學望遠鏡應該採用 3 鏡方案還是 4 鏡方案?兩種方案的優劣比較如何?我覺得九塊不是很貴,光譜儀說不定還會再加三塊,這些關於四鏡的介紹都講到了四鏡方案的可靠性和創新點,這都是很優秀的品質

並且我甚至在 letter_from_崔向群_蘇定強.pdf 文件中看到:

望遠鏡的 R-C 三鏡系統不能說是華中科技大學的設計,因為這種光學系統是應用了近 100年的經典光學系統,由誰來講都是可以的,只要講得清楚。梁眀已具體設計了很多的 R-C 光學系 統,由他來講是合適的。

也就是說三鏡系統是用了一百年了的設計,正說明了可靠啊,而且都已經「由誰來講都是可以」,所以估計也不是特別難,而且按照群里的說法,三鏡系統設計書 《大型光學-紅外望遠鏡概念設計與分析報告》(挺厚的我還沒看) 參考了keck的設計,那簡直太靠譜了,相當於有現成的實驗了啊,何況我個人覺得要真能裸抄一把,在青藏高原架起甭多了就一台keck,那

也就是說連四鏡設計者都在論證三鏡方案的簡單可靠性,那麼三鏡方案是滿足現有簡單可靠這倆要求的,假設四鏡系統可靠,那麼四鏡系統還要再論證一下簡單性才能滿足《大型光學-紅外望遠鏡整體情況、科學目標和技術需求》這個文檔的期待

先說到這裡吧,我開始看 《大型光學紅外望遠鏡(LOT)光學系統 概念設計與分析報告》了,也算是驗證一下看看簡單不簡單,有什麼心得的話還會來更新

有錯或者誤導觀眾的地方非常歡迎批評指導,我一定改


第一次聽蘇和崔宣傳10米級望遠鏡倡議是2011年在台灣的兩岸天文儀器會議。當時他們的倡議理由是Lamost的工程難度相當於一台6米望遠鏡,所以我國已經具備了向10米挑戰的實力。我2006年剛進天文台的時候Lamost還沒有驗收,當時就聽到許多同事對其的詬病,因此留下了很差的第一印象。所以聽到倡議的第一反應是不靠譜。

國際小組用extremely challenging來形容十三五完成12米的難度,這個詞在我眼裡等同於impossible。並且小組建議調動全國的相關技術力量來協助項目的實行,差不多是實行舉國政策。但是天文望遠鏡不是原子彈也不是火箭和衛星。成光和長光這兩家軍工驅動的光機所的實力應該在南光之上,他們在研的兩台4米望遠鏡應該代表了中國望遠鏡研製的最高水平了。這兩個項目立項至今可能也要5年了(印象中),至今還在進行中。12米的難度和4米可不是一個量級的。

除了兩套12米的方案,我倒很想問問小組是否建議我們應該先造一台像樣一點的6米望遠鏡。中山大學正計劃從亞利桑那買一台6.5米的望遠鏡放在智利,這就靠譜的多。對於12米,如果能夠10年開光並達到現有8米望遠鏡的效果,我就覺得是中國天文之幸了。

現在公認lamost不是一個成功的項目。但是很奇怪,這似乎對項目組沒有任何負面的影響。項目時間可以一拖再拖三拖,經費用完了可以再要,效果不理想可以找理由,這都不是問題。最後照樣可以評院士拿新項目。在這樣的前提下,提出5年完成12米望遠鏡也就可以理解了。反正到時候一定會有一台12米的望遠鏡豎在那裡,新聞聯播一定會傳來喜訊,全國人民一定歡欣鼓舞。項目組一定名利雙收。至於效果如何,除了天文學家了解,誰又會去關心呢。

