“尤文博士有些意外的重大發(fā)現(xiàn)開啟了現(xiàn)代射電天文學；阿雷西博望遠鏡這樣一個由雷達專家意外提出的偉大設(shè)備領(lǐng)先了世界半個世紀；它們所展現(xiàn)的宇宙探索的努力和精神，現(xiàn)在由克服意外困難的中國天眼繼承過來。我們希望繼承的不光是宇宙探索，同時也將更為正面和建設(shè)性的人類發(fā)展藍圖和精神，拓展到21世紀�！�12月18日，國家天文臺FAST（中國天眼）首席科學家李菂在“《財經(jīng)》年會2023：預測與戰(zhàn)略”上表示。

李菂給我們介紹了推動射電天文學領(lǐng)域不斷突破的“三次意外”：一是哈佛大學物理系的尤文博士意外的發(fā)現(xiàn)，開啟了現(xiàn)代射電天文領(lǐng)域；二是由雷達專家意外提出并建設(shè)了領(lǐng)先世界半個世紀的偉大設(shè)備——阿雷西博望遠鏡；三是通過中國天眼克服意外困難產(chǎn)生前沿成果，例如原創(chuàng)方法精確測量宇宙磁場、在快速射電暴（FRB）領(lǐng)域從追趕到引領(lǐng)等等。

三次“意外”的事件，推動了現(xiàn)代射電天文學不斷突破，李菂希望中國天眼，不光要繼承前輩科學家們對深空和宇宙的不斷探索和努力，同時還要把人類發(fā)展更為正面和建設(shè)性的藍圖與精神拓展到21世紀。

以下是部分發(fā)言實錄：

主持人：感謝楊院士的精彩發(fā)言，楊院士從基礎(chǔ)科學開頭，最后講到了大家非常關(guān)注的卡脖子關(guān)鍵技術(shù)的突破問題。同時，楊院士也提到了實驗技術(shù)的變革，推動了科學世界觀的不斷演進，科學儀器對國民經(jīng)濟、對科研的影響都是巨大的。他也提到了科學儀器、大科學裝置，我們還處在起步的階段，但中國有一個非常巨大的大科學裝置，就是中國天眼，在貴州的深山里，它是我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)、世界最大、單口徑最靈敏的射電望遠鏡，我們今天請到了國家天文臺首席科學家李菂老師，他的科研成果入選了2021年中國科學十大進展，接下來期待李菂老師為我們帶來精彩的演講。

李菂：剛才唐老師講了微觀，楊老師講了宏觀，現(xiàn)在我們近一步進入“宇觀”。我今天的題目叫“三次意外”。在“宇觀”這個方向，中國有領(lǐng)先世界的大科學裝置——中國天眼，從天眼的夜景可以看到，可見光是可以透過鏡面的。它的主要優(yōu)勢就是大，由我開始使用的一個度量，這口500米的‘大鍋’裝米飯，全世界每個人都能分兩碗以上。

這樣一個射頻的設(shè)備，能夠透光就能透風，也能透水，當電磁波的波長遠大于它布滿微小的孔洞時，就變成一個望遠鏡。它工作的頻段在G赫茲，也是人類無線電的通信頻段，也蘊含了宇宙非常重要的信號，特別是宇宙物質(zhì)的主要組成成分，氫原子氣體。目前的宇宙觀由宇宙大爆炸啟始，之后膨脹，隨著密度下降能量轉(zhuǎn)化成物質(zhì)，物質(zhì)最簡單的原子成分就是氫原子，進一步演化形成了豐富多彩的宇宙。

原子氣體宇宙的第一次探測是1951年，由哈佛大學物理系的一個研究生尤文發(fā)現(xiàn)。他搭建了一個非常簡單的望遠鏡，后端卻有世界上最領(lǐng)先的電子設(shè)備，測量到了氫原子的超精細結(jié)構(gòu)譜線，這一發(fā)現(xiàn)打開了一系列的新的天文學領(lǐng)域，特別是射電天文學。

尤文探索天文屬于不務正業(yè)。他是物理系的學生，本職工作是同步加速器，卻受到荷蘭天文學家1945年發(fā)表文章的啟發(fā)。2001年，在美國國家射電天文臺召開紀念此重大發(fā)現(xiàn)40周年的會上，我還見到尤文先生。他也回憶說，當時自己不知道提出這個原創(chuàng)想法的領(lǐng)先世界的科學家以及他的研究組正在非常積極的開展這個實驗。如果事先知道了，他根本不會嘗試。我每次回看這段歷史，都會震驚于一個細節(jié)：整個實驗沒有國家經(jīng)費。尤文的計算，從前端到后端，加起來是500美金，由其博士導師給系里寫了一封信要錢，資助這個嘗試性的學生項目。

用這么少的錢做這么一個歷史性跨越的實驗，非常大的得益于一個人：二戰(zhàn)期間美國國防科學的領(lǐng)導人，范內(nèi)瓦·布什（Vannevar Bush），他主要領(lǐng)導了美國戰(zhàn)時研究組織（OSRD），包括曼哈頓計劃的早期管理。美國科學研究局（OSRD）在MIT設(shè)置了一個無線電實驗室，主要做雷達的研究，巔峰時期擁有15000人。到尤文做實驗的時候，那個實驗室已經(jīng)關(guān)門了，留下了大量的各種各樣非常先進的軍用但過剩的元器件。這些元器件以白菜價賣給了尤文，使他在這個工業(yè)基礎(chǔ)上得以做出跨時代的重要發(fā)現(xiàn)。布什對于后世最深遠的影響，應該是他在二戰(zhàn)結(jié)束時羅斯�？偨y(tǒng)的一個戰(zhàn)略報告，即著名的“科學-無盡前沿”：明確了政府應該支持基礎(chǔ)研究和人才建設(shè)，核心是推動軍民融合（見美國自然科學基金網(wǎng)站公開總結(jié)）。

