本文關(guān)鍵詞：空間天文學(xué)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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　　編者按

　　電影《星際穿越》闡釋了一個(gè)科學(xué)研究的邏輯：無論理論學(xué)家的計(jì)算多么精密，決定性的證據(jù)和關(guān)鍵因素必須要得到第一手觀測(cè)資料�？臻g天文學(xué)就是獲取第一手資料的重要學(xué)科。改革開放以后，我們國家發(fā)射了很多衛(wèi)星，在空間技術(shù)方面已經(jīng)躋身國際先進(jìn)行列。可是在空間科學(xué)方面，始終存在短板。中科院院士顧逸東等科學(xué)家一直在呼吁，應(yīng)該加強(qiáng)空間科學(xué)的研究。而空間天文學(xué)，就是其中最重要的內(nèi)容之一。


　　一黑兩暗三起源：我國空間天文研究發(fā)展的重點(diǎn)

　　天文學(xué)的研究奠定了自然科學(xué)兩大理論體系—經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)的觀測(cè)和理論基礎(chǔ)�？臻g天文學(xué)是利用空間平臺(tái)，在空間進(jìn)行天體觀測(cè)和研究天體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、組成、運(yùn)動(dòng)、物理狀態(tài)、演化規(guī)律的學(xué)科。在天文學(xué)發(fā)展史上，空間天文學(xué)的興起是天文觀測(cè)繼可見光和射電觀測(cè)的第三個(gè)里程碑，是人類認(rèn)識(shí)宇宙的重大飛躍。空間天文的發(fā)展極大地拓展了人類對(duì)于宇宙和自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)了天文學(xué)再一次成了新現(xiàn)象和新知識(shí)的源泉，成了現(xiàn)代自然科學(xué)發(fā)展的主要原動(dòng)力之一。

　　空間天文領(lǐng)域核心科學(xué)問題是宇宙是如何起源和演化的，包括：宇宙是由什么構(gòu)成及如何演化的？宇宙中不同尺度的結(jié)構(gòu)和天體是如何起源和演化的？是否存在超越現(xiàn)有基本物理理論的新物理規(guī)律？

　　圍繞這些基本問題，今后我國的空間天文研究發(fā)展重點(diǎn)是：瞄準(zhǔn)一黑（黑洞）、兩暗（暗物質(zhì)、暗能量）前沿重大基礎(chǔ)科學(xué)問題，為揭示三起源（宇宙起源和演化、天體起源和演化、地外生命起源）和發(fā)展物理科學(xué)作出創(chuàng)新貢獻(xiàn)。

　　“一黑”主要研究從恒星級(jí)質(zhì)量到星系中央超大質(zhì)量黑洞的形成、物質(zhì)吸積、噴流、外流物理過程和物質(zhì)循環(huán)，在極強(qiáng)引力場(chǎng)中嚴(yán)格檢驗(yàn)引力理論；“兩暗”指通過對(duì)超新星、星系、星系團(tuán)、星系際介質(zhì)、宇宙背景輻射等宇宙探針的觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)，以及空間高能伽瑪射線和帶電粒子的直接探測(cè)，研究挑戰(zhàn)近代物理基本框架的宇宙暗能量、暗物質(zhì)的（表觀）物理本質(zhì)，進(jìn)而深入理解星系及可觀測(cè)宇宙的起源、演化歷史和物理規(guī)律。此外，在星系、恒星和行星層次，研究重點(diǎn)為銀河系結(jié)構(gòu)、子結(jié)構(gòu)和形成歷史，大質(zhì)量恒星的形成，超新星爆發(fā)、伽瑪射線暴、中等質(zhì)量黑洞以及致密天體，搜尋系外類地行星和生命存在的可能性；引力波是廣義相對(duì)論的最重要預(yù)言之一，時(shí)空結(jié)構(gòu)劇烈改變會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的幾何曲率振蕩即引力波，是空間天文學(xué)重要的新觀測(cè)手段。

　　我國空間天文的觀測(cè)依然處于起步的階段，但是在今后的幾年將獲得突破性的發(fā)展，將徹底改變我國學(xué)者長期依賴國外觀測(cè)結(jié)果開展研究的被動(dòng)局面，實(shí)現(xiàn)歷史性的突破。

