徐仁新

【摘要】太空作為重要的戰(zhàn)略資源，其開(kāi)發(fā)的程度體現(xiàn)國(guó)家的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。天文學(xué)乃自然科學(xué)六大基礎(chǔ)學(xué)科（數(shù)理化天地生）之一，緊隨人類(lèi)文明之啟而誕生。相對(duì)于其他基礎(chǔ)科學(xué)而言， 天文學(xué)具有“小學(xué)科、 大科學(xué)”特點(diǎn)，屬于“貴族的游戲”。鑒于經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升，未來(lái)一段時(shí)間將是我國(guó)天文學(xué)科蓬勃發(fā)展的黃金時(shí)代。本文分別從科學(xué)問(wèn)題和望遠(yuǎn)鏡設(shè)備兩個(gè)方面闡述了天文學(xué)的社會(huì)意義，特別是在大國(guó)崛起過(guò)程中的關(guān)鍵角色；討論了天文學(xué)與太空科技的關(guān)聯(lián)，特別是脈沖星研究對(duì)太空科技的促進(jìn)作用。

【關(guān)鍵詞】天文學(xué) 天文望遠(yuǎn)鏡 大國(guó)崛起 民族復(fù)興

【中圖分類(lèi)號(hào)】D8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2017.05.004

作為四大文明古國(guó)之一，中國(guó)曾經(jīng)是人類(lèi)史上的璀璨明珠，然而近代卻倍受屈辱。1840年的鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)撬開(kāi)了古老中國(guó)的大門(mén)，接踵而來(lái)的是若干不平等條約的簽署，喪失獨(dú)立主權(quán)的中國(guó)被戲稱(chēng)為“東亞病夫”，國(guó)民的自尊心亦喪失殆盡。近年來(lái)，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)成效舉世矚目，但就科學(xué)和技術(shù)的整體實(shí)力而言，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家的差距還是明顯的。

未來(lái)要實(shí)現(xiàn)中華民族的全面復(fù)興，科學(xué)和技術(shù)之興盛不可或缺?？茖W(xué)集人類(lèi)關(guān)于自然現(xiàn)象或社會(huì)經(jīng)驗(yàn)之大成，不僅作為軟實(shí)力體現(xiàn)人類(lèi)的文明和進(jìn)步，而且能夠引領(lǐng)社會(huì)的技術(shù)提升，促進(jìn)一國(guó)產(chǎn)業(yè)從低端向高端轉(zhuǎn)型。一句話，科學(xué)不僅“虛”而且也“實(shí)”，在國(guó)家強(qiáng)盛過(guò)程中起關(guān)鍵作用。這里擬從天文學(xué)角度闡述其在大國(guó)崛起過(guò)程中的特殊意義。

天文學(xué)要回答的問(wèn)題是基本的、終極的

天文學(xué)乃自然科學(xué)六大基礎(chǔ)學(xué)科（數(shù)理化天地生）之一，緊隨人類(lèi)文明之啟而誕生。當(dāng)智慧的靈長(zhǎng)類(lèi)生物抬頭凝視繁星點(diǎn)點(diǎn)的夜空時(shí)，神秘而不解的疑問(wèn)就一直縈繞其腦海：那是什么？離我多遠(yuǎn)？還有比它們更遠(yuǎn)的嗎？它們一直就在那嗎？是不是那里也有一個(gè)像我一樣遙望星空的他/她？缺少了這些思辯，猩猩或許永遠(yuǎn)不會(huì)成功進(jìn)化為人類(lèi)。雖然現(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)高度異化導(dǎo)致不同學(xué)科溝通的語(yǔ)言越來(lái)越有限，但是天文學(xué)企圖回答的問(wèn)題還是那么單純而直白。