我不懂光學無法評價光學方案,但是我100%信任國際小組的評論報告。雖然ELT, LSST和JWST都加了第三塊凹面鏡,但一定都是特殊需求導致的。我google了一下,得知引入第三鏡也不是新技術了,1935就由法國人提出,此後陸續做了改進,詳見鏈接Three-Mirror Telescope。否則,小組為什麼要在 the 『SYZ』 four-mirror solution之前加上so-called呢,如果這是中國的創新這麼說可是不禮貌的。既然是老技術卻沒有在任何一台10米級望遠鏡上應用一定是有道理的。不知南光如此執著於SYZ系統是想讓誰青史留名,還是真的認為自己的水平並不在國際小組之下。做產品總應該尊重用戶的需求,畢竟天文學家有需求是他們得以存在的唯一原因。


我從項目管理的角度談一談。首先目前只有華科和南光所pk就很奇怪,長光所明明是最牛逼的,還有航天科技508應該也還行不過可能不是中科院系統的不太熟他們科學家的套路。印象里同濟搞鏡子比華科厲害。

好多人是不是覺得現在國台大科學中心,或者是崔他們找專家投個票定了方案是啥就定啦?別緊張還早呢。。

這個項目用戶單位和建設單位是國台,立項批複機關應該是發改委拉著財政部(財政部可以否定方案但不會提出建設意見),崔不是說了這個項目列進13-5計划了么,就是說國台論證好了這個項目怎麼建設,編好項目建議書,等發改委通知報項目了,就可以去申報立項。

但國台報的項目建議書不是自己寫好了就可以交發改委,必須報上機機關,也就是中科院審批,所以崔告狀告到中科院把他們卡住,不讓國台在建議書里寫3鏡方案,因為按3鏡方案上報,到了發改委那裡可能微調一下就批複了,南光所就沒戲了。這很正常,重大項目,只要有院士告狀,一定會重新論證。崔是中科院系統的人,說起來還是國台的下級(國台管理南光所),所以中科院機關肯定也不希望這個大活落到華科手裡,肥水不流外人田。但是國台可不這麼想,國台的人都希望走3鏡方案。因為他們是責任單位啊,出了事不是南光所背鍋,是國台。(從技術上他們也喜歡3鏡)

然後這種要報國務院的大項目(大於5個億),發改委肯定會委託中咨公司組織專家評他們的建議書立項方案,到時候發改委和中咨才是拍板的人,就像三峽大壩爭論的時候,你推翻我我推翻你,那好,最後國務院定吧


科學上的東西竟然扯起了「賣國求榮」,搞文革那一套,我想從有臉說出「崇洋媚外」這個詞的那一刻起,誰是誰非就很清楚了。如果科學上能找出一丁點對自己有利的證據,不至於下流到要靠指責對方「賣國」來做掉對手。

國際上十米級別的望遠鏡已經有近三十年的歷史,十餘台成功案例,全世界天文學家,也包括許多中國學者實際參與使用。而我國只有並不出色的2米級別的全可動望遠鏡建造經驗,4米的LAMOST是完全不同的結構。參考國外專家專業上的意見不是理所當然的嗎?怎麼就「賣國求榮」了?同樣是國內學術機構,華中科技大的方案就是「賣國」,幾十億砸向你們毫無實操經驗閉門造車方案就是「愛國」?

科學上的東西要拿科學來說話,拿政治帽子扣人干擾科學論證,當這是在平壤?


搞學術就是搞學術。

凡學術爭論不講學術講什麼華夷之分打民族自主牌的,可以直接判斷是學術上講不過別人才拿這事扯淡。非常可鄙。


同學們總是不願與小明交流遊戲,因為他只有一台奔騰3的電腦,在win2000系統下勉強可以玩玩紅警,隔壁班的小剛家裡有好幾台i7+SSD+GTX980,連同桌的小紅也有一台i5+GT750。小明偶爾去小剛家裡蹭電腦玩半小時,體驗一下當今流行的新款遊戲。

