南方周末：中国天文学家的鱼和熊掌

天狼星YAN

　文/黄永明

　　是把钱用在国际合作、利用国外的先进设备早出一流成果，还是把钱用在自行建造设备上，目前国内天文学界尚存在不同的看法。在很大程度上，这是个鱼和熊掌不可兼得的问题


　　国际合作早出成果

　　11月3日，上海天文台研究员沈志强及其合作者的论文在英国《自然》周刊上发表了出来。从他们获得照片到论文发表出来，刚好过去了3年时间。2002年的11月3日，他们利用美国的甚长基线干涉阵(VLBA)成功拍摄到了一批照片，照片中显示的是最靠近我们银河系中心的物质。对照片的分析强有力地支持了银河系中心存在黑洞的猜测，沈志强等人的工作也被认为是“我国在黑洞物理的天文观测研究领域取得的重要进展”。

　　沈志强所使用的VLBA由分布在美国的10架大型射电望远镜构成，每架望远镜的直径都有25米，最远相距8000公里。当这些庞然大物指向天空的时候，它们可以有10层楼那么高。建设这个望远镜阵列花费了7年多的时间，耗资8500万美元。1993年建成至今，天文学家们已经利用VLBA做出了大约150项令人瞩目的天文学进展。

　　中科院自然科学史研究所研究员阎康年在今年第3期的《科学文化评论上》写道：“没有必要的科研仪器与设备，就根本谈不上科学的发展。”

　　天文学是一门观测科学，因而要想取得研究进展，观测设备就显得尤为重要。9月份紫金山天文台江志波研究员领导的小组在《自然》上发表的关于大质量恒星形成的研究，是利用位于美国夏威夷的日本昴星团望远镜做出的。实际上，今年初以来，我国天文学家在《自然》和《科学》上已经发表的或正处在审稿过程中的论文，报告的几乎全是利用国外设备做出来的结果。

　　“如果国外现有的设备可以做出你所想要的工作，而且你又可以利用他们的设备，那么干吗不用？要知道时间是很重要的。”沈志强这样认为。况且沈志强等人所做的工作，用目前国内的设备是不可能做出的。上海天文台一位专家坦言，国内的天文观测设备与国外的设备差距明显，目前国内大部分天文研究工作是建立在国外观测资料的基础上的。

　　中国人自己的梦想

　　2005年11月9日中午，冬日的阳光照进国家天文台总部赵永恒研究员的办公室。他叉着腰，来回走动着与人交谈，桌子上满是书籍和资料。作为国家重大科学工程项目“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST?”的总经理，很长时间了，他都忙得不可开交。就连在参加各种科学会议的过程中，他都会利用任何空闲的时间敲着笔记本电脑继续做他的工作。现在LAMOST项目已经进入安装调试阶段，望远镜各系统即将开始装配。将来望远镜一旦建成，将是一架国际领先的专注于光谱巡天的大型望远镜。

　　同一时间，在国家天文台总部的另一栋楼里，首席研究员韩金林也正在办公室里忙碌着。当被问起他最近有什么重要研究成果时，他眯起眼睛向斜上方看去——这似乎是他进行短暂思索时的一个习惯动作，然后指着墙上的一组照片问：“你对这个天空中最大的问号感兴趣吗？”原来，他从2000年起和德国的马普研究所合作，利用位于新疆乌鲁木齐的一架直径25米的射电望远镜进行观测，最近发现了超新星遗迹的一点秘密，论文也即将发表在国际天文学界最权威的刊物《天文学和天体物理》上。

　　韩金林10多年前读博士的时候就发现，德国马普研究所一直在努力系统地测量临近星系的磁场。博士毕业后，他就开始了与马普研究所的合作，合作非常成功，曾经只用了6个月就完成了原计划历时1年的对仙女星云的一项研究。实际上，1970年代德国就建立了直径为100米的射电望远镜，它因此成为我国射电天文学习与合作的主要国家之一。马普研究所的技术人员能够为射电望远镜设计世界上最好的接收机，他们与乌鲁木齐观测站的工程师合作，在去年为乌鲁木齐观测站25米的射电望远镜完成了一套6厘米波段的接收机系统——这些合作是韩金林等人探索超新星遗迹的前提。

　　在跟韩金林同一栋楼的办公室里，南仁东研究员仍然在梦想着他的FAST项目。这是一个雄心勃勃的项目——南仁东想要在贵州的天坑上架设一个直径达到500米的大型射电望远镜，这个想法在南仁东的脑海中已经徘徊了10年。11月9日中午，他又在与同事交流他遇到的种种困难，对于来访者的提问他出言谨慎。对于他的梦想，南仁东曾说：“人类渴望在电波环境彻底破坏之前，真正看一眼初始的宇宙，弄清宇宙结构是如何形成和演化至今的，只有大射电望远镜才能帮助人类实现这一梦想。”