值得注意的是，相對(duì)于其他基礎(chǔ)科學(xué)而言，天文學(xué)具有“小學(xué)科、大科學(xué)”特點(diǎn)。一方面，天文學(xué)所研究的科學(xué)問(wèn)題豐富、終極而基本，往往需要傾一國(guó)或多國(guó)之財(cái)力和人才方能成功建設(shè)和運(yùn)行某個(gè)大型天文觀測(cè)設(shè)備以試圖解決這些問(wèn)題（此為“大科學(xué)”）；另一方面，天文學(xué)從業(yè)人員數(shù)目相對(duì)于其他學(xué)科偏少，甚至于明顯少于某些二級(jí)學(xué)科（此為“小學(xué)科”，而我國(guó)目前天文學(xué)教研規(guī)模在自然科學(xué)中所占比重相對(duì)于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家而言則更低）。可見(jiàn)，天文學(xué)屬于“貴族的游戲”，只有經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚的強(qiáng)國(guó)才能支撐天文學(xué)研究。鑒于經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升，未來(lái)一段時(shí)間將是我國(guó)天文學(xué)科蓬勃發(fā)展的黃金時(shí)代。天文學(xué)要回答的問(wèn)題是基本的、終極的，這奠定了天文學(xué)在大國(guó)崛起中的重要地位。

首先，天文學(xué)能夠塑造人們正確的世界觀和宇宙觀，提升整個(gè)民族的人文和科學(xué)素養(yǎng)。作為一種具有精神需求的生命，人類(lèi)對(duì)認(rèn)識(shí)自己所處的宇宙環(huán)境有本能的欲望。錯(cuò)誤而極端的宇宙觀易于導(dǎo)致某些災(zāi)難性的后果?！安恢煊卸喔叩赜卸嗪瘛钡娜藢?duì)自然就沒(méi)有敬畏感，對(duì)同類(lèi)就少了包容心，在法律和道德面前很可能就失去了心理底限。盡管渺小，但人類(lèi)用科學(xué)手段探究自身在宇宙中的存在，這有助于革除教條思維、破除封建迷信。對(duì)崛起的大國(guó)而言，正確的世界觀無(wú)疑是建設(shè)文明、和諧社會(huì)的必要基礎(chǔ)。

值得提及的是，從物理學(xué)角度來(lái)看，天文學(xué)以宇宙中若干極端過(guò)程、甚至將宇宙本身作為實(shí)驗(yàn)室來(lái)研究自然。天文學(xué)的這一“物理”角色也很重要，有助于人們檢驗(yàn)、改善甚至發(fā)現(xiàn)基本定律。許多極端的天體環(huán)境對(duì)于一般實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家而言是望塵莫及的，檢驗(yàn)?zāi)壳耙阎摹捌毡椤币?guī)律在極端天體條件下的正確性是天文學(xué)家不可推卸的職責(zé)。當(dāng)然，在極端情形下不排除某些已知規(guī)律需要作部分甚至突破性的修正。完善和發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律恰是天文學(xué)魅力的體現(xiàn)。牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律就是這方面一個(gè)較早的典范，它能夠闡明包括行星運(yùn)動(dòng)在內(nèi)的若干跟引力有關(guān)的過(guò)程。難怪詩(shī)人蒲柏感嘆：“自然和自然規(guī)律為黑暗隱蔽。上帝說(shuō)，讓牛頓來(lái)！一切即臻光明?！?/p>

其次，以探測(cè)微弱天體信號(hào)為目的而發(fā)展起來(lái)的若干先進(jìn)天文觀測(cè)技術(shù)，促進(jìn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。這些科技的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用推動(dòng)著社會(huì)、國(guó)防以及軍事等的現(xiàn)代化。貫穿人類(lèi)文明史的重大疑難問(wèn)題的解決離不開(kāi)愈來(lái)愈尖端的技術(shù)革新，只有這樣才能探測(cè)愈來(lái)愈準(zhǔn)、愈來(lái)愈遠(yuǎn)的宇宙信息（包括望遠(yuǎn)鏡在內(nèi)的大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備沒(méi)有最高端，只有更尖端）?？梢?jiàn)，對(duì)終極問(wèn)題解決的努力促使人類(lèi)對(duì)尖端技術(shù)永無(wú)止境的追求、帶動(dòng)整個(gè)社會(huì)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)并提升競(jìng)爭(zhēng)力。

