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海外学者的意见:激辩望远镜之三

编者按:
 
自8月4日12米大型红外光学大望远镜建设方案争议浮出水面以来,陈建生、苏定强、崔向群三位院士均已通过公开媒体平台发表了他们各自的看法,《知识分子》继续邀请多位华人科学家发表意见,今天刊发4篇独立文章,相关标题为编者所拟,是为大望远镜争议报道之三。
 
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《知识分子》编辑,您好!
 
谢谢您对我国大望远镜建设的关心。在回答你的问题之前,先谈一谈我所知道的12米望远镜方案争论的背景,据我所知,在12米望远镜申请国家立项和经费时,使用的是4-镜方案并由于其创新的设计而获得高票通过。 3-镜和4-镜方案的争论是在立项通过之后才产生的,3-镜方案采用的是望远镜设计的传统方案,早在12米设计初期,在4-镜方案确定之前,苏(定强)院士和崔(向群)院士领导的设计团队已经对包括3-镜系统在内的各种系统做了很详细考虑,并做了大量具体的设计和对比,才确定以4-镜设计作为申报方案。现在有人提出用3-镜方案代替4-镜方案这种做法的本身就值得商榷,既然以4-镜方案通过的立项,要换成较简单的3-镜系统,必须得给出让人信服的理由才行,但至今的理由不足以支持这种改变,相反最新研究的进展倒是发现更多的理由支持4-镜设计方案。
 
以下回答《知识分子》提出的问题。
 
问:您是否是南京天文光学技术研究所四镜方案的参与者,甚至是核心设计人之一?您认为华中科技大学和天光所的方案哪个好,理由是什么?
 
答:4-镜方案的主要系统是在苏院士和崔院士指导下由天光所科研人员完成,我参与了咨询和对比方案的设计,其中就包括了3-镜方案的设计,我们在3-镜方案方面做的工作不但范围超过华中科大,而且要比华中科大早得多,例如我们既考虑到了不同焦比的RC【注:RC 是一种专用的卡塞格林望远镜(Cassegrain)】和哥利高利系统,又考虑了加改正镜和加大气色散补偿镜的改进设计,我们在《皇家天文学会月报》(MNRAS)发表的文章对此项工作做了部分介绍。4-镜系统和3-镜系统各有优缺点。3-镜系统的最大优点是较为简单,4-镜系统则有更好的像质和焦面,而且四镜系统可提供不同焦比的卡焦点, 3-镜系统比较传统,4-镜系统比较创新,有特色。 目前4-镜系统不但可以更好地满足目前提出的一期仪器的所有要求,而且为将来技术发展留有充分的改进余地。原来认为3-镜系统研制的风险会小一些,但最近根据4-镜系统光、机、电联合研究的结果,发现4-镜系统的研制风险并不比3-镜系统大,将来这两种系统加工的最大风险都一样,都来自拼合主镜上(12米的主镜是由很多小的6角形子镜拼合而成),而天光所是目前国内唯一有这种拼合镜面加工经验的单位。另外要特别说明的是,目前有些指责4-镜系统所基于的计算是错误的,这是非常不严肃的。
 
问:您在7月10日举行的评审会中做了哪些工作?是否负责介绍3-镜设计方案,这个方案来自哪里?
 
答:我在会上介绍了3-镜设计方案,包括3-镜和4-镜方案的对比, 当然这个3-镜方案来自我们的设计,由于这种设计是一种传统的设计,不管谁来设计,只要设计要求一样,设计结果基本是一样的。在3-镜系统设计介绍中,我还介绍了3-镜系统加改正镜和大气色散矫正器的设计结果。
 
问:华中科大的3-镜方案在会上是否得到了认真讨论,还是被排除在外,没有获得参评资格?对于7月10日整个的评审过程,您有何评价?
 
