中國(guó)天文學(xué)界正積極籌備建設(shè)一架口徑12米的通用光學(xué)-紅外天文望遠(yuǎn)鏡 (LOT)，近期圍繞著12米望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)天文界展開(kāi)了激烈的討論，也有很多科學(xué)家表達(dá)了自己的意見(jiàn)。特別是中國(guó)科學(xué)院院士陳建生一份4000多字的長(zhǎng)信引爆了中國(guó)天文圈。

據(jù)《知識(shí)分子》報(bào)道，中國(guó)天文學(xué)界對(duì)于如何建造“12米望遠(yuǎn)鏡”一事，分歧早已存在。陳建生和崔向群只不過(guò)是各自陣營(yíng)的代表人物。他們的背后都有強(qiáng)力的支持者。

下文是一位青年天文工作者就12米光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)方案談的看法，觀察者網(wǎng)獲作者授權(quán)轉(zhuǎn)載

首先，不談科學(xué)目標(biāo)就談設(shè)計(jì)絕對(duì)是耍流氓，所以我們先看一下12米望遠(yuǎn)鏡（以下簡(jiǎn)稱(chēng) LOT）設(shè)計(jì)中，從國(guó)家層面、從科學(xué)層面都要實(shí)現(xiàn)什么樣的目標(biāo)。從國(guó)家層面，LOT 希望能夠在“十三五”完成立項(xiàng)、2018年底開(kāi)工。這里要交代一個(gè)背景，就是國(guó)際上的一批下一代30米級(jí)望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)陸續(xù)開(kāi)工建設(shè)，其中包括中國(guó)參與10%的三十米望遠(yuǎn)鏡（TMT）。而目前世界上已存在的10米級(jí)望遠(yuǎn)鏡（如下圖）多達(dá)13臺(tái)，其中最大的是加納利大型望遠(yuǎn)鏡（GTC），口徑10.4米。國(guó)家希望建成12米望遠(yuǎn)鏡，打出一個(gè)時(shí)間差，在30米級(jí)望遠(yuǎn)鏡完工之前成為世界最大的光學(xué)／近紅外望遠(yuǎn)鏡。所以整個(gè)項(xiàng)目的時(shí)間確實(shí)非常緊。

從科學(xué)層面上來(lái)講。無(wú)論是在陳院士的信，還是在目前公開(kāi)的多個(gè)文檔中，都多次提到，LOT 應(yīng)當(dāng)以通用型望遠(yuǎn)鏡為主（這是關(guān)鍵點(diǎn)之一）。原因是目前“十三五”規(guī)劃項(xiàng)目中，已經(jīng)有多個(gè)巡天項(xiàng)目。且世界范圍內(nèi)也有多個(gè)正在進(jìn)行或正在建設(shè)的巡天項(xiàng)目。這些項(xiàng)目數(shù)據(jù)完全公開(kāi)。舉例來(lái)說(shuō)，還有一個(gè)月左右就要初光的 Zwicky Transient Factory（ZTF）每晚會(huì)觸發(fā)幾十萬(wàn)個(gè)警報(bào)。在未來(lái)十年、二十年里，對(duì)重要的天體進(jìn)行確認(rèn)和后續(xù)觀測(cè)，要比發(fā)現(xiàn)重要得多。我國(guó)地處東半球，而世界上大多數(shù)望遠(yuǎn)鏡都位于西半球（如下圖）。在同一地理經(jīng)度上，完全無(wú)人可以與我們競(jìng)爭(zhēng)。這使得我們可以在別人都是白天的時(shí)候進(jìn)行觀測(cè)。這對(duì)于瞬變?cè)吹暮罄m(xù)觀測(cè)至關(guān)重要。此外，目前國(guó)內(nèi)最大的通用型望遠(yuǎn)鏡為云南天文臺(tái)的口徑2.4米望遠(yuǎn)鏡，在口徑上落后國(guó)際水平上百年。建一臺(tái)通用型望遠(yuǎn)鏡對(duì)于彌補(bǔ)缺口意義極其重要。因此，LOT 和現(xiàn)在國(guó)際上已有的10米級(jí)望遠(yuǎn)鏡科學(xué)目標(biāo)差別不大，僅進(jìn)行小范圍的提升。