再者，參與國(guó)際一流大型天文望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)和運(yùn)行是分享科學(xué)管理經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。盡管各國(guó)文化、制度等存在差異，但高度國(guó)際化的天文設(shè)備的實(shí)施卻普遍以“高效率、低成本”為宗旨。所以，國(guó)際大型天文設(shè)備不僅是科技交流的平臺(tái)，也為高效而科學(xué)的行政管理模式提供了范例。

最后，還需指出的是，作為軟實(shí)力的科學(xué)文明往往以認(rèn)識(shí)宇宙的重大進(jìn)展作為時(shí)代的記憶。牛頓在學(xué)術(shù)上是多產(chǎn)的，但如上提及，以萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)最具代表性。17世紀(jì)以來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，學(xué)術(shù)界對(duì)牛頓的崇拜近乎神化，直到20世紀(jì)出現(xiàn)更新牛頓萬(wàn)有引力的愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論。同樣，愛(ài)因斯坦在物理學(xué)領(lǐng)域貢獻(xiàn)頗豐，而“相對(duì)論”是他歷史地位的象征。從牛頓到愛(ài)因斯坦，學(xué)術(shù)話語(yǔ)權(quán)的主導(dǎo)也相繼從英國(guó)轉(zhuǎn)向德國(guó)和美國(guó)。不少?lài)?guó)人常有“諾貝爾獎(jiǎng)情結(jié)”，但我們這個(gè)民族更應(yīng)該思考的是：誰(shuí)將會(huì)是這顆藍(lán)色行星上替代愛(ài)因斯坦的人物？這個(gè)人的出現(xiàn)才標(biāo)志著大國(guó)崛起后走向輝煌。

天文望遠(yuǎn)鏡與太空科技

天文學(xué)擬回答的終極問(wèn)題自人類(lèi)誕生起一直相伴。人類(lèi)只要在地球上沒(méi)有滅亡，就不會(huì)停止思考和解決這些問(wèn)題。天文學(xué)家主要通過(guò)天體過(guò)程所泄漏的各種信息來(lái)探究宇宙及自然基本規(guī)律，事實(shí)上，他們正為解決這些科學(xué)問(wèn)題而“不擇手段”：在地面、地下、深海、太空等建造先進(jìn)的天文探測(cè)設(shè)備（即望遠(yuǎn)鏡）來(lái)搜集來(lái)自宇宙深處的微弱信號(hào)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)仔細(xì)處理和分析，以求最終找到問(wèn)題的答案。

電磁波（其能量子為光子）是迄今最主要的泄露天體過(guò)程信息的載體（其他載體包括宇宙線、中微子和引力波等），因此天文學(xué)家往往專(zhuān)注于探測(cè)各式各樣的電磁輻射。依據(jù)探測(cè)手段上的差異，電磁波的觀測(cè)分為三大類(lèi)：光學(xué)、射電和高能X/γ射線。相應(yīng)地，天文學(xué)按觀測(cè)波段分為光學(xué)天文、射電天文和高能天文等分支。光學(xué)天文是最早的傳統(tǒng)觀測(cè)手段。然而，隨著二戰(zhàn)中雷達(dá)技術(shù)的興起以及高空氣球或火箭探測(cè)的嘗試，射電天文和高能天文自上世紀(jì)中葉開(kāi)始逐漸活躍于天文學(xué)的前沿。這三大天文領(lǐng)域獲取的天體信息互為補(bǔ)充，且對(duì)技術(shù)和社會(huì)的推動(dòng)也不盡相同。從表1可見(jiàn)，再高深的科學(xué)目標(biāo)也只有物化到“電路板”上才可能達(dá)到，也才能有效地推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。三類(lèi)天文觀測(cè)都高度依賴(lài)機(jī)械自控等“機(jī)電一體化”。無(wú)疑，大型天文望遠(yuǎn)鏡是高新技術(shù)的“競(jìng)技場(chǎng)”。