答:3-镜方案是非常传统的方案,上个世纪初就已经使用,参加评审会的大都是和望远镜或与之有关的专家,他们对3-镜系统当然是很熟悉的,4-镜系统对大部分人来说则较陌生,加上传言中有许多与4-镜设计事实不符的错误评论,造成了有些人对4-镜设计有误解,这对4-镜设计是不公平的,所以我认为对4-镜设计有必要讲清楚,澄请事实,消除误解,这才真正符合公平比较的原则。此次投票要求在两个方案中选一个,怎么能谈得上哪一个方案被排除在外了呢?我觉得7月10日的投票基本反映了专家们对两个方案的评价,有弃权票的选择更反映了投票的公正和公平,两个设计的优缺点通过对比会更加清楚,我相信即便再投一次票,也会是这样的结果。
 
问:在第一次国际评审结果出来后,对于南京天光所崔向群老师的“游说”乃至“告状”过程您是否有了解,如果有了解,还请您叙述一下。
 
答:首先,什么叫国际审评?目前世界上在建和已建的大望远镜的光学系统都不一样,各具特色,哪一个经过国际审评了? 中国望远镜采取什么样的设计完全可以通过我们内部讨论来解决,没有必要借助外国人,由外国人来做决定,当然,外国专家提出好的建议可供我们参考,但最终采用什么方案应该由中国的专家决定。 外国开始建造10米级望远镜已经是近20多年前的事情了,近20多年各方面的技术有了突飞猛进的发展,我国与国际先进技术的差距已经大大缩小了,很多方面几乎做到了同步的,并不比国外差,怎么就那么不自信呢? 我不了解崔老师的“游说”和“告状”过程,但我非常欣赏她为建设中国大望远镜的这种锲而不舍的付出精神,如我前面所述,4-镜系统不像3-镜系统那样广为大家所熟悉,大部分人对4-镜系统的优点是不太了解的,向同行解释4-镜设计的特点,以使大家更好比较是完全有必要的。
 
最后,我衷心希望我们的大望远镜项目能得到支持。我相信以目前的技术和我国的研制团队完全有能力研制出更好的望远镜。
 
问:从用户的角度,您怎么看待三镜和四镜的方案?
 
答:两种方案各有长处。此前网上公开的文章已经有详细的分析,我就不赘述了。从用户的角度来说,因为中国天文目前亟需地面大型通用光学红外望远镜,实用性应该放在第一位。技术创新当然重要,但是目前来看不是最亟需的,并且四镜方案的最大优势(不考虑大气效应的光学成像质量高)在实际应用中并不能得到充分体现,而另一方面,使用更复杂的四镜光学设计带来的更多不确定性,更多工程花费,集光效率降低,以及以后和多种后端仪器整合的困难度,都倾向于国际通用的已经成熟的三镜设计。
 
问:您如何评价大科学中心组织的国际评审的报告意见?
 
答:我认为该评审是符合国际惯例的专业评审。我读了评审小组的报告,这次评审工作做的很仔细,提的建议也都很中肯。
 
问:您认为,这样的一个科学工程,如何组织才是规范合理的?
 
答:国际上通用的方法就是组织同行专家评议,多方论证各种方案的优缺点,逐步达成共识。论证和评议并不一定只有一轮(很多时候是多轮),但是要保证每次都公正和透明。对于像12m望远镜这样的中国首次的大项目,我认为多讨论多论证是必要的,并且国际专家的中肯意见要仔细研究和采纳(不盲信,但也不能一味排斥)。
 
问:您对目前的争议,有何一般性的评论?
 
答:公开讨论争议是好事,我们现在就是需要听不同的声音。建造中国的大型望远镜是为今后几十年中国天文学家谋福利的大事,应该广泛论证,同心同力。在争论方面,应该以事实和科学论证,不涉及政治和别的不相干因素。应该多听取国内广大望远镜用户的意愿,多听取国内外专家同行的意见。最后,中国目前的天文大科学项目,应该是科学主导,技术为科学服务,这点是毫无疑问的。
 
问:您对国际评审给出的评审意见怎么看?
 
