中国天文台：银河系“吃掉”矮星系的最新证据

2018年5月4日，在河北省承德市中国国家天文台兴隆观测站，星空下的（郭守敬望远镜）。视觉中国 资料图

“为什么要和日本合作？说老实话，如果没有他们，单凭我们自己短期内很难做出这样一个大成果来。”中国科学院国家天文台不久前发布一项有关银河系的天文成果，该台副台长、研究员薛随建在这之后接受中国青年报•中青在线记者采访时发出这样的感慨。

这项成果称得上“具有重大意义”：科学家发现银河系“吃掉”矮星系的最新证据，打破了人类对于银河系“庐山真面目”的传统认知。不过细心的人很快发现，这项成果论文在国际学术期刊《自然•天文》发表时，作者除了中国科学家，还有来自日本的科学家，而后者正是依靠该国8米口径望远镜的“观星利器”，才受到中国科学家的邀约合作。

“毕竟我们没有这样的设备，只能寻求国际同行的帮助。”薛随建解释。成果出炉欣喜之余，我国尚未有属于自己的世界一流大口径通用型光学望远镜的神经，再一次被刺痛。

“我也希望我们有一个全链条地做出某一天文成果的能力……”薛随建告诉记者，但这是一个长期投入并积累的过程，在此之前，科学家往往能采用的策略，就是寻求国际合作。

而这，也并非一帆风顺。

谁来受理国际大科学工程合作的申请？

人们提起望远镜，就不免提起一个关键词“口径”，后者直接影响望远镜“看得有多远”“看得有多清”。对一台望远镜而言，口径增大一倍，对同样亮度的天体目标，就能看得远四倍；口径增大一倍，分辨细节的尺度就小一倍，换言之清晰度也就提高一倍。

也因此有人说，伽利略将凸凹透镜往星空一指之后的400多年，就是人类望远镜口径越做越大的400多年。

从上世纪90年代起，国际上一批8~10米级口径地基光学望远镜的陆续建成，形成了当今世界一流望远镜的基本阵容。此后，国际上又纷纷提出多个30米级望远镜方案。

遗憾的是，迄今我国最大口径的光学望远镜仍是建成于2008年的郭守敬望远镜——一台4米级口径的光谱巡天望远镜；而通用光学望远镜，则还停留在2米级——而早在一个世纪前的1917年，美国就已经建成2.54米口径的胡克望远镜。

“可以看到相比一些发达国家，我国在天文领域的投入还远远不够，这次立了大功的郭守敬望远镜，当初投入还不到3亿元人民币，而日本国家天文台斯巴鲁8.2米口径光学望远镜，则投资4亿美元；时隔10多年之后，我国开建‘天眼’FAST望远镜，被称之为‘国之重器’，但整个工程投资也还不到12亿元人民币……”薛随建说，大口径通用光学天文观测设备的空缺，已严重掣肘中国的天文研究。

于是，中国科学家选择“两条腿走路”：一条是自主创新，研制一台属于中国人自己的大口径光学望远镜；另一条就是国际合作，参与国际合作30米级望远镜项目。

在中国科学院国家天文台此前主办的一次天文论坛上，中国科学院院士、中国科学院国家天文台研究员、北京大学天文系创建者陈建生就提出“我国应积极参与国际大科学工程合作”。他说，我国由于历史原因，长期经济落后，没能赶上20世纪天文国际大合作的浪潮，进入21世纪，我国经济总量已经排在世界第二位，应该在宇宙探索中承担更多人类命运共同体的责任。

“但总的来说，我国参与国际天文大科学工程合作的体量，与我国的大国地位并不相称，甚至比不上很多经济总量比我们小的国家，比如韩国、巴西、印度。”陈建生说，尤其是体制机制上还存在很多不适应的地方，“比如我国没有任何部门的任何渠道，可以受理该规模国际大科学工程合作的申请。”

他以“30米口径望远镜（TMT）” 国际合作项目为例，这个望远镜的设计口径是当前最大光学望远镜的3倍，被称作是影响21世纪天文发展的重大项目。中国科学家争取到的结果是，以“实物贡献”方式承担其高技术任务，即以相当于TMT预算10%左右的投入，来获得相应比例的观测时间及其科学回报。

2013年7月，中国科学院国家天文台与美国、加拿大、印度、日本等相应机构签署协议。按照薛随建的说法，这些科研工作将为我国天文学家换来国际顶级装备“一部分自主使用”的同时，还将为我国天文学发展积累技术，为我国参与大型国际合作项目积累经验，并带动我国大型光学工程先进制造技术的进步。

“但那么多年过去了，这样的国际合作在我国迟迟不能得到国家的支持”，陈建生说，几年过去当今天文学，国内若干光机研究单位宁可“自带干粮”，在国家层面不投入的情况下坚持参与研制工作。