四百多年前，望遠(yuǎn)鏡在荷蘭的一個(gè)小鎮(zhèn)被眼鏡師所發(fā)明。伽利略自制望遠(yuǎn)鏡指向星空，特別是木星及其周?chē)男l(wèi)星系統(tǒng)，表明地球并不是這個(gè)體系的中心。這有力地支持了哥白尼的“日心說(shuō)”。時(shí)至今日，望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行越來(lái)越復(fù)雜和高端，成為國(guó)家孕育技術(shù)創(chuàng)新的平臺(tái)。建國(guó)之前，我國(guó)的望遠(yuǎn)鏡乏善可陳。1989年投入運(yùn)行的2.16米口徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是個(gè)里程碑。由于國(guó)力不濟(jì)，各類(lèi)天文望遠(yuǎn)鏡盡管后續(xù)有所發(fā)展，但跟國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)相比仍然存在顯著差距。可喜的是，隨著近年來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)際交流，我國(guó)正籌劃、建設(shè)和運(yùn)行若干國(guó)際一流的大型望遠(yuǎn)鏡。

天文望遠(yuǎn)鏡跟太空科技的關(guān)聯(lián)至少體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面。

一方面，太空飛行設(shè)備的指令上傳和數(shù)據(jù)下傳往往借助天文望遠(yuǎn)鏡來(lái)完成，以實(shí)現(xiàn)地面與太空之間的成功通訊。正如日常生活中人們利用無(wú)線電（手機(jī)）信號(hào)交流，太空與地面之間的通訊往往也是利用射電波。雖然雷達(dá)天線也能起這樣的作用，但是射電望遠(yuǎn)鏡具有比雷達(dá)更靈敏和精確的性能，能夠發(fā)送和獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

射電天文取得的科學(xué)成就為相關(guān)技術(shù)的發(fā)展推波助瀾。眾所周知，上世紀(jì)60年代的射電天文“四大發(fā)現(xiàn)”（類(lèi)星體、星際分子、微波背景輻射和脈沖星）至今仍是天體物理學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。射電天文取得如此耀眼的成果其實(shí)并不奇怪，天文觀測(cè)可以泛泛地看作星際通訊，而無(wú)線電波是最經(jīng)濟(jì)的信使。利用全球射電天文望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行至今所接受的總能量甚至翻不動(dòng)一張紙。正如全球通過(guò)無(wú)線電波通訊進(jìn)入了信息時(shí)代，射電波當(dāng)之無(wú)愧地成為人類(lèi)認(rèn)識(shí)宇宙的關(guān)鍵窗口。射電天文發(fā)展的背后靠的是日新月異的電子學(xué)技術(shù)。反過(guò)來(lái)講，要讓無(wú)線電技術(shù)再上一個(gè)臺(tái)階還需借助射電天文來(lái)引領(lǐng)。如今，我國(guó)無(wú)線電技術(shù)階躍性的提升尤為緊迫，涉及社會(huì)（電子產(chǎn)業(yè)）、國(guó)防（防控識(shí)別）甚至軍事（空中預(yù)警）等領(lǐng)域。2016年7月，我國(guó)在貴州建成了全球最大單口徑望遠(yuǎn)鏡（FAST，如圖1），這昭示著射電天文全面發(fā)展的美好明天。

談起射電天文望遠(yuǎn)鏡，不得不提及如今國(guó)際合作研制的平方公里射電陣（SKA）。它將是世界上最大、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡陣，臺(tái)址位于南非和澳大利亞境內(nèi)。它靈敏度極高，能檢測(cè)到距離地球數(shù)十光年遠(yuǎn)的行星上機(jī)場(chǎng)雷達(dá)，分辨率高于哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的50倍。SKA代表了人類(lèi)信息技術(shù)的最高水平，其建設(shè)和運(yùn)行將全面挑戰(zhàn)現(xiàn)有電子學(xué)技術(shù)。若中國(guó)成功參與SKA，有望帶動(dòng)我國(guó)電子、信息、微弱信號(hào)檢測(cè)與處理等若干領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，并儲(chǔ)備服務(wù)于國(guó)家安全的技術(shù)。