2018年早期，美國國家科學基金委員會（NSF）中國辦公室主任宋南希女士到中國天眼現(xiàn)場訪問，送給我這本書。到了2018年下半年，由于眾所周知的原因，北京的NSF辦公室關(guān)閉了。我很希望在我的有生之年，不光看到這個辦公室重新開啟，也能看到中國的自然科學基金的辦公室能開到紐約去。

尤文的發(fā)現(xiàn)開啟了現(xiàn)代的射電天文領(lǐng)域。但很快，橫空出世了一個真正數(shù)量級性能提高的設(shè)備：阿雷西博望遠鏡。這一雷達專家Gordon的設(shè)想對于天文是個意外。他的計算要300米的天線去探測等離子層雷達回波。300米什么概念？當時世界上天文的天線都在幾十米，很快有同事指出了計算中可能存在問題，原初科學目標很可能只需要30米。不過到了1958年底，美國新成立的先進項目委員會（ARPA），依然決定支持300米的這樣一個瘋狂、前瞻的想法。

這個驚人的歷史發(fā)展需要放到當時的國際環(huán)境中去理解。1958年底，正是人類偉大的空間競賽，大國角力、冷戰(zhàn)的開啟。蘇聯(lián)成功發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星震撼了美國人民的靈魂，美國的幸運在于擁有錢學森創(chuàng)建的噴氣推進實驗室（JPL），在這個空間競賽里迅速跟進，并促使美國總統(tǒng)和國會在1958年中設(shè)立了航空航天局（NASA）。阿雷西博望遠鏡的誕生反映了西方長期的冷戰(zhàn)戰(zhàn)略。1946年喬治-凱南著名的《長電報》中總結(jié)“為了贏得冷戰(zhàn)，必須要規(guī)劃一個遠比過去更為正面和有建設(shè)性的世界藍圖”。阿雷西博望遠鏡是冷戰(zhàn)的直接后果，卻是這種正面藍圖精神的體現(xiàn)。

阿雷西博望遠鏡的橫空出世，引領(lǐng)了一個快速發(fā)展的現(xiàn)代科學前沿超過半個世紀，包括1993年獲得諾貝爾物理學獎。1996年中國科學院國家天文臺前輩、特別是南仁東先生為代表的天文學家第一次到西博望遠鏡現(xiàn)場考察，提出了中國天眼的概念。90年代后期我在康奈爾大學求學，在阿雷西博接受了自己學術(shù)生涯早期的射電天文訓練。2000年代初，我們利用阿雷西博望遠鏡觀測宇宙原子氫氣，有一個小發(fā)現(xiàn)，我命名為氫氣的窄線自吸收，英文簡寫HINSA。HINSA發(fā)表，我們及同行都意識到，其真正推動射電天文學的潛力在于星際磁場的測量。

文章是2003年發(fā)表的，在這之后將近20年的時間里，這個實驗意外的困難。我們及合作者和競爭者的大量嘗試全部失敗。回頭審視，應該還是受設(shè)備的制約。阿雷西博望遠鏡的接收設(shè)備常常在鏡面上投出一個非常大的復雜陰影，反映了接收設(shè)備對來自宇宙的光線的遮擋。作為對比，中國天眼縮的接收設(shè)備產(chǎn)生的遮擋遠為輕微，使得FAST的信號更加精細，也更加干凈。

去年，我們很幸運的實現(xiàn)了用HINSA探針第一次測量其塞曼效應，成果發(fā)表在2022年首期《自然》雜志封面文章。FAST這一探測揭示了微弱的星際磁場，強度約為地球磁場的十萬分之一。這樣的“創(chuàng)新方法”（《自然》發(fā)表其資深編輯評述）所產(chǎn)生的“極為重要的觀測結(jié)果”（《自然》發(fā)表的領(lǐng)域權(quán)威短評），也得到國際同行的認可，認為它有潛在的“革命性”（《科學》引述同行專家）的意義。實際上，這一成果只是天眼從2020年正式運行以來的豐富成果的一小部分。三年來，有來自將近30個國家的各個天文子領(lǐng)域的科學家將開展近400個觀測項目，催生了超過150篇學術(shù)期刊論文，包括七篇《自然》，兩篇《科學》等重要的結(jié)果。

在一些新的前沿，我們已經(jīng)能夠慢慢從學習到引領(lǐng)。以宇宙中無線電頻段最劇烈的爆炸現(xiàn)象-快速射電暴（FRB）為例。在這個領(lǐng)域里，僅以《自然》、《科學》為高影響刊物的量綱，F(xiàn)AST產(chǎn)生的《自然》《科學》文章在全世界占比從0增長到今年的70%以上。大意外里的一個小意外。

我希望能給大家留下一個印象：尤文博士意外的重大發(fā)現(xiàn)所開啟的現(xiàn)代射電天文學的領(lǐng)域，由阿雷西博望遠鏡這樣一個意外的由雷達專家提出的偉大設(shè)備引領(lǐng)了半個世紀。它們所展現(xiàn)的對于深空和宇宙探索的努力，現(xiàn)在由中國天眼繼承過來了。我們希望不光繼承的是對宇宙的探索，同時也是將代表人類發(fā)展更為正面和建設(shè)性的藍圖及精神拓展到21世紀。謝謝各位！

由《財經(jīng)》雜志、財經(jīng)網(wǎng)、《財經(jīng)》智庫、財通匯聯(lián)合主辦的“《財經(jīng)》年會2023：預測與戰(zhàn)略”12月17日至18日在北京舉行，論壇主題“應對發(fā)展挑戰(zhàn) 提振復蘇信心”。