本文關鍵詞：空間天文學，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

　　2013年12月，NASA廣域紅外巡天探測器發(fā)現了由兩個黑洞組成的天體系統(tǒng)。這一天體系統(tǒng)距離地球大約38億光年。CFP

　　已經立項將于近期發(fā)射運行的空間天文項目。資料圖片

　　編者按

　　電影《星際穿越》闡釋了一個科學研究的邏輯：無論理論學家的計算多么精密，決定性的證據和關鍵因素必須要得到第一手觀測資料�？臻g天文學就是獲取第一手資料的重要學科。改革開放以后，我們國家發(fā)射了很多衛(wèi)星，在空間技術方面已經躋身國際先進行列�？墒窃诳臻g科學方面，始終存在短板。中科院院士顧逸東等科學家一直在呼吁，應該加強空間科學的研究。而空間天文學，就是其中最重要的內容之一。

　　一黑兩暗三起源：我國空間天文研究發(fā)展的重點

　　天文學的研究奠定了自然科學兩大理論體系——經典力學和量子力學的觀測和理論基礎�？臻g天文學是利用空間平臺，在空間進行天體觀測和研究天體的形態(tài)、結構、組成、運動、物理狀態(tài)、演化規(guī)律的學科。在天文學發(fā)展史上，空間天文學的興起是天文觀測繼可見光和射電觀測的第三個里程碑，是人類認識宇宙的重大飛躍�？臻g天文的發(fā)展極大地拓展了人類對于宇宙和自然規(guī)律的認識，促進了天文學再一次成了新現象和新知識的源泉，成了現代自然科學發(fā)展的主要原動力之一。

　　空間天文領域核心科學問題是宇宙是如何起源和演化的，包括：宇宙是由什么構成及如何演化的？宇宙中不同尺度的結構和天體是如何起源和演化的？是否存在超越現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)展重點是：瞄準一黑（黑洞）、兩暗（暗物質、暗能量）前沿重大基礎科學問題，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)展物理科學作出創(chuàng)新貢獻。

　　“一黑”主要研究從恒星級質量到星系中央超大質量黑洞的形成、物質吸積、噴流、外流物理過程和物質循環(huán)，在極強引力場中嚴格檢驗引力理論；“兩暗”指通過對超新星、星系、星系團、星系際介質、宇宙背景輻射等宇宙探針的觀測和統(tǒng)計，以及空間高能伽瑪射線和帶電粒子的直接探測，研究挑戰(zhàn)近代物理基本框架的宇宙暗能量、暗物質的（表觀）物理本質，進而深入理解星系及可觀測宇宙的起源、演化歷史和物理規(guī)律。此外，在星系、恒星和行星層次，研究重點為銀河系結構、子結構和形成歷史，大質量恒星的形成，超新星爆發(fā)、伽瑪射線暴、中等質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；引力波是廣義相對論的最重要預言之一，時空結構劇烈改變會產生相應的幾何曲率振蕩即引力波，是空間天文學重要的新觀測手段。

　　我國空間天文的觀測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，將徹底改變我國學者長期依賴國外觀測結果開展研究的被動局面，實現歷史性的突破。

　　我國空間天文學有望進入多信使和多平臺時代

　　針對空間天文學研究的需求和我國的現狀與特色，以中國科學院空間科學先導專項為標志，我國啟動并規(guī)劃了若干空間天文研究計劃。空間天文學科規(guī)劃的基本思路是：瞄準前沿科學問題，加強優(yōu)勢領域，適當擴大規(guī)模；以高能天體物理觀測為重點，兼顧空間光學、射電、引力波以及旨在搜索宇宙暗物質的高能粒子探測；在天文衛(wèi)星的發(fā)射數量、主導和實質性參與國際空間天文衛(wèi)星計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，，通過空間天文觀測計劃的實施，將牽引和帶動若干航天和空間關鍵技術的發(fā)展，將滿足國家重大戰(zhàn)略需求與發(fā)展空間天文結合起來。