另一方面，為得到更高質(zhì)量的測(cè)量數(shù)據(jù)，天文學(xué)家還在太空建設(shè)望遠(yuǎn)鏡。這些天文設(shè)備的建設(shè)和運(yùn)行代表太空科技的發(fā)展水平。固體地球表面以上存在大氣層，不同波段的電磁輻射被大氣層吸收的程度有差異。有三個(gè)頻段內(nèi)的光子被大氣層吸收較弱，這些波段稱(chēng)為“大氣輻射窗口”（包括光學(xué)窗口、紅外窗口和射電窗口）。若要探測(cè)這三個(gè)波段之外的電磁輻射就不得不通過(guò)衛(wèi)星、火箭或高空氣球等實(shí)現(xiàn)。例如最典型的高能X/γ射線的測(cè)量，其理想的方式是在太空飛行器上實(shí)施。不過(guò)，即便于大氣輻射窗口內(nèi)（如可見(jiàn)光波段）觀測(cè)，為了避免大氣層湍動(dòng)對(duì)天體影像的干擾，在外太空測(cè)量也具有優(yōu)勢(shì)。這些應(yīng)用于天文學(xué)研究的人造衛(wèi)星又稱(chēng)為“太空望遠(yuǎn)鏡”。例如，美國(guó)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡是在近地軌道上運(yùn)行的口徑為2.4米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，國(guó)際上在軌工作的X射線望遠(yuǎn)鏡錢(qián)德拉衛(wèi)星和牛頓衛(wèi)星分別由美國(guó)、歐洲主導(dǎo)研制。

隨著國(guó)力的上升，我國(guó)“十一五”太空科學(xué)發(fā)展規(guī)劃列入“硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡”（HXMT）。這是我國(guó)自主研制的第一顆太空X射線望遠(yuǎn)鏡，計(jì)劃2017年上旬發(fā)射升空，用于觀測(cè)黑洞和中子星/脈沖星等極端天體的表現(xiàn)?？上驳氖牵e累了HXMT的研制與觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)之后，我國(guó)考慮聯(lián)合歐洲研制增強(qiáng)型X射線計(jì)時(shí)和偏振（eXTP）望遠(yuǎn)鏡（圖2）。eXTP將是中國(guó)主導(dǎo)的X射線天文研究平臺(tái)，它不僅擁有更好的性能來(lái)記錄宇宙X射線，而且將通過(guò)跟國(guó)際高能天文研究接軌培養(yǎng)一支有競(jìng)爭(zhēng)力的年輕一代X射線天文學(xué)家。類(lèi)似于HXMT，eXTPS的科學(xué)目標(biāo)將研究強(qiáng)引力、高密度以及強(qiáng)磁場(chǎng)等情形下的物理規(guī)律，拓展人類(lèi)關(guān)于深層次物理規(guī)律在大尺度上表現(xiàn)方面的知識(shí)。如果計(jì)劃順利，eXTP將于2025年前升空，成為國(guó)際上先進(jìn)的在軌運(yùn)行X射線望遠(yuǎn)鏡。顯然，以HXMT和eXTP為代表的太空天文衛(wèi)星的研制和運(yùn)行跟太空科技實(shí)力的整體發(fā)展密不可分。

除了地空通訊和太空觀測(cè)以外，包括衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)、行星科學(xué)、太空碎片監(jiān)測(cè)等太空科技離不開(kāi)天體力學(xué)這個(gè)傳統(tǒng)的天文學(xué)領(lǐng)域，望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)也不可缺少。誠(chéng)然，天文學(xué)這些屬性使得任何一個(gè)大國(guó)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定程度后都會(huì)重視它的發(fā)展。這是大國(guó)走向強(qiáng)盛的必由之路。

脈沖星科學(xué)與工程

以上分別討論了天文學(xué)和望遠(yuǎn)鏡，在此一部分筆者擬占些篇幅討論自己長(zhǎng)期關(guān)注的脈沖星科學(xué)與工程及其跟太空科技的關(guān)聯(lián)。