　　鱼和熊掌问题

　　我国天文学还有其他一些项目，它们也正处在不同的阶段。上个月在中国科技大学的会议室中，中国天文学会2005年会的报告者向在场的200余名天文工作者展示了一幅图画。图画中，中国自行研制的天文观测设备排成了两行，从陆地到太空，从光学波段到射电波段，构成了一幅雄心勃勃的中国天文观测的未来图景。

　　上海天文台台长助理林清博士介绍说，目前国内天文学界对于是把钱用在国际合作、利用国外强大的设备做出一流成果，还是把钱用在自行建造设备、提高自身观测水平上，尚存在不同的看法。

　　有的人可能会觉得，国内天文学家发表的结果却是用国外设备做出来的会让人感到可惜。但林清不这么认为，他说：“科研更讲究研究的方法和洞察力，使用国外观测资料并不影响我们做出重大科学发现，你用外国人的资料做成了外国人没有做出的成果，外国人一样会敬重和佩服你。”据说在沈志强的新闻发布会上，他的美国合作者就说，这次是沈先生做了我们的头儿！

　　沈志强也说：“很重要的一点是，(做科研)一定要有好的想法，这不是钱能买得到的。”

　　距离黑洞一步之遥

　　不久前，我国天文学家的一项研究使得人们距离最终确定银河系中心存在超大质量黑洞仅剩一步之遥。

　　天文学家们已经知道，在我们的银河系中心一个相对很小的空间里，存在着巨大的质量。在那里，物质的质量至少相当于太阳的40万倍，而更为可能的情况是，物质的质量实际上高达太阳的400万倍！上海天文台沈志强研究员领导的小组通过观测发现，如此巨大的质量集中在一个直径只有约1天文单位的区域内。1天文单位相当于地球到太阳的平均距离。

　　此前，天文学家已经可以肯定，如此巨大的质量集中在一个大小不超过冥王星轨道所环绕的范围内。去年，美国加州大学伯克利分校的天文学家将这一范围的直径缩小到了地球轨道的直径。现在，沈志强的小组把直径又缩小了一半，这进一步强化了天文学家由来已久的一种猜测——我们银河系中心存在着一个巨大的黑洞。

　　黑洞是一种极端的天体，在它的引力作用下，连速度最快的光也无法逃逸。相比之下，地球上的物体的运动速度只需达到每秒钟11.2千米，就可以从地球引力的束缚中逃逸出去。天文学家相信，在许多星系和类星体的中心，都存在着质量巨大的黑洞。

　　30多年前，天文学家发现了银河系的中心，银河系中所有的天体都在围绕这个中心运行。地球距离银河系的中心有26000光年远，环绕它运行一周需要2.26亿年之久。天文学家还发现，银河系的中心很可能也像其他许多星系的中心一样存在一个超大质量黑洞。但由于银河系中心到地球之间存在许多星际尘埃，阻碍了可见光，以致天文学家很难从光学波段对银河系中心进行观察。因而加州大学伯克利分校的天文学家和沈志强等人都是从无线电波段进行观察的。沈志强等人成功地从一个频率更高的波段拍摄到了银河系中心物质的照片，由此得到了更高分辨率的图像。

　　对于银河系中心高度集中的质量，理论上还有另外一种解释。这种理论认为，银河系中心存在的并不是黑洞，而是一个由数百万颗中子星组成的星团。但是，理论上同时认为，这样的星团是不可能存在很久的，它会在2万年的时间里就演化为黑洞或者“蒸发”掉。现在，从沈志强等人的结果出发，这样的星团在理论上仅仅只能存在100年。难道我们就是那么的幸运，刚好在银河系漫长的历史中碰上了这100年吗？看上去实在是太不可能了。

　　“但我们应该警惕自满的情绪：大自然也许就储存着某些意外。”美国马里兰州大学的天文学家克里斯多夫·瑞诺兹评论说。因而，最为可靠的是，我们看到黑洞的真正边缘——视界。

　　现在，天文学家相信，只要能够从足够高的频率上拍摄银河系的中心，他们就有望直接在照片中看到由黑洞形成的阴影。在未来的5到10年里，具有这种能力的观测设备可能就会出现，届时人们将有望走完为黑洞拍摄写真的最后一步，确凿无疑地认定银河系中心超大质量黑洞的存在。未来数十年不断进步的X射线波段的观测能力和引力波的研究，也将为科学家揭开银河系的结构和黑洞的性质贡献力量。