射電望遠(yuǎn)鏡折射的中國科研

85歲的中科院院士葉叔華盼了18年，終于等到了親手為65米口徑射電望遠(yuǎn)鏡剪彩的這一天。2012年10月28日，總體性能名列全球第四、亞洲第一的射電望遠(yuǎn)鏡在上海佘山落成。這意味著，中國的天文學(xué)家從此可以在本土接收到來自火星的無線電波信號了。

早在1994年葉叔華就提出，中國應(yīng)該新建一個65米口徑的射電望遠(yuǎn)鏡，以提高我國的深空探測能力。但是，由于資金遲遲不能解決，她的這一提議直到2008年才得以落實?！白罱鼛啄?，由于國家對科技的大量投入，才使得我們有機會最終建成這個項目?！鄙虾Ｌ煳呐_副臺長陸曉峰表示，整個項目從正式開工到落成，只用了兩年多，只是國外同類項目建設(shè)時間的五分之一。

“建設(shè)大型射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)涉及多個技術(shù)領(lǐng)域，是一個國家科技實力的體現(xiàn)?！鄙虾?5米口徑射電望遠(yuǎn)鏡項目首席科學(xué)家沈志強說，大口徑射電望遠(yuǎn)鏡是一項高技術(shù)產(chǎn)品，對工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械加工、工業(yè)控制、超級計算、信息處理等都提出了很高的要求。本次工程就涉及了數(shù)十項技術(shù)攻關(guān)。這個望遠(yuǎn)鏡的落成，也標(biāo)志著中國在該領(lǐng)域的工業(yè)制造能力達到了世界先進水平。

擁有“亞洲第一”，坐望“世界第一”

實際上，中國急劇增長的科研實力在天文學(xué)上的最好體現(xiàn)，還不止于此，而是位于距上海數(shù)千公里之外、貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣一個人跡罕至的大山坳里。這個在建的、面積足有30塊足球場那么大的巨型射電望遠(yuǎn)鏡（英文簡稱FAST），預(yù)計將于2016年完工，屆時將成為世界上單個最大的射電望遠(yuǎn)鏡。在此之前，美國在波多黎各建造的阿雷西沃天文臺是這一桂冠的擁有者，其直徑為305米。而位于貴州的這座直徑達500米的FAST，將至少可以觀察3倍于阿雷西沃的太空深度，它勘察天空的速度也將是阿雷西沃的10倍。

射電望遠(yuǎn)鏡之于天文學(xué)家，比顯微鏡之于生物學(xué)家更重要。根據(jù)觀測手段的不同，天文學(xué)大致可分為光學(xué)天文學(xué)、射電天文學(xué)、X射線和射線天文學(xué)等。自1608年第一塊光學(xué)望遠(yuǎn)鏡發(fā)明以來，光學(xué)天文學(xué)因為其成熟程度和所取得的成就，以至于一度成為天文學(xué)的同義詞。而射電天文學(xué)利用射電望遠(yuǎn)鏡觀測天體的無線電波段的輻射，這一學(xué)科是在1940年代第二次世界大戰(zhàn)后才發(fā)展起來的。盡管年輕，但射電天文學(xué)卻很快就步入了繁榮期。1960年代，射電天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)——脈沖星、星際分子、微波背景輻射和類星體的發(fā)現(xiàn)，是整個20世紀(jì)中最耀眼的天文學(xué)成就。

“歷史上，大型天文望遠(yuǎn)鏡的建成，總會帶來重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)?！闭劦街袊陆ê驮诮ǖ闹T多項目，北京天文館館長朱進對FAST充滿期待。除了上海與貴州的這兩個新項目，新疆110米口徑射電望遠(yuǎn)鏡也在進一步論證中。按北京大學(xué)天文系教授吳鑫基的說法，射電望遠(yuǎn)鏡是重大天文發(fā)現(xiàn)的發(fā)祥地和諾貝爾獎的搖籃。自1970年以來，諾貝爾物理學(xué)獎已經(jīng)有9次頒給了天文學(xué)領(lǐng)域，而射電天文學(xué)就獨占了4次。因此，多個大型射電望遠(yuǎn)鏡的興建，對于中國天文學(xué)界來說，無疑預(yù)示著一個黃金時代的到來。

對“燒錢”的學(xué)科加大投入

今年8月，素有“天文學(xué)的奧運會”之稱的國際天文學(xué)聯(lián)合會大會（IAU）首次在北京召開，國家副主席習(xí)近平出席這次大會并發(fā)表了演講。當(dāng)時，與會的國家天文臺研究員陳學(xué)雷就表示，這樣高規(guī)格對待一個學(xué)術(shù)會議，說明中國領(lǐng)導(dǎo)人對天文學(xué)的重視。

而這樣的重視，也只是最近幾年才有的事情。天文學(xué)家、中科院院士方成算過一筆賬：在2004～2011年的7年間，中國的國內(nèi)生產(chǎn)總值年均增長率達9%，到2011年達47萬億元人民幣；與此相應(yīng)地，國家自然科學(xué)基金的預(yù)算增長了6.6倍，2011年的經(jīng)費有近150個億。其中，對天文學(xué)的投入增長了5倍，2011年超過1個億。整個中國天文學(xué)界從科技部、教育部、中科院和自然科學(xué)基金委等機構(gòu)得到的研究經(jīng)費是10年前的10倍。