　　我國空間天文學(xué)有望進(jìn)入多信使和多平臺(tái)時(shí)代

　　針對(duì)空間天文學(xué)研究的需求和我國的現(xiàn)狀與特色，以中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)為標(biāo)志，我國啟動(dòng)并規(guī)劃了若干空間天文研究計(jì)劃。空間天文學(xué)科規(guī)劃的基本思路是：瞄準(zhǔn)前沿科學(xué)問題，加強(qiáng)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域，適當(dāng)擴(kuò)大規(guī)模；以高能天體物理觀測(cè)為重點(diǎn)，兼顧空間光學(xué)、射電、引力波以及旨在搜索宇宙暗物質(zhì)的高能粒子探測(cè)；在天文衛(wèi)星的發(fā)射數(shù)量、主導(dǎo)和實(shí)質(zhì)性參與國際空間天文衛(wèi)星計(jì)劃以及形成完整的空間天文研究體系方面，均有大幅度提升。同時(shí)，通過空間天文觀測(cè)計(jì)劃的實(shí)施，將牽引和帶動(dòng)若干航天和空間關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，將滿足國家重大戰(zhàn)略需求與發(fā)展空間天文結(jié)合起來。

　　我國空間天文將以空間高能天文作為突破點(diǎn)并逐漸發(fā)展成為優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域，從“黑洞探針”的主題出發(fā)，通過“天體號(hào)脈”計(jì)劃，揭示各種天體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其和周圍物質(zhì)的相互作用過程；通過“天體肖像”計(jì)劃，拍攝到各種天體及活動(dòng)的照片；通過天體光譜計(jì)劃，對(duì)天體的各種波段（主要頻段：光學(xué)、射電和X射線）的光譜進(jìn)行高分辨的測(cè)量。

　　另外，還將通過“暗物質(zhì)探測(cè)”計(jì)劃確定暗物質(zhì)的性質(zhì)；通過中國引力波計(jì)劃直接探測(cè)引力波，并將黑洞天文學(xué)的觸角延伸至高紅移的早期宇宙，并更好覆蓋天文學(xué)中最神秘的中等質(zhì)量黑洞波源�！坝钪鏌羲庇�(jì)劃擬使用中國的空間站作為天文觀測(cè)和物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究X射線脈沖星導(dǎo)航的基礎(chǔ)科學(xué)問題和驗(yàn)證演示其關(guān)鍵技術(shù)，捕捉宇宙中各種天體的快速變化的信號(hào)，研究宇宙中劇烈和極端物理過程，研究暗物質(zhì)、暗能量、宇宙起源和演化等。

　　“黑洞探針”和“暗物質(zhì)探測(cè)”計(jì)劃的幾個(gè)空間天文項(xiàng)目將在今后幾年陸續(xù)發(fā)射運(yùn)行，包括硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡HXMT，暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星DAMPE中法合作伽瑪暴天文衛(wèi)星SVOM，以及置于我國空間實(shí)驗(yàn)室天宮二號(hào)上的伽瑪射線暴偏振儀POLAR。中國空間站“宇宙燈塔”計(jì)劃中以暗能量為主要科學(xué)目標(biāo)的大型光學(xué)巡天項(xiàng)目已經(jīng)立項(xiàng)啟動(dòng)，其他幾個(gè)重要項(xiàng)目也在進(jìn)行立項(xiàng)評(píng)估�！疤祗w號(hào)脈”“天體肖像”和“系外行星探測(cè)”研究計(jì)劃的X射線時(shí)變和偏振天文臺(tái)XTP、愛因斯坦探針EP、空間（亞）毫米波VLBI、系外地球搜尋衛(wèi)星STEP已經(jīng)入選背景型號(hào)開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。此外，“天體光譜”和“宇宙燈塔”計(jì)劃的若干候選項(xiàng)目已經(jīng)開始深化論證和關(guān)鍵技術(shù)預(yù)先研究。