脈沖星為大質(zhì)量恒星演化至晚期通過(guò)超新星爆發(fā)后而遺留的殘骸，以極端物理環(huán)境（高密度、強(qiáng)電磁場(chǎng)和引力場(chǎng)等）而著稱(chēng)。它的存在，不僅有助于理解宇宙中豐富而有趣的天文現(xiàn)象，而且是研究基本物理規(guī)律的關(guān)鍵場(chǎng)所，并會(huì)協(xié)助人類(lèi)打開(kāi)納赫茲引力波天文觀測(cè)窗口。除了這些科學(xué)意義外，脈沖星研究還具有時(shí)頻和導(dǎo)航等應(yīng)用價(jià)值。鑒于此，脈沖星是包括FAST、HXMT、eXTP以及平方公里射電陣（SKA）等國(guó)內(nèi)外的大型地面或太空望遠(yuǎn)鏡的核心科學(xué)目標(biāo)，受到相關(guān)領(lǐng)域從科學(xué)家到工程師人群的普遍青睞。

脈沖星看似一類(lèi)非常簡(jiǎn)單的天體，它們不停地旋轉(zhuǎn)，其輻射各向異性使得我們觀測(cè)到周期性的脈沖信號(hào)（倒是有點(diǎn)類(lèi)似航?！盁羲保?。然而，就是如此簡(jiǎn)單的一種天體，卻非常重要。在基礎(chǔ)科學(xué)方面，脈沖星研究能有效地提高我們關(guān)于引力（涉及時(shí)空的結(jié)構(gòu)）和強(qiáng)力（強(qiáng)相互作用的非微擾行為）的認(rèn)識(shí)，這對(duì)于理解自然力的起源和本質(zhì)意義匪淺。在工程技術(shù)方面，脈沖星被看作具有戰(zhàn)略意義的“天然時(shí)鐘”。通過(guò)脈沖星觀測(cè)與研究，人們正努力實(shí)現(xiàn)關(guān)乎社會(huì)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的兩大目標(biāo)：改進(jìn)時(shí)間頻標(biāo)基準(zhǔn)和自主導(dǎo)航近地（或深空）飛行器。其中后者成功與否，無(wú)疑將深刻地影響未來(lái)太空資源的開(kāi)發(fā)與利用。

具體而言，脈沖星科學(xué)主要體現(xiàn)在理解強(qiáng)力的非微擾屬性、檢驗(yàn)各種引力理論和探測(cè)納赫茲引力波等方面。下面具體闡述。

第一，了解強(qiáng)力的非微擾行為。構(gòu)成脈沖星物質(zhì)的密度比水高1014倍以上，這種致密物質(zhì)狀態(tài)跟夸克之間的相互作用行為有關(guān)。我們知道，描述夸克之間基本強(qiáng)相互作用的理論體系是量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）。QCD有兩個(gè)基本特征：高能標(biāo)時(shí)漸近自由（因能作微擾論處理，所得理論結(jié)果已被很好地實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)）但低能標(biāo)下夸克卻表現(xiàn)出較強(qiáng)的相互耦合（即非微擾效應(yīng)，因其難以理論計(jì)算而未能像高能標(biāo)情形那樣被很好地實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)）。要刻畫(huà)脈沖星物質(zhì)的狀態(tài)，人們不得不考慮強(qiáng)力的非微擾效應(yīng)。反過(guò)來(lái)，這也為我們利用脈沖星的觀測(cè)現(xiàn)象認(rèn)識(shí)低能QCD提供了一條天文學(xué)途徑。

