全球最大光学望远镜修建 国产激光器首次用于顶尖科研

2013年5月，美国夏威夷国土资源部董事会批准了美国加州理工和加州大学打造30径望远镜（TMT）的提议。这架全球最大的光学望远镜将于2014年开始在夏威夷莫纳克亚火山顶修建，加拿大、日本、中国、印度的国立天文机构加入了该项目。

中科院国家天文台台长助理、TMT项目部经理薛随建日前对科技日报记者表示，TMT将为天文望远镜400多年的发展树立新的里程碑，中国参与该项目，可以分享国际顶尖设备的管理、运行和相应份额的使用权益，使我国天文学家与世界一流天文学家站在同一起跑线上，用先进的望远镜开展前沿的天文研究。同时，国家天文台联合中科院有关院所承担了TMT主光学系统、激光引导星系统、激光器系统等多项核心技术研发工作，不仅为该项目的推进作出了重要贡献，也通过该项目使我国相关领域技术水平得到快速提升。

TMT将是前所未有的天文探测工具

夏威夷莫纳克亚火山可谓世界天文观测的“圣地”，它海拔4205米，远离城市污染和照明干扰，一年中有300多天视野清晰，为天文观测提供了良好条件。目前，共有12架世界一流的天文望远镜建在这里，包括两座当今世界最大的地基光学望远镜——口径直径10米的凯克望远镜。

即将在此开建的TMT显然更引人注目。据介绍，TMT的主镜直径为30米，由492面对角直径为1.4米的六角形子镜面拼接组成，可提供9倍于凯克望远镜的集光本领，其图像分辨率也比当前所能达到的最高分辨率高出3倍。根据观测目标和方法的不同，它的探测深度将是当代望远镜的10—100倍，可以观测距离地球130亿光年的宇宙区域景象以及宇宙早期形成的星体和星系，有望帮助科学家在揭示暗物质和暗能量的本质、探测宇宙第一代天体、理解黑洞的形成与生长、探察地外行星等前沿科学领域取得重大突破。

薛随建表示，TMT集成了当代大口径望远镜最顶尖的高新技术，包括拼接式主镜、自适应光学、以及无缝切换使用的科学设备等。这些高新技术，将使TMT成为前所未有的天文探测工具。

中国承担多项核心技术研发任务

近年来，世界各国对天文学越来越重视，提出了各类大型天文观测设备的建设方案及规划，中科院国家天文台对此一直关注。经过论证，中国于2009年提出参与TMT项目意愿。

随着项目合作的推进，中国科学家承担了多项重任。

薛随建说，国家天文台及南京天光所，联合中科院长春光机所、光电所、理化所等单位，“自带干粮”开展了多项核心技术研发工作。“这使中国成为该项目中的实质研发合作成员之一。”

据介绍，国家天文台南京天光所主要负责TMT主镜子镜单元高精度磨制技术的研发，以及部分子镜的加工任务。薛随建说，TMT主镜拼接精度要求极高，需达到光照上去看不到接缝的程度。我国通过2008年完成的LAMOST望远镜项目，对此已有技术储备。同时，该所还参与了TMT“首光”科学仪器的设计研发工作。TMT开始科学观测的初期，将先安装3台“首光”设备，包括红外成像摄谱仪、红外多目标摄谱仪和宽视场光学摄谱仪。这些设备能充分利用TMT的高灵敏度及高分辨率，提供前所未有的成像能力，是TMT项目的亮点之一。

长春光机所主要负责TMT第三镜及其驱动机构的设计、制造工作。TMT的光路结构极具特色——来自遥远天体的星光先被具有主动光学功能的主镜收集，汇聚到副镜，再反射到可以360度转动的第三镜，最后被送入装有自适应光学矫正系统的科学仪器中。这种特殊的结构使TMT在持续观测、切换设备、更换子系统时更方便，帮助天文学家在更短时间内进行更多不同类型的观测。而起着主要传输作用的第三镜，在光学精度、机械精度等方面均面临世界级挑战。

光电所承担了TMT激光导星子系统的设计制造。薛随建说，大气中存在湍流、密度分层等现象，会对天文观测形成干扰，导致影像变得模糊，“这就需要自适应光学系统进行矫正、还原”。简言之，就是向空中发射高能激光，在海拔90公里处制造人工“导星”，通过不断对其检测，实时测得大气湍流的具体情况，再借助变形镜高速精密的调整，让图像恢复得清晰锐利。

其中，形成人工“导星”的高能激光，由理化所承担的高功率全固态脉冲纳信标激光器来发射。这将是国产激光器首次在国际顶尖科研装备中应用，定会为我国科研仪器抢占国际科技市场份额增添重要的筹码。

目前，我国承担的各项研发任务均取得阶段性进展，正陆续接受国际专家的评审。

资金问题让中国面临尴尬

通过技术上的贡献，中国科学家在TMT项目合作中争得了地位，但目前却因资金问题遭遇尴尬。

据了解，TMT项目预计耗资约14亿美元，需由各合作成员筹集。其中，美国加州理工和加州大学已筹集到大约3亿美元；加拿大在项目初期已出资3000万美元，新一轮投资正在运作中；日本政府已承诺出资25%，并已开始向国立天文台拨付资金；印度政府也同意出资10%。“为在项目中争得更多权益，我们也希望承担不少于10%份额的投资。”薛随建说，“但这笔资金尚未落实。”

他表示，这样的大型国际项目，目前国内的体制只能一事一议，无论是科技部、基金委还是科学院，没有专门的立项渠道。不过，最近美国国家基金委（NSF）宣布对TMT的立项支持，希望这能对开启中美两国政府间的科技合作渠道有所助益。“如果得不到国家立项支持，我们会非常尴尬。”薛随建说，“不仅有可能延误项目建设，我们还会丧失项目中的主导权和发言权，信誉也将受损。”