已經(jīng)立項(xiàng)將于近期發(fā)射運(yùn)行的空間天文項(xiàng)目。資料圖片
　　通過這一系列空間天文計(jì)劃的實(shí)施，我國空間天文學(xué)有望進(jìn)入多信使和多平臺(tái)時(shí)代，將取得重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和成果，在若干研究領(lǐng)域進(jìn)入國際前沿并引領(lǐng)部分研究方向的未來發(fā)展。

　　加強(qiáng)戰(zhàn)略規(guī)劃

　　我國空間天文學(xué)的長期發(fā)展仍然面臨很多困難，主要問題包括管理體制條塊分割嚴(yán)重，沒有國家層面的統(tǒng)一規(guī)劃、立項(xiàng)和資助，“一事一議”和“上層路線”仍然是常態(tài)，嚴(yán)重缺乏立項(xiàng)前的科學(xué)目標(biāo)論證和載荷技術(shù)研究的穩(wěn)定經(jīng)費(fèi)支持，尚未建立天地一體化以及項(xiàng)目科學(xué)運(yùn)行和數(shù)據(jù)分析研究的支持體系等。

　　就規(guī)劃而言，空間天文學(xué)項(xiàng)目多需要大工程建設(shè)，重要性高、耗資大、技術(shù)牽引性強(qiáng)、執(zhí)行周期長、公眾的關(guān)注度高，而且探索性以及不可預(yù)知性都很強(qiáng)，制定合理的長期戰(zhàn)略規(guī)劃就顯得尤為重要。長期戰(zhàn)略規(guī)劃必須要經(jīng)過長期論證和規(guī)劃，并分階段實(shí)施。首先，可以保證優(yōu)先的科學(xué)目標(biāo)是當(dāng)前科學(xué)前沿最重要的科學(xué)問題而且技術(shù)上具有可實(shí)現(xiàn)性。第二，能根據(jù)規(guī)劃開展的項(xiàng)目遴選和論證則可以確保項(xiàng)目設(shè)計(jì)具有新科學(xué)發(fā)現(xiàn)能力。最后，組織好項(xiàng)目承擔(dān)團(tuán)隊(duì)則可以抓住無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)，也就是做好“事后諸葛亮”，產(chǎn)生重大原創(chuàng)性成果。因此世界各國尤其是美歐日等空間科學(xué)強(qiáng)國極為重視空間科學(xué)戰(zhàn)略規(guī)劃的制定和實(shí)施。我國應(yīng)加強(qiáng)空間科學(xué)戰(zhàn)略規(guī)劃，抓住機(jī)遇，力求在空間科學(xué)領(lǐng)域?qū)κ澜缈茖W(xué)作出貢獻(xiàn)。

　　從經(jīng)費(fèi)使用上看，在總經(jīng)費(fèi)的約束下，合理的經(jīng)費(fèi)預(yù)算是一個(gè)領(lǐng)域的平衡和長期可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。目前我國對(duì)于大型科研設(shè)施的經(jīng)費(fèi)支持普遍存在重中間、輕兩頭的問題，也就是重視設(shè)施的建設(shè)，但是忽略支撐體系、前期的研發(fā)、后期的運(yùn)行和科學(xué)研究。其實(shí)這個(gè)問題國外也是存在的，但是其決策過程中科學(xué)家的咨詢意見會(huì)對(duì)這些問題進(jìn)行一定的修正。以NASA在2008年做的天體物理領(lǐng)域預(yù)算為例，，經(jīng)過科學(xué)家修正后，對(duì)于支撐體系和技術(shù)研發(fā)等項(xiàng)目立項(xiàng)前的投入大大增加，項(xiàng)目的立項(xiàng)放到了較晚的階段，降低了項(xiàng)目本身的建造和運(yùn)行的費(fèi)用，對(duì)于數(shù)據(jù)分析和理論以及實(shí)驗(yàn)室天體物理的研究有了較大的增加，值得我國有關(guān)部門參考。

　　（作者為中國科學(xué)院高能物理研究所研究員 張雙南，光明日?qǐng)?bào)記者齊芳整理）來源光明網(wǎng)-《光明日?qǐng)?bào)》)--博才網(wǎng)

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