他还告诉记者，只要国际大科学工程合作申请这个问题不能得到解决，随着项目的推进，国内这些研究单位迟早将面临经费不足的问题。

让国际先进的天文资源为我所用

陈建生说，上世纪上半叶，人类观测宇宙基本还是大学、天文台等各个单位、各个地区、各个国家的独立活动，不过，随着对宇宙认识的深入，人类需要越来越大的望远镜，但这样的望远镜造价越来越高，技术越来越复杂，以某个单个国家或者地区的力量已很难完成。

从上世纪下半叶开始，多国合作共建望远镜的现象就在国际上不断涌现。比如，上世纪70年代的英国——澳大利亚望远镜，法国——加拿大——夏威夷望远镜，等等，欧洲的几个国家甚至联合成立了ESO天文台。

后来，人类又把望远镜送到太空——以躲过地球大气对观测的影响，而这更进一步加快了这种国际合作中国天文台：银河系“吃掉”矮星系的最新证据，包括哈勃空间望远镜，各种红外波段，X射线，伽马射线波段的望远镜几乎都是国际合作。

一个最直观的例子就是引力波的发现。

这项在不少天文学家眼中“21世纪迄今最伟大的发现”，不仅是人类经过一个世纪努力的结晶，相应的论文也记载着科学家的共同努力——论文作者多达4000多位，来自几十个国家，近千个研究单位。

当陈建生向公众展示这项成果的作者——写满了10张A4纸的名单时，人们惊叹于此并爆出掌声，当他展示作者所在单位——写满14张A4纸的名单时，掌声再一次响起。陈建生说，这样的国际合作就是天文领域“人类命运共同体”的一个范例。

这一次银河系成果的合作也是如此。

论文第一作者、中国科学院国家天文台助理研究员邢千帆告诉记者，银河系里有数千亿颗恒星，到底哪些是银河系原有的“土著居民”？哪些是来自近邻矮星系的“外来移民”？科学家一直在寻找这方面的证据。

这就涉及被称作“恒星指纹”的恒星光谱，有了光谱，天文学家可以确定恒星的温度和光度，推断出它的大小、年龄、化学丰度，甚至可以重现这颗恒星的“星路”历程。而获取光谱，正是中国郭守敬望远镜最擅长的事。

作为世界上口径最大的大视场光谱巡天望远镜，郭守敬望远镜曾因为突破“天文望远镜大口径与大视场难以兼得”的世界级难题而成为举世瞩目的“天文明星”，也是目前世界上光谱获取率最高的天文望远镜。

中国科学院国家天文台研究员、郭守敬望远镜运行和发展中心主任赵刚说，郭守敬望远镜巡天7年中国天文台：银河系“吃掉”矮星系的最新证据，共获取了1125万条光谱。这些星光里的“彩虹”为天文学家探索银河系形成与演化及星系物理等前沿科学的种种奥秘提供了最有力的数据支持。

接下来，在确认这颗恒星“外来移民”的身份时，科学家就不得不借助国外口径更大的光学望远镜了。最终，中日联合团队确定了这颗恒星中24种元素的含量，并与矮星系恒星和银晕场星进行了细致比较。研究团队中的日本合作者青木和光说，这次发现的重要意义在于，这颗奇异恒星的化学特征为支持现有理论模拟描绘的星系形成图像提供了强有力的证据。

薛随建认为，这样的“优势互补”在天文领域乃至整个科学领域都比较常见，“把国际上先进的天文资源为我所用”。这一次的研究成果不仅证实了郭守敬望远镜巡天普查的能力，也说明在天文领域开展国际合作，是取得天文学重大突破的重要途径之一。

勇于竞争的人才懂得真正的合作

当然，高举国际合作大旗的中国科学家，也清醒地意识到：一台成功的望远镜可以工作几十年，并对三四代天文科研工作者产生重要影响。

2107年，随着两封针锋相对的公开信，一场关于我国拟建的“12米口径光学红外望远镜”的争议从学界走向公众舆论领域。而争议之中所说的究竟是选择“三镜”还是“四镜”，恰恰是我国在大口径光学望远镜自主研制论证过程中的阶段性进展。

当时，包括北京大学上官晋沂在内的124名青年天文工作者联署公开信，其中就提到，“当前中国最大的通用光学红外望远镜仍然停留在2米级望远镜的时代，因此我们对国家建设10米级通用望远镜的计划深感振奋。”

这封公开信还提到：“这样极富有挑战性的大科学项目，需要团结国内、国际的一切优势力量才有可能顺利实施。因此，我们支持在天文大科学中心的主导下进行国际合作，广泛吸纳国际同行的经验和教训……”

薛随建向中国青年报•中青在线记者透露当今天文学，又经过两年论证，截至目前，中国12米口径光学红外望远镜已处在立项过程中，“由于项目建设对台址条件要求苛刻，具体还在进一步评估之中。”

努力寻求国际合作的同时，中国科学家并没有放弃自主创新这条路。正如中国科学院院士王恩哥在谈及天文领域的合作与竞争时所说，“勇于竞争的人，才能懂得真正的合作；而畏惧竞争的人当今天文学，即便愿意合作，也不是我们希望的高水平的合作——即便是在科学领域，竞争也异常重要。”