忍無可忍的小明苦苦哀求爸爸,要到了兩萬塊錢買電腦,想一舉超過所有同學。心裡盤算著水冷+1080,足夠讓大家羨慕不已了,玩未來幾年內的遊戲都不會落後。

小明滿懷期待的諮詢了在某國內電腦公司上班的表哥,結果表哥非要小明買他們特殊技術的晶元,說性能更強一些,可惜發熱有點嚴重,很有可能玩著玩著就自動關機。

小明內心是拒絕的,畢竟自己配電腦的目的是為了能趕上別的同學,從紅警一步跨到魔獸世界,哪怕買台和同桌小紅一樣的電腦,就已經能開心的上天了,如果能比大家的都好,那就更能快速的練成大神。

可是表哥還是想讓小明試試它們的新產品好不好用,理由是,雖然現在發熱嚴重,但是十年後說不定能液氮製冷了,那時候計算性能的優越性就體現出來了。

小明還是信不過表哥,找了一大堆資料論證他的晶元可能會出現問題,甚至請教了Intel和AMD的總工程師,他們都不贊成小明買表哥的新晶元,小明深以為然,畢竟自己落後太多,已經輸不起了。

表哥非常生氣:「Intel不讓我們測試新技術,是怕我們超過他,你根本不懂硬體,這件事應該由我來決定!」


大致瀏覽了一下回答,很多人一面倒向「三鏡」方案,答題的也很多都是天文學方面的,光學工程師很少。
首先本人認為,這個爭議起因是技術路線,但深層原因是兩邊(天文科學家和天文儀器科學家,天文儀器科學家我更願意稱為工程師)矛盾已久。現在天文界,特別是天體物理界對崔應該早有意見,起因主要是因為她旗幟鮮明的反對中國參與建造國外的三十米大望遠鏡。這是科學發展意見不同,有爭論是常見的事情。工程師希望中國自己造,科學家希望參與國外望遠鏡建設,通過國外的望遠鏡觀測獲取科學成果,科學家的顧慮是LAMOST不成功。我認為,LAMOST不成功很大原因是大工程管理問題,光學部分做的還是可以的,並不能都說成崔的問題。
其實本人實際上是贊成科學家主導這種大型科學項目的,畢竟最終使用者是天文科學家。但是有三個問題,一是工程管理問題,很多大型工程最後的看的並不是科學產出,看的是工程指標,這些大工程開始都說的是實現某些科學目標,但是最後都是要講政治,講能否突破實現工程指標。實際上科學家並不是大boss,工程師必須先滿足真正的大boss,至於科學目標要先靠後。二是工程師也應該有話語權,最終工程的實現靠的是內行的工程師,科學家提出科學目標就行了,不能老是挑刺,誰喜歡一群外行老挑自己毛病,科學家要相信工程師。三是科學家要是真正的科學家,自己要有真正的科學水平,實際上中國的天文學家的水平大家都清楚,也別老是鄙視工程師的水平,真讓一些所謂的科學家主導這些工程了,他考慮的可能就不是科學,而是其他亂七八糟的東西了,誰是真正的科學家還不一定呢。
單就技術路線來看,三鏡和四鏡方案光學效率差別非常小,難度增加我認為也不大,吵成這樣子真的都是為了科學嗎。


作為科普人,可以說無時無刻不想著能刊登來自中國空間科學研究的圖像。但目前的現狀是,滿世界都是NASA和ESA的圖片,甚至ESO,JAXA乃至韓國的KARI都有更多的科普素材。即使偶爾得到中國的圖片,還得考慮保密性問題(有些中外合作項目,外方網頁上公開的圖件國內還說是保密內容)。如果能夠有中國的Keck、Hubble那將是何等幸事。

但從目前的爭論來看,我們真的準備好建設12米了嗎?如果說南光所設計LAMOST的前科說明他們不值得信任,那華科方面又有什麼資格保證他們的設計能夠正常按時完工?要知道,現在媒體刊登的12米示意圖是這樣的。

你沒看錯,媒體就是用這樣一張射電鏡的圖片(評論區之處為ARO12米射電望遠鏡)當成光學紅外望遠鏡宣傳的。這個項目真的做好準備了嗎?

