口径为目前世界最大望远镜3倍的30米望远镜（TMT）的建设已正式启动，将于2014年10月在夏威夷莫纳克亚山举办开工典礼。这一消息意味着30米级望远镜时代的到来，令全球天文学家深感振奋；中国天文学家也将获得一个在世界顶级望远镜上一展风采的绝佳机遇。这个巨型的下一代望远镜是什么样的？它将探寻宇宙深处的哪些秘密？

    大望远镜，天文学家永恒的梦

    自古以来，人类对天空就充满着向往。在没有望远镜的年代，先民们凭借自己的双眼来观察天体的运动规律，并由此感知时令、确认方向。1609年，伽利略第一次把望远镜对准茫茫太空，他看到了月亮的山、土星的环、木星的卫星、太阳的黑子等前所未有的天文景象，犹如打开了一扇透视宇宙空间的窗户，开拓了人类的视野，推动了人类文明的进步，整体性地改变了人类的世界观，也为后世的研究打下了非常重要的基础。可以说，没有望远镜，就没有现代天文学乃至现代科学。

    天文望远镜的发展是从光学波段开始的。望远镜出现后300多年的时间里，光学望远镜几乎是天文望远镜的代名词，也是人类取得天体信息的惟一手段。近几十年来，射电天文和空间天文的崛起，使得天文学进入了全波段时代。按照观测波段不同，除了光学望远镜之外，天文望远镜还包括射电望远镜、红外望远镜、紫外望远镜、X射线望远镜、γ射线望远镜等。此外，天文探测方法也拓展到中微子、引力波探测等非电磁波手段。不同波段望远镜的结构与性能有着很大的不同，它们互为补充，彼此均不可替代，共同促进了人类在认识宇宙方面的飞速发展。

    在全波段时代，光学望远镜的作用并没有降低，光学天文仍然是信息最丰富、发展最完备的核心天文领域。400年来，光学望远镜的口径从当年伽利略的4厘米,发展到20世纪90年代的10米，所实现的每一个飞跃都为人类认识宇宙带来了突破性的进展。而今科学家们正在付出巨大的努力实现下一次飞跃：建造30米级巨型望远镜，用以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，乃至搜寻太阳系外的宜居行星。

    当前全球共有三大巨型望远镜项目，即美国的巨型麦哲伦望远镜（GMT，25米）、30米望远镜（TMT，30米），以及欧洲极大望远镜（E-ELT，39米）项目。经多方考察论证，2009年我国天体物理发展战略专家委员会决定选择TMT作为我国参与下一代巨型光学/红外天文望远镜的首选项目。

 

TMT巨型望远镜项目

    TMT项目始于20年前，由美国加州理工学院、加州大学、加拿大大学天文研究联盟共同发起。历经多年的预研究、概念设计、预建设阶段之后，2014年5月6日，多家国际伙伴共同组成了TMT国际天文台有限责任公司（TIO LLC），并将以TIO为主体于2014年10月在美国夏威夷的莫纳克亚山顶开始望远镜建设。TIO创始伙伴包括美国的加州理工大学、加州大学，我国的中科院国家天文台以及日本的国立天文台。作为一直以来的合作伙伴，印度将于今年下半年正式加入TIO，加拿大也有望于2015年正式加入。

    TMT预计2022年建成投入使用，项目概算约为18亿美元。我国将在其中占有10%的份额，主要以承担光学系统、激光导星自适应光学系统以及科学仪器等高技术任务的形式做出“实物贡献”。这些任务由我国中科院十余家研究所和大学分别承担。

    作为21世纪最重要的下一代地基天文观测设备之一，TMT将具有从可见光到红外波段（0.31～28微米）的极其强大的观测能力。TMT的口径是30米，集光能力10倍于当今最大的10米级望远镜，分辨率10倍于哈勃望远镜，其强大的洞察宇宙的能力必将引发天文学研究的飞跃发展。

    为什么是30米？

    TMT的口径为什么恰好是30米，而不是25米或者35米？原因在于望远镜的灵敏度随波长和口径的变化。

    望远镜的灵敏度（即它有能力看清微弱的或远处的物体的能力）依赖于光的波长，也就是说，某一望远镜总是能更好地观测某一特定波长的光。主镜直径的大小不同，对不同波长的敏感性也会发生变化。而30米是望远镜的灵敏度在多个波长上的最优解，意味着TMT将几乎对所有需要观测的波长同样敏感（右图）。

    TMT的结构

    TMT天文台的核心将是一个大视场地平里奇-克莱琴（alt-az Ritchey-Chretien）望远镜，这是一种反射式望远镜，包括一个由492个子镜拼接成的直径30米的主镜，一个第二反射镜和一个万向转镜（作为第三镜）。

    TMT计划中的所有科学仪器都安装在主镜周围的两个30米长的平台上。镜面收集的光束将通过可以转动的第三镜（GSSM, Gaint Steerable Science Mirror）供给安装在两侧平台上的一系列自适应光学系统（AO）和科学仪器。

 

    （转自：《科学世界》  作者：沈志侠  毛淑德  薛随建）