答:我完全赞同国际专家组的评审意见。这份意见基于充分的讨论,评价很中肯。
 
问:您从用户的角度,如何看待三镜,四镜的方案?
 
答:我支持用三镜系统,因为这是成熟的技术。另外,从用户的角度我看不出四镜系统能带来什么好处。从国内现有的通用两米级一下跨越到十二米本来就已经非常冒险,我们没有必要再冒另一重风险而又得不到任何好处。
 
问:您对中科院重新组织的7月10日的评审如何看?
 
答:作为局外人,我无法理解这个举措,只能说此举大违常理。
 
问:如何保证在科学范围内进行正常的项目评审,尤其是这么争议的过程,您给一个总的评价?
 
答:见上(1)和(3)。
 
问:天文仪器建造,应该不应该进行国际合作,或以怎样的方式合作?
 
答:国际合作当然完全应该,在我们基础薄弱的时候就更是必须的。如果政治条件不许可(这在双边都有可能出现),至少倾听别人的意见总还是可以的。
 
撰文 | 樊晓晖(Regents’ Professor of Astronomy,University of Arizona)
 
国家天文台大科学中心领导:
 
我最近了解到国内12米望远镜在选择设计方案过程中的进展和遇到的问题。这是一个对中国天文发展非常难得,非常值得珍惜的机会。我想结合自己在国外参与管理,设计大望远镜,和作为用户使用大望远镜的经历,谈两点看法。
 
首先,关于科学目标和技术创新的关系。
 
我认为12米最重要的科学目标是通过它的深测,精测能力在早期宇宙,地外行星等领域做出国际一流的成果。相应的技术要求是最佳的集光能力和通光效率。这正是三镜方案的最大优势,和四镜方案的不足。而四镜方案通过增加一个镜子达到更好的成像质量,需要红外大视场自适应光学技术的支持。这在国内基本是空白,在国际上处在实验阶段,又面临空间望远镜的挑战,是技术上不成熟,科学目标不明确的选择。我曾参与美国23米GMT项目科学仪器遴选工作。其中的红外大视场相机就是应为上述原因没有通过。相对四镜方案,三镜方案科学目标明确,技术成熟,造价合理,对科学家而言是明智的选择。
 
国际上6-10米望远镜有不少经验教训。比如Keck, Subaru, VLT, 都是利用成熟合理的光学,机械设计,利用强大的集光能力和通光效率,作出了开创性的工作。一些其它望远镜(包括我曾任科学委员会主席的LBT),在设计上虽有独特的地方,但也因技术和经费的难度,很大程度上影响了科学产出。
 
我读到国家领导对FAST的要求是早出成果、多出成果,出好成果、出大成果。三镜方案与四镜方案比,在科学目标上优势明显。
 
第二,尊重国际专家评审的重要性。
 
作为在海外的天文工作者,我非常高兴看到国内在科研项目的设计,评估,评审上的进展。这次大科学中心组织的国际专家评审,有欧,美,加,日,澳的专家,代表了国际上天文光学设计的几大不同流派,不同风格,是一个全明星阵容。我读了他们的报告,觉得很全面,也很公正。这种权威,高质量的报告,科学价值难以质疑。
 
我希望决策层能充分尊重评审的科学性,权威性。最近的一些以非科学原因而否定评审的行为很让人忧虑。这会对中国天文的发展有难以逆转的负面影响。对12米设计方案的讨论不是,更不能成为“中国”与“国外”,甚至“爱国”与“崇洋”的争论。能更好,更快地造出世界上科学威力,科学产出上领先的大望远镜,是中国天文学家和国际上支持中国天文发展的人的共同目标。
 
谢谢。
 
樊晓晖,Regents’ Professor of Astronomy,University of Arizona
2017-08-05
 
 
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