　　我國空間天文將以空間高能天文作為突破點并逐漸發(fā)展成為優(yōu)勢領域，從“黑洞探針”的主題出發(fā)，通過“天體號脈”計劃，揭示各種天體的內部結構及其和周圍物質的相互作用過程；通過“天體肖像”計劃，拍攝到各種天體及活動的照片；通過天體光譜計劃，對天體的各種波段（主要頻段：光學、射電和X射線）的光譜進行高分辨的測量。

　　另外，還將通過“暗物質探測”計劃確定暗物質的性質；通過中國引力波計劃直接探測引力波，并將黑洞天文學的觸角延伸至高紅移的早期宇宙，并更好覆蓋天文學中最神秘的中等質量黑洞波源。“宇宙燈塔”計劃擬使用中國的空間站作為天文觀測和物理實驗平臺，研究X射線脈沖星導航的基礎科學問題和驗證演示其關鍵技術，捕捉宇宙中各種天體的快速變化的信號，研究宇宙中劇烈和極端物理過程，研究暗物質、暗能量、宇宙起源和演化等。

　　“黑洞探針”和“暗物質探測”計劃的幾個空間天文項目將在今后幾年陸續(xù)發(fā)射運行，包括硬X射線調制望遠鏡HXMT，暗物質粒子探測衛(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驗室天宮二號上的伽瑪射線暴偏振儀POLAR。中國空間站“宇宙燈塔”計劃中以暗能量為主要科學目標的大型光學巡天項目已經立項啟動，其他幾個重要項目也在進行立項評估�！疤祗w號脈”“天體肖像”和“系外行星探測”研究計劃的X射線時變和偏振天文臺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已經入選背景型號開展關鍵技術攻關。此外，“天體光譜”和“宇宙燈塔”計劃的若干候選項目已經開始深化論證和關鍵技術預先研究。

　　通過這一系列空間天文計劃的實施，我國空間天文學有望進入多信使和多平臺時代，將取得重大科學發(fā)現和成果，在若干研究領域進入國際前沿并引領部分研究方向的未來發(fā)展。

　　加強戰(zhàn)略規(guī)劃

　　我國空間天文學的長期發(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重，沒有國家層面的統(tǒng)一規(guī)劃、立項和資助，“一事一議”和“上層路線”仍然是常態(tài)，嚴重缺乏立項前的科學目標論證和載荷技術研究的穩(wěn)定經費支持，尚未建立天地一體化以及項目科學運行和數據分析研究的支持體系等。

　　就規(guī)劃而言，空間天文學項目多需要大工程建設，重要性高、耗資大、技術牽引性強、執(zhí)行周期長、公眾的關注度高，而且探索性以及不可預知性都很強，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)劃必須要經過長期論證和規(guī)劃，并分階段實施。首先，可以保證優(yōu)先的科學目標是當前科學前沿最重要的科學問題而且技術上具有可實現性。第二，能根據規(guī)劃開展的項目遴選和論證則可以確保項目設計具有新科學發(fā)現能力。最后，組織好項目承擔團隊則可以抓住無法準確預測的科學發(fā)現機會，也就是做好“事后諸葛亮”，產生重大原創(chuàng)性成果。因此世界各國尤其是美歐日等空間科學強國極為重視空間科學戰(zhàn)略規(guī)劃的制定和實施。我國應加強空間科學戰(zhàn)略規(guī)劃，抓住機遇，力求在空間科學領域對世界科學作出貢獻。

　　從經費使用上看，在總經費的約束下，合理的經費預算是一個領域的平衡和長期可持續(xù)發(fā)展的關鍵。目前我國對于大型科研設施的經費支持普遍存在重中間、輕兩頭的問題，也就是重視設施的建設，但是忽略支撐體系、前期的研發(fā)、后期的運行和科學研究。其實這個問題國外也是存在的，但是其決策過程中科學家的咨詢意見會對這些問題進行一定的修正。以NASA在2008年做的天體物理領域預算為例，經過科學家修正后，對于支撐體系和技術研發(fā)等項目立項前的投入大大增加，項目的立項放到了較晚的階段，降低了項目本身的建造和運行的費用，對于數據分析和理論以及實驗室天體物理的研究有了較大的增加，值得我國有關部門參考。

　�。ㄗ髡撸褐袊茖W院高能物理研究所研究員，記者齊芳整理）

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