未来，中国的观天者能否拥有远超韦伯望远镜的「太空巨眼」？ 第1页

李菂老师是我的博士导师，这次很荣幸能和李老板一起上这档很特别的「科学综艺」 @未来中国 。

按照节目惯例，科学家需要在节目最后问一个问题。李老师问的是：

「未来，当祖国睥睨环球，中国的观天者能否拥有远超韦伯望远镜的太空巨眼？」

我查了很多资料，但是发现这个问题显然并不好回答——因为它不是一个单纯的天文问题，而是涉及到国家科技研发投入、天文学发展规律、中国科技实力对美国的追赶等很多复杂的科技史与科技政策问题。

所以我这个回答，不敢说是回答，只能说是为了抛砖引玉，跟诸位随便聊聊这个话题，引用的数据肯定谈不上全面严谨，大致有个感觉就好。

我想首先，对于不熟悉天文领域的读者，可能要先了解一下近几十年来天文学中大望远镜项目的发展趋势。

从90年代初开始，欧美日一大批8-10米级的地基光学望远镜上马，典型的有夏威夷莫纳克亚的2x10米凯克望远镜、8米的昴星团望远镜等，累计已有十余台。

同样是在90年，美国发射哈勃空间望远镜，迄今30年，产出论文15000篇以上，成为历史上最高产的科学装置（可能没有之一）。

而这些欧美发达国家发射的空间望远镜绝不止有哈勃，还有遍布整个电磁波谱的一支庞大舰队^[1]：

在光学望远镜之外，射电天文学也迎来了许多新一代的关键设备，比如欧美日在智利建设的亚毫米波阵列ALMA：

现在欧美正在发展的地基光学望远镜，已经来到了30-40米级：

2021年年底刚刚发射的詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST），号称哈勃望远镜接班人，口径达到哈勃近3倍，造价高达～100亿美元：

JWST虽然以不断延期超预算闻名，但现在已经终于顺利展开并基本完成校准，马上就可以开工了。

各位要知道，这里面每一个点出名字的，都是这个领域（某个时期的）旗舰项目，在它们建设期间，还有一大批口径稍小的望远镜在建设或规划中。可以说整个当代天文大设备的世界版图，是令人眼花缭乱、目不暇接的。

那这几十年来，中国天文有什么？

虽然似乎这部分要是写的太简略，会显得像是无视了很多人的努力。但是和整个国际天文界一比，我还是想说，中国的天文大设备，太少了。

2008年，我们建成了郭守敬望远镜，具有世界上最高的光谱获取效率，但是受限于台址水平，它没有发挥出全部实力。而且请记得，它只是一台4-6米级望远镜，在当时也只能算中型望远镜。

2016年，贵州的500米口径射电望远镜（FAST）开光，取代了阿雷西博望远镜成为世界上最大的单口径射电望远镜。这次确实是货真价实的最大，在包括李老板在内很多人的努力下，它也确实是不断在做出世界级的科研成果，像前几天的这条新闻：

但是基本也就这样了。中国已经建成并且在国内公认有影响力的天文大设备，基本上就只有这俩能摆得上台面了。其他的虽然也建了很多设备，在一些小领域也可能有局部优势，但是没有太多能拿出来说的例子了。

光学望远镜方面，国内天文界主推12米望远镜，已经说了有几年时间，但是一直也没听说特别主要的进展。反而因为很多圈内的争吵，让圈外人感到困惑：

说说中国的空间望远镜。

我在前几天一个回答中指出，中国已经发射了一系列称得上是空间望远镜的设备：

其中包括中国第一颗天文卫星「悟空」、中国第一个成像空间望远镜「慧眼」^[2]、中国第一个光学+紫外空间望远镜「仰望一号」等等。在中国空间站建成后，还会再发射一个2米口径的「巡天光学舱」，成为中国第一个大型光学空间望远镜。

但是如果大家把这个列表和NASA的空间望远镜舰队对比一下，就知道我们只能说刚刚有一点点起步而已。

通盘考虑地基大设备、空间大设备，简单粗暴以口径作为衡量标准，似乎中国天文大设备和国际水平的差距，怎么说也还有20-30年。

大家容易想见，建大望远镜，很烧钱。

到底烧多少钱？我找到一个公式^[3]：

这是只考虑望远镜光学机构（OTA）的造价。30上面的指数，是空间or地基的意思，如果是空间，取1；如果是地基，取0。D是口径、lamda是波长、T是镜面温度，Y是建造年代。