在一年前聽說這個項目的相關會議時,只覺得不過是學界諸多遠景前瞻之一,沒想到今日居然成了要在十三五建成的候選項目。從陳建生院士的話中,大概可以體會這份荒誕:「天文大光學/紅外望遠鏡雖然是天文界最迫切的要求,但具體造什麼樣的望遠鏡,多大望遠鏡,都還沒有在天文界認真討論過,但介紹時總要有一張望遠鏡圖,我們手頭只有蘇定強等人發表的12米望遠鏡的文章, 就借用了他們的圖。」如此申報的項目,進入了最後十項的候選。而現在離十三五結束,還有三年多時間。

在南光所的工程師在鼓吹12米的時候,科學家們或許是不以為然的。天文學家們更青睞計劃建設於美國夏威夷莫納克亞山的三十米望遠鏡TMT,國家天文台很早就參與了這個項目,計劃承擔這架耗資14億美元的次時代望遠鏡10%的經費,也就是差不多9億人民幣,負責一部分設備並換得相應的觀測時間。但遺憾的是,當去中方主頁(Thirty Meter Telescope International Observatory)檢索相關信息時發現,非但網頁是英語的,而其中的QA的目錄是這樣的「莫納克亞山TMT實況;TMT簡介;結合可持續發展,關注環境問題;尊重夏威夷文化、保護莫納克亞山自然資源;TMT大事記;投資夏威夷島社區,造就美好未來」,絲毫沒有向讀者解釋為什麼中國要參與該項目的打算。

天文學家的觀點很好理解:在工程上,第二或者更後的名次也有重要意義,比如美國的人造衛星、載人航天,再比如我們的兩彈一星。但在科學上,第二名就什麼都不是了,LAMOST的成果不如SDSS就活該挨罵,中國剛建起FAST,美帝就聲稱要停掉Arecibo的經費。而在可以預期的未來,12米的觀測能力是無法與TMT競爭的。

那麼,國家打算投入20億建天文台的目的是什麼呢?「十三五」重大科技基礎設施建設的總體目標是:到2020年,中國重大科技基礎設施建設和運行總體技術水平進入國際先進行列,運行和使用效率整體達到國際先進水平,一批設施的技術指標居國際領先地位;薄弱領域設施建設明顯加強,優勢方向進一步鞏固和發展,支撐前沿科技領域開展原創性研究的能力顯著增強。」發改委對12米的招標書說:「設施建成後,可使我國光學極限探測能力處於國際領先行列,大幅提升天文觀測重大發現的綜合能力,同時為相關領域的前沿研究提供重要支撐,並帶動我國先進光學技術的創新發展。」至少在國家看來,技術與科學至少是並重的。

這件事搞成如今院士在網路上相互攻擊的一地雞毛,以致北大科維理研究所的林潮老師說出:「不宜由80高齡的「權威」操心主導20年後的科研方向和設備」這樣的話(雖說蘇定強院士81歲,但陳建生院士可也已經79歲了)。我們知道了什麼呢?我們知道阿里台址的完善氣候條件了嗎?我們知道雙方有按期實現項目的技術儲備嗎?我們知道能否趕在TMT、E-ELT、GMT之前收穫一批獨到的科學成果嗎?

我根本不相信什麼「科學家在公開媒體平台上爭議科學問題、爭議科學項目的決策,走向公開、透明,是最近兩年出現的新現象,這無疑是中國科學界的一種進步」。反而覺得這暴露了我國大科學項目從立項、運行到成果預期、利益分配方面的種種問題。而三鏡與四鏡的爭論,又怎麼可能僅是科學問題?


