天文学|为了看清宇宙，希望建设更多“天眼”

13年前， “光谱之王”郭守镜望远镜（以下简称LAMOST）横空出世；6年前，暗物质粒子探测卫星“悟空”号划破苍穹；2021年，中国天眼500米口径球面射电望远镜（以下简称FAST）面向全球开放；未来，冷湖天文观测基地、空间站巡天望远镜将给我们带来更多的惊喜……
【天文学|为了看清宇宙，希望建设更多“天眼”】当前，中国天文学迎来了历史上最好的发展机遇。我国天文学如何抓住机遇实现领跑？“悟空”号、“慧眼”号等飞向太空的望远镜将看到哪些精彩绝伦的景象？“留守”地球的LAMOST、FAST等又如何发挥光学、射电的优势？近日，在与科技日报采访人员的对话中，中国科学院院士、中国科学院国家天文台台长常进阐述了自己的思考。
人类进入了空间天文时代
科技日报采访人员：在大众的眼中，天文学总与浪漫的星辰联系在一起，具体到您的研究方向空间天文学，似乎又是另一个世界了。您能否先讲讲什么是空间天文学？它与传统的地面天文学之间有哪些不同？
常进：随着技术的进步，天文学研究已经进入了全波段时代。首先，我们要理解什么是全波段。根据波长，可以把电磁辐射分为射电、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。全波段时代就意味着，我们对于天体的研究不再局限于传统的可见光波段，而是拓展到从射电到伽马射线的全波段。
其次，电磁辐射是怎样产生的？辐射产生的物理原因多种多样，比如宇宙有磁场，当带电粒子在磁场中偏转时就会发生同步扩散，进而产生电磁波。当磁场增强、粒子能量增加时可能会产生X射线、伽马射线等。所以，通过在不同的波段观测宇宙，可以看到天体的不同物理过程。
最后，为什么要进入空间？这是因为大部分电磁波无法穿越地球大气，比如科学家想要观测天体发出的红外线，但大气把红外线吸收掉了，在地面观测不到天体发射的红外线，所以必须把望远镜放到大气顶部，也就是到空间去观测，这就是空间天文学。
此外，由于大气湍流运动会影响光的传播，为了降低大气的影响，光学望远镜也会被送到天上去。比如我们熟知的哈勃空间望远镜，它虽然在地面上也能实现观测，但进入空间之后，其2.4米的口径可以达到地面10米口径望远镜的观测水平，获得了更高的角分辨能力。这样，人类就进入了空间天文时代，也就是全波段时代，所有电磁波段都可以被监测到。
科技日报采访人员：“悟空”号是我国将望远镜送到空间去的一项全新探索，它实现了国际首次利用空间实验对100 TeV的宇宙线质子能谱的精确测量。今年9月， “悟空”号又发布了首批伽马光子科学数据，伽马光子与暗物质有着怎样的联系？对伽马光子的数据开展研究，将为“看”到暗物质作出什么贡献？
常进：发射“悟空”号，主要目的是高分辨观测宇宙高能粒子和高能伽马射线。伽马射线是频率特别高的电磁波，因为大气会对其产生吸收，只能到空间去观察。
虽然时至今日，我们还不清楚暗物质的物理特性，但根据理论模型推测，暗物质可能会衰变或者湮灭产生高能伽马射线。所以，我们通过研究伽马射线去间接探测暗物质粒子。另外，由于伽马射线是不带电粒子，不会被宇宙磁场影响，它的传输路径不会发生偏转。因此，我们通过研究伽马射线的空间分布，或许可以进一步定位暗物质的起源。
但是，高能伽马射线的流量特别低， “悟空”号每天只测到1—2个。想要获得伽马射线的能谱和空间分布情况需要大量数据，所以， “悟空”号经过了3年的积累才向世界发布。即使这些数据还不够多，我们希望通过向全世界公开共享卫星数据，让全球科学家共同挖掘其科学价值。