可见在相同波段、相同的工作温度、相同建造年代下，望远镜的造价主要取决于口径（指数1.7，接近平方了）——但相同口径时，空间望远镜要比地基望远镜贵30倍。

而上面这个公式，是不包括发射费用的。望远镜本身成本，只占包括发射、运行等费用在内总成本的10-15%。

以烧掉百亿美金的JWST为例，它在最烧钱的那几年，占到了NASA天体物理预算的几乎一半^[4]，成为很多不需要使用JWST的天文学家的眼中钉，被有的人称作“正在吃掉天文学”。但对于另外一些天文学家来说，口径、温度这些物理上的瓶颈是难以靠后天努力弥补的，只有靠大型制冷空间望远镜才能解决，因此JWST又是必要的。

JWST最多的时候一年花7亿美元，这对只管印钱的美国似乎不是个事：在最高峰时，JWST只占NASA总经费的4%，而NASA经费又只占美国政府支出的0.3%。

但对中国天文界来说，这是难以想象的奢靡。“中国天眼”FAST望远镜建设一共花了12-13亿人民币，按现在的汇率，当时每年JWST花的钱可以盖4个FAST。

中国是没钱吗？

中国当然有很多急用钱的地方，大家也知道一些地方财政状况并不很乐观。但要看研发经费投入的话，就像经济总量一样，中国大有取而代之的势头^[5]：

但购买力平价的研发经费逼近美国，和能以NASA的投入强度（甚至更高强度）去造一个大型空间望远镜，仍然不是一回事。

毕竟技术发展不能一口吃个胖子，我们在空间望远镜技术上总体落后、缺乏积累，类似的局面也出现在之前说过的地基大型望远镜上。容易想见，在地基望远镜上遇到的那些挑战、延宕、争论，也容易发生在中国下一代大型空间望远镜的推进中。

在天文大设备发展这件事上，我总有一种感觉：不要过度迷信中国整体国力的增长。整体国力增长并不一定能立即传导到各个领域，每个领域往往还是要按照自身的发展规律来，一步一个脚印的往前走。所以「远超韦布的太空巨眼」，对现状仍然落后20-30年的中国天文大设备这个领域来说，至少在十年之内，还是可望而不可及的。

大望远镜是天文学发展水平的一个显著标志，但是也并不是有了大望远镜就可以做好科学。

我应该特别指出，李老板并不是一个迷信造大望远镜的造镜狂魔。

在录制完 @未来中国 节目后和李老师的茶叙中，老板滔滔不绝的讲了三个小时科学idea，其中表达了一个意思，我觉得很受用：

大致是说，很多人还把思路停留在再造更大的FAST、甚至到月球上造FAST（我心里一慌，难道我意淫月背大坑造大镜被看破了？），这是浅薄了。

他说，FAST已经找到很多脉冲星，而你永远可以去找更多脉冲星。但是这种路径依赖对于科学发现并不一定是好事。

在我的理解中，李老师嗅探出的很多新方向，已经不是单纯增加设备口径就能解决的。他在开辟新的波段、新的关注点、新的思考方式。这些新思想的重要性，也决不亚于不断增加望远镜口径的重要性。

所以从这个角度来说，我个人猜测李老师在节目上问这个问题，很大程度上是因为「大望远镜」这种直观好理解的概念，最容易被观众接受，这是为照顾观众知识背景、照顾节目效果而提出的简化问题。

参考

1. ^ https://www.nsf.gov/attachments/135309/public/Hertz_AAAC_Telecon_Feb2016_FINAL.pdf
2. ^ 李菂老师的父亲李惕碚院士提出推动的项目
3. ^ https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/34_parametric_cost_model_for_ground_and_space_telescopes_presentation_for_nasa_cost_symposium.pdf
4. ^ https://www.nsf.gov/attachments/135309/public/Hertz_AAAC_Telecon_Feb2016_FINAL.pdf
5. ^ https://www.aaas.org/news/snapshot-us-rd-competitiveness-2020-update