用通俗一點的話說,四鏡系統為了噱頭而標新立異,中國獨創的技術多牛逼,外國人見了只能豎大拇指,說一句中國人真厲害,滿足了某些人的所謂「民族自尊心」。作為一個天文學生,對技術並不了解,但是與技術相比,科學明顯佔有更高的優先順序,技術為了科學而服務。而且從公開的技術細節來看,如果技術成熟我們當然願意接受,但是大科學中心請來的國際上擁有建設10米以上望遠鏡經驗的專家都認為南京天光所提出的四鏡系統方案不可行,我們就得請慎重考慮這件事。更別說7月10號的會議莫名其妙的通過了這一飽受爭議的方案,這讓這次的事件又染上了一絲不那麼純粹的東西。我們不想也不能接受LOT成為又一個lamost,中國的天文經不起一次又一次像這樣的打擊。


總結一下當前的局面:天文學家想要個大玩具,國家願意花20億做一個大玩具,但是國家的興趣只在做玩具,玩具好不好玩,天文學家開不開心,國家其實不care

具體的說:

1,首先,整個案子的投資是20億,而其中一般是基建之類,真正造鏡子的錢大概只有10億。

2,對國家來說,不管是10億還是20億,都是一筆不大的錢。舉個例子,恆大買J馬,連轉會費帶工資,也花了3-4個億。

3,為20億的案子爭成這樣,說明天文方向很窮。

4,政府顯然不是沒錢,而天文之所以很窮,是因為天文研究對經濟增長的短期和中期效應不大,有天文大V說我們在望遠鏡上差了國外100年,這個話有兩個解讀方式:a,差了100年,痛心疾首;b,差了100年也沒惹出什麼亂子,說明對國家而言,望遠鏡不是一個著急解決的問題。

5,相反,國家更看重的是在光學設計、製造、系統集成的能力,這個東西在短期和中期內轉化成生產力的可能性較高。國家認為拿著20億鍛煉了隊伍,就值回票價。

6,其實全球範圍內都這樣:全球範圍內現在還有30年代設計製造的望遠鏡在用,說明對於全世界來說,其實望遠鏡本身也不是個很有用需要急著投資的東西。

7,所以全世界天文學家都很窮,都想要玩具,這次四鏡這個玩具,不符合天文學家的想法,鬧事也是正常的。

我最後提醒諸位天文學家一句,如果你們真想要三鏡方案,你們的公關重點千萬不能在你們要什麼上,相反,你們的重點應該是,我們從三鏡方案中學到的光學設計、製造、集成經驗,比四鏡還要多。

記住你們是向老闆要錢,而要錢的第一要務是國家想要什麼。國家要的不是那幾篇Science和Nature,國家要的是通過砸一筆錢,大幅提高工程能力。

公關從這裡開始吧。

補充:有人問為什麼練手要用12米?很簡單,主動光學技術起效用是在6米以上,大致可以認為,包括基建,廠房,配套設備的投資是給定的,鏡子只佔總成本的15%左右,既然做6米以上,乾脆12米吧。


3鏡和4鏡方案分別是華中科大馬博士和南光所2院士弄的。馬博士畢業沒多久,回國也沒多久,被捲入這麼一個事件不知道是有意的還是無意的,這是一個很有意思的問題。從之前陳院士和馬博士公開的信息來看,馬博士應該是無意中捲入這麼一個事情的(從公開的信息來看,馬博士是通過在美國的蔡博士(估計他們是同學或者校友關係)進入這件事情的),導致最後公開的3鏡方案提交方是華中科大馬博士。那麼又一個問題來了:國內光學製造的不少吧, 長光所,成光所(國家天文台也邀請他們提設計方案)等等,有實力、有能力的光學設計師也有吧。為何最後最後提出3鏡方案和4鏡對決是華中科大一位剛回國的老師?大膽的猜測是裡面的水太深,面對南光所的2位志在必得的院士,長光所和成光所放棄了。而馬博士剛回國,國內的誰深淺也不懂,無意中被捲入這件事情,被南光所得2位院士在其回復中定義為「馬某某」的無名小輩。