已詳細(xì)指明的科學(xué)目標(biāo)包括（不分先后）：1）早期宇宙中的恒星和星系、宇宙初光等；2）包括類(lèi)星體、伽馬射線暴在內(nèi)的高能天體；3）引力波源對(duì)應(yīng)體和瞬變?cè)矗?）系外行星。1需要望遠(yuǎn)鏡能夠觀測(cè)到足夠暗弱的天體，2的情況比較復(fù)雜，既需要觀測(cè)暗弱天體，也需要和3一樣具有快速響應(yīng)的能力，4需要測(cè)量精度足夠高、儀器穩(wěn)定性好。科學(xué)目標(biāo)確定之后我們?cè)賮?lái)看一下技術(shù)：首先來(lái)看一下3鏡和4鏡的光路圖比較。

4鏡設(shè)計(jì)和3鏡設(shè)計(jì)的不同在于在主鏡（M1）后面：4鏡在 M1 之后多加一個(gè)小鏡子（M3），這導(dǎo)致 M2 需要做大、M4 需要開(kāi)洞（另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)）。

再科普一下幾個(gè)焦點(diǎn)：

主焦點(diǎn)是由主鏡直接反射形成的焦點(diǎn)。只跟 M1 有關(guān)系，跟后續(xù)光路關(guān)系不大。大型巡天項(xiàng)目很喜歡這個(gè)焦點(diǎn)（如日本的昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡的 HSC，見(jiàn)下圖），因?yàn)榻咕喽?、視?chǎng)巨大（可以到度的量級(jí)）。但是，一要移除 M2；二由于主焦畸變嚴(yán)重，要設(shè)計(jì)一系列透鏡對(duì)主焦進(jìn)行改造。

卡焦在傳統(tǒng)的3鏡設(shè)計(jì)中是在望遠(yuǎn)鏡后端。這個(gè)部分是要隨著望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)而跟著轉(zhuǎn)的，而且不方便拆換，所以一般放小型的永久性?xún)x器。大雙筒望遠(yuǎn)鏡在這兒放的是 MODS（如下圖）。

耐焦在望遠(yuǎn)鏡的側(cè)面，而且通常設(shè)計(jì)在和望遠(yuǎn)鏡重心對(duì)齊的地方，也就是支撐望遠(yuǎn)鏡，并控制望遠(yuǎn)鏡俯仰的軸那里。這樣可以在耐焦的位置建一個(gè)平臺(tái)，安放大型儀器，而大型儀器不需要跟隨望遠(yuǎn)鏡俯仰調(diào)整位置，只要跟著望遠(yuǎn)鏡底部調(diào)整方位的平臺(tái)一起轉(zhuǎn)就行（如下圖所示）。這里不僅可以放一個(gè)儀器，左右兩側(cè)至少可以放兩個(gè)，每側(cè)平臺(tái)添加一些鏡面的話還可以額外分層。

那么為什么要設(shè)計(jì)成4鏡呢？

實(shí)際上站得住腳的原因只有一個(gè)：多加一面鏡子多一層改正。在耐焦平臺(tái)上，成像質(zhì)量會(huì)更好。像質(zhì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。1）視場(chǎng)大，在15角分的大?。s為一個(gè)月面半徑，耐焦由于經(jīng)過(guò)鏡面很多，焦距被拉的很長(zhǎng)，所以視場(chǎng)都在角分量級(jí)）上，4鏡的設(shè)計(jì)可以達(dá)到0.1角秒的成像質(zhì)量，而3鏡只能達(dá)到0.25角秒左右。2）場(chǎng)曲小，減小后端儀器的制造難度。