美国天文十年规划呼之欲出，国家极大望远镜计划能否落地？

　　9月7日，美国科学院网站发布一则消息，面向2022-2032的天文和天体物理十年规划（Decadal Survey）Astro2020，将于2021年秋季发布！这显然是为了安抚无数人焦急期待、甚至惴惴不安的复杂心情。Astro2020是美国历史上第7个十年规划，包括美国国家极大望远镜计划US-ELTP等重大地基天文项目计划，谁能获得优先推荐实施？国际天文界也在拭目以待。对于中国天文界来说，因为深度参与US-ELTP，因此，不再仅仅是美国十年规划的看客而已。

图1. 美国极大望远镜计划US-ELTP的核心，是规划建设一南（智利）一北（夏威夷）两架30米级光学-红外望远镜，即GMT（24.5米，右图）和TMT（30米，左图）

　　美国光学天文，传统上富商、巨贾、慈善家及私人基金会，起了巨大的助推作用。如今我们耳熟能详海尔5米望远镜、以及麦哲伦6.5米，以及凯克10米望远镜等等，都隶属于捐赠受益的、少数精英大学或机构，但使用权并不普惠大众，多数大学的天文学者，还是更加期待国有光学天文设备的长足发展。相比于二战之后，受益于国家投入，迅速发展起来的射电天文、空间天文、高能天文等等，国有大型光学设施的缺乏，成为制约美国天文学整体发展的严重瓶颈。上世纪60年代，美国首个十年规划（Ground-Based Astronomy: ATen-Year Program, 1964）关注的焦点是如何规划国有、地基光学实施的发展。之后，经历数个十年规划的助力，美国国立光学天文设施从4米级设备起步，也终于在新世纪初建成了两座8米口径，一南一北分布的双子座天文台，此外，2023年还即将启用鲁宾劳拉（8米）、功能强大的、全景式巡天望远镜，至此，美国国立大型光学设备总算有了新格局。

图2. 美国天文十年规划Astrono2020进程（https://www.nationalacademies.org/our-work/decadal-survey-on-astronomy-and-astrophysics-2020-astro2020）

　　自上世纪90年代起，光学-红外天文进入地基和空间观测并驾齐驱的时代。多架欧美地基8-10级望远镜，以及空间哈勃望远镜（2.4米）协同配合，令欧美天文学家斩获近年来多天文项诺奖成果，同时也揭示出更多的宇宙谜团，呼唤望远镜的探测能力要有量级上的跨越。即将发射的美国詹姆斯韦伯空间望远镜（6.5米），标志着这个空地探测能力实现量级跨越的、新时代的开端，那么国际上早已名声赫赫的三大地基极大望远镜方案，即美国三十米望远镜TMT(口径30米)、巨麦哲伦GMT（24.5米）和欧洲南方天文台的极大望远镜计划E-ELT（39米），各自起起伏伏，在过去的20年里，的确上演了一场“龟兔”赛跑的“军备”竞争。

图3. 由美国、中国、日本、加拿大和印度五国分工协作建设的三十米光学-红外望远镜TMT。中方相关机构承担了包括望远镜主镜、三镜、激光导星系统和科学仪器及制冷系统的研发任务，如果全部实现，将主要以实物贡献的形式，享有TMT国际天文台10%份额的权益

　　受益于慈善家戈登摩尔（Gordon Moore）私人基金会2亿美金的资助，加州理工和加州大学系统启动了TMT项目研发，之后TMT又发展了包括加拿大、日本、中国（国家天文台代表）和印度四个国际合作伙伴，于2014年成立TMT国际天文台（TIO），原计划于2015年在夏威夷大岛破土动工，2025年实现首光。不曾想TMT开工，获得举世关注事件，却成了夏威夷原住民，与地方政府及相关机构历史积怨的爆发点，借机对抗各种行政法令，以争取各种社会利益诉求。TIO组织甚至是夏威夷州政府显然不能一时安抚好夏威夷原住民的情绪，至今，TMT延期开工6年之久，不可避免的造成项目造价的膨胀。

　　由美国卡内基科学基金会哈佛大学等发起的GMT计划，虽然发展包括澳大利亚和韩国机构的加盟，而且台址建设在智利也顺利启动，但磨制7面8.4米主镜的工程耗资过大，已几乎耗尽原项目预算。能否于2029年实现首光？还有极大的不确定因素。

图4. 巨型麦哲伦望远镜（Giant Magellan Telescope，GMT）是正在建造中的地基极大望远镜

　　而于此同时，拥有17个成员国的E-ELT计划正在紧锣密鼓的推进，并预计2027年工程竣工。看来，人类极有可能在南半球智利，首先庆祝地基极大望远镜的竣工。

　　无论如何，美国社会也强烈关注，在传统领先的天文优势领域，是否就此输掉这场科技竞赛？

　　十年前，由于三十米望远镜TMT(口径30米)和巨麦哲伦GMT（24.5米）项目的激烈竞争，Astro2010委员会认为有限的联邦资源，只可能支持一个巨型拼接望远镜GSMT计划，而且正因为这个原因，优先级被排在第三位。规划报告要求，国家基金会，要从TMT和GMT两个GSMT望远镜方案中，二择其一，在私人基金和国际伙伴资金的基础上，投入占比1/4的联邦资金，使美国大众天文学家，可以分享相应比例的望远镜机时。要知道美国TMT和GMT分别所代表的两大天文势力，有着上百年的竞争、对立的关系，他们也别发展了巨型望远镜的独家技术，让他们融合出一个方案几乎不可想象。

　　在巨型望远镜时代，美国完全依仗私人资金的传统不可能延续。2018年前后，在NSF及其所属的、美国大学天文研究联盟（即AURA，其旗下管理运行国立光学天文台NOAO）的促成下、以及在所有国际伙伴成员的敦促下，TMT和GMT两大项目及其背后的加州理工学院和卡内基天文台，终于化解了百年恩怨，形式上联合起来，与升级NOAO组成光学红外国家实验室（NOIRLab），多措并举，形成了美国极大望远镜计划US-ELTP项目提案，提交Astro202l论证，以期通过业界的权威规划推荐，最终获得联邦基金的加持。

图5. 美国国家基金会旗下，由全美大学天文研究联盟（公司）AURA管理的国立光学天文台NOAO系统，分布在美国亚利桑那、夏威夷和智利等天文台的4-8米光学-红外望远镜设施

　　可想而知，US-ELTP提案，即使在前期私募和国际合作伙伴协议贡献的基础上，还将耗资20亿美元，除了空间项目不说，与此同时，地基射电、引力波等天文方向，也有呼声很高大项目，因此Astro2020的优先推荐次序，是US-ELTP能否最终落地的关键！

　　TMT作为US-ELTP计划的核心组成，国家天文台所领导的中方团队已经有超过10年的研发投入。TMT经历了两个十年规划的“洗礼”，“时”和“势”都发生了巨变，科学和技术已经不再是科学大装置建设充分决定因素。科学与文化融合，充分尊重原住民权益的社会和解策略已经深入人心，加上复杂的国际局势，中方参与TMT计划的最终走向还要取决于中美双边政府的态度。无论如何，新一代极大望远镜建设，是关乎人类命运共同体事业的“星”征程，我们期待它能在中美双边踏实落地！

　　作者简介：薛随建，国家天文台巡天观测和三十米望远镜研发团组首席研究员，TMT国际天文台执行理事，TMT中方项目经理。2013-2020期间担任国家天文台主管科研和国际合作事务的副台长。

　　文稿编辑：赵宇豪