所以從公開的信息來看,華中科大的馬博士幫了國內天文學家一個大忙:本來國內天文學家早對南光所不爽了,現在眼看著又要被坑。國家天文台邀請長光所和成光所,本指望他們倆能提個3鏡方案幫幫他們,可人家太知趣了,不趟這個渾水,無論什麼方案上,他們肯定會參與這個項目,到時少不了他們的經費。結果是華中科大提出國家天文台想要的3鏡方案,幫了他們一個忙,拉上國際頂級的專家,和南光所對決。


我只說一點,除美國的UCSC外,國內的四家單位,南京和華中報了方案,但是另外兩家沒動靜,為啥呢,因為成光在這裡
https://m.baidu.com/from=2001a/bd_page_type=1/ssid=0/uid=0/pu=usm%401%2Csz%401320_2003%2Cta%40iphone_1_10.3_1_11.5/baiduid=77B1F7156320181A38E0E408C7925865/w=0_10_/t=iphone/l=3/tc?ref=www_iphonelid=7541388559950007197order=1fm=aloptj=www_normal_1_0_10_titlevit=osresm=8srd=1cltj=cloud_titleasres=1title=%E5%85%89%E7%94%B5%E6%8A%80%E6%9C%AF%E7%A0%94%E7%A9%B6%E6%89%801.8%E7%B1%B3%E6%9C%9B%E8%BF%9C%E9%95%9C%E5%8F%B0%E7%AB%99%E5%BB%BA%E8%AE%BE%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E9%A1%BA%E5%88%A9%E9%80%9A%E8%BF%87...dict=20w_qd=IlPT2AEptyoA_yk66Asa8BG6FkVSl9kpskAXjA9YQ8TmGh6o4U5YmIaW7wMDtNVGpAsEsec=23030di=2a1b799934ce8b3cbdenc=1tch=124.301.72.395.1.50nsrc=IlPT2AEptyoA_yixCFOxXnANedT62v3IEQGG_y2IBj3xjkOsbe0lINooXDLb2Sm515basCPQpqlYhCXyQyMz7qQbiKtjs7we988dd4zvhLz0H2wNeqid=68a864f07503cc001000000159872930wd=clk_info=%7B%22srcid%22%3A%221599%22%2C%22tplname%22%3A%22www_normal%22%2C%22t%22%3A1502030132680%2C%22sig%22%3A%224160%22%2C%22xpath%22%3A%22div-a-h3%22%7DsfOpen=1。

長光在這裡
http://jl.sina.cn/news/s/2016-04-29/detail-ifxrtztc3027016.d.html?from=wap。


另外,lamost是國台和南京天光搞得,兩個可以算一家,這個設備的應用情況文章里也說了。基本上這三家代表國內光學工程能力第一梯隊了。

那麼,以國內現實情況來看,5年內,12米口徑,我能呵呵噠不?

科學開不得半點虛假,腳踏實地比啥都強。先把lamost的經驗教訓總結好,再看看成光的1.8應用情況,再等等長光的4米,先把4米級欠的課補上來,咱們再說下一步行不?

國內大口徑光學系統設計和工程能力還欠缺很多,缺調試設備,缺有經驗的裝配工人,缺青年骨幹,缺領軍人物……這些都是要時間來沉澱的,一個孕婦300天能生個娃,300個孕婦一天能生個娃不?

12米到底是3鏡還是4鏡其實不重要,因為哪一個方案,個人覺得5年內都做不好,現在爭,也就是科研上的占坑,坑我先佔住,以後慢慢搞。但是到點了結題問題是不大的,科研工作者嘛,寫寫東西,提煉提煉也就是了。這個級別國內光學圈子太窄了,有份量的不用一雙手都數的過來,尤其是zky。基本是屬於壟斷性質的。在他們看來,你華中科大,你瞅啥?沒你的事,一邊去。

至於fgw,額,不聽kxy的聽誰的?畢竟聽國字頭的是zz正確。

真理在哪裡其實很多時候並沒有那麼重要,摸著石頭過河和允許犯錯有時候是很好的擋箭牌。

太陽底下沒新鮮事,文人相輕,其實也就是利益之爭。


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