方成為天文學(xué)界算的這筆賬，實際上是中國加大對基礎(chǔ)科學(xué)研究投入的整體策略在這一具體領(lǐng)域的體現(xiàn)。2011年5月23日，科技部、教育部、中科院、工程院和自然科學(xué)基金委等單位，共同召開了全國基礎(chǔ)研究工作會議，這是繼1989年、2000年以來的第三次全國性基礎(chǔ)研究大會。科技部基礎(chǔ)司司長張先恩在會上表示：近10年來中國基礎(chǔ)研究快速發(fā)展，正在由“量”的增加向“質(zhì)”的提升轉(zhuǎn)變。載人航天、青藏鐵路、南水北調(diào)等重大工程成功的背后，是基礎(chǔ)研究的長期積累和多學(xué)科的綜合交叉。

方成指出，相比新中國成立的前50年，最近十來年，是天文學(xué)發(fā)展最快的時期。而這與中國的國力增強不無關(guān)系。天文學(xué)是以觀測為主的學(xué)科，而觀測的范圍和結(jié)果，在很大程度上取決于設(shè)備。換句話說，天文學(xué)是門“燒錢”的學(xué)科，沒有錢建造大型天文觀測工程，就不可能取得重大成果。新建成的上海65米射電望遠(yuǎn)鏡即是佐證，該項目斥資2.18億人民幣，而貴州的FAST項目，總投資將超過人民幣6億元。

中國航天技術(shù)的快速發(fā)展，也是促使天文學(xué)突飛猛進的重要推力。在上世紀(jì)90年代之前，射電望遠(yuǎn)鏡在中國還是“稀罕物”，其中最重要的就是葉叔華主導(dǎo)建設(shè)的上海25米口徑射電望遠(yuǎn)鏡。而在1995年之后，云南、新疆、北京等地相繼建起了3臺射電望遠(yuǎn)鏡。當(dāng)時建這些望遠(yuǎn)鏡的目的，就是為繞月探測工程服務(wù)。此次落成的上海65米口徑射電望遠(yuǎn)鏡，其最重要的作用之一，就是為未來的探月工程提供更加精確的測定軌服務(wù)。

五個天文學(xué)系的學(xué)科基礎(chǔ)

盡管中國天文學(xué)正在奮起直追，但與國外相比，仍然存在很大的差距。國家天文臺臺長蘇俊在2011年做了一次梳理：1960年代末，中國第一次有了自主研制的60厘米口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡；1980年代末，研制出2.16米口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。2009年，4米通光口徑的“大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡”研制成功。與美國在各個時期建造的世界最大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡相比，中國的同類項目都落后了60～70年。此外，中國至今還沒有一顆空間天文衛(wèi)星上天，至少在幾年后才能建成使用的FAST，也比美國的阿雷西沃望遠(yuǎn)鏡晚了半個世紀(jì)。

為此，目前中國天文界還在醞釀幾個大的工程：將于2020年建造的中國空間站，它的上面將安裝口徑2米左右的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和太陽高能輻射探測設(shè)備；口徑110米的射電望遠(yuǎn)鏡；口徑20米～30米的光學(xué)一紅外望遠(yuǎn)鏡；南方大面積天區(qū)多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡；中國巨型太陽望遠(yuǎn)鏡等等。

對于國內(nèi)已建成和正在籌劃中的這些望遠(yuǎn)鏡，陳學(xué)雷表示，“老實說也有點擔(dān)心：其實我們的人才、資金和技術(shù)都還有限，這些計劃中的望遠(yuǎn)鏡真的都能及時建成并取得成果嗎？”

陳學(xué)雷的擔(dān)心恰是基于一些基本的事實。2001～2010年的10年間，中國基礎(chǔ)研究投入總量的絕對值一直呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的態(tài)勢，但根據(jù)國防科技大學(xué)副教授楊愛華的研究，相比國家研發(fā)經(jīng)費總量高速增長的趨勢，基礎(chǔ)研究經(jīng)費的增長速度卻相對緩慢，而且投入強度缺乏穩(wěn)定性。

學(xué)者們的呼聲在今年2月發(fā)布的《國家基礎(chǔ)研究發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》中得到了體現(xiàn)。該《規(guī)劃》承認(rèn)，在“十一五”期間，基礎(chǔ)研究經(jīng)費占全社會研發(fā)經(jīng)費的比例仍然偏低，因而明確提出，未來五年，將逐步提高基礎(chǔ)研究經(jīng)費投入在全社會研發(fā)經(jīng)費的比例，形成全社會支持基礎(chǔ)研究的新局面。

大型天文望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)并不是學(xué)科發(fā)展的全部。陳學(xué)雷說，“由于中國過去沒有錢建大型設(shè)備，所以研究理論的人多，做實驗觀測的人少；而現(xiàn)在硬件迅速建起來了，卻沒有足夠的人才儲備，這是業(yè)界目前面臨的一個問題?！遍L期以來，全國只有北京大學(xué)、北京師范大學(xué)、南京大學(xué)和中國科技大學(xué)4所高?？梢耘囵B(yǎng)天文學(xué)本科生。直至今年，廈門大學(xué)的加入才使這一數(shù)字增加到5家。在這種情況下，國內(nèi)天文學(xué)人才的培養(yǎng)，主要依靠幾家天文臺，而在國外，高校普遍設(shè)有天文學(xué)系。不過，隨著中國對基礎(chǔ)科學(xué)研究投入的加大，天文學(xué)，這個探索宇宙奧秘、神秘的學(xué)科，有望吸引更多的人才。