第二，檢驗(yàn)引力理論。隨著希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)，描述自然界的電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用的標(biāo)準(zhǔn)模型有了更堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。但是，人們對(duì)最先了解的引力的理解卻存在著諸多困惑。標(biāo)準(zhǔn)模型與廣義相對(duì)論存在不可調(diào)和的矛盾，至今尚缺少一個(gè)自洽的引力量子化的框架。解決這一問(wèn)題是人類(lèi)面臨的重大挑戰(zhàn)，而途徑之一是更精確地檢驗(yàn)各種引力理論。脈沖星雙星系統(tǒng)（包括脈沖星—中子星、脈沖星—白矮星、脈沖星—黑洞等）具有較強(qiáng)的引力作用，人們可以通過(guò)精確測(cè)量雙星軌道運(yùn)動(dòng)參數(shù)來(lái)檢驗(yàn)包括愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論在內(nèi)的若干引力理論。盡管至今未發(fā)現(xiàn)觀測(cè)結(jié)果顯著偏離愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的預(yù)言，但人們?cè)谠絹?lái)越高的精度上繼續(xù)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。

第三，探測(cè)納赫茲引力波。一百年前愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言引力波，它可形象地看作彎曲時(shí)空中的漣漪。美國(guó)正在運(yùn)行的地面激光干涉儀對(duì)千赫茲的高頻引力波敏感，已經(jīng)成功地探測(cè)到13億光年遠(yuǎn)質(zhì)量分別約為太陽(yáng)質(zhì)量36和29倍的雙黑洞并合過(guò)程中釋放的引力波。類(lèi)似于電磁波，不同頻域的引力波探測(cè)方式也存在較大差異。脈沖星陣（PTA）是測(cè)量納赫茲引力波的重要手段，它通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)若干顆脈沖星的脈沖精確到達(dá)時(shí)間并分析其中的關(guān)聯(lián)性來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，PTA也是構(gòu)建地面脈沖星時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的工具。

實(shí)際上，脈沖星的科學(xué)與應(yīng)用研究緊密相關(guān)，都以精確測(cè)量脈沖到達(dá)時(shí)間為基礎(chǔ)。為了達(dá)到這一目標(biāo)，高性能的地面或太空望遠(yuǎn)鏡是必要的。比如，為了降低統(tǒng)計(jì)誤差、提高脈沖到達(dá)時(shí)間的測(cè)量精度，脈沖星導(dǎo)航的前提之一是獲得足夠高的X射線計(jì)數(shù)率，這就需要探測(cè)器能夠有效地記錄X射線。

保羅·肯尼迪在《大國(guó)的興衰》一書(shū)中有言，“現(xiàn)代國(guó)家的硬實(shí)力建立在科技與工業(yè)基礎(chǔ)之上”。值得注意的是，科學(xué)發(fā)展影響技術(shù)和工業(yè)的具體模式隨著時(shí)代而變遷。眾所周知，原子核是人類(lèi)認(rèn)識(shí)微觀世界的一個(gè)重要層次。上世紀(jì)40年代前后核物理學(xué)進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期，其應(yīng)用研究深刻地改變了人類(lèi)的戰(zhàn)爭(zhēng)史、文明史以及能源觀。如今，太空作為重要的戰(zhàn)略資源，其開(kāi)發(fā)的程度體現(xiàn)國(guó)家的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。半個(gè)多世紀(jì)后的今天，人們似乎正在將關(guān)注的目光從原子核轉(zhuǎn)向脈沖星。

小結(jié)

作為最古老的自然科學(xué)之一，天文學(xué)在中華民族崛起之時(shí)將煥發(fā)新的活力。它不僅是認(rèn)識(shí)自然、建立正確世界觀的重要途徑，而且以相關(guān)大科學(xué)工程為平臺(tái)引領(lǐng)科技創(chuàng)新。天文測(cè)量沒(méi)有最精密，只有更精密；科學(xué)技術(shù)沒(méi)有最尖端，只有更尖端。在大國(guó)崛起過(guò)程中，天文學(xué)無(wú)論在“虛”還是“實(shí)”的方面所扮演的角色均無(wú)可替代。關(guān)于眼下天文學(xué)科的發(fā)展，有兩點(diǎn)值得討論。

一是關(guān)于國(guó)際合作。天文學(xué)是高度國(guó)際化的學(xué)科，但無(wú)論科學(xué)還是技術(shù)的合作都應(yīng)該嚴(yán)肅評(píng)估其推動(dòng)國(guó)內(nèi)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的可能性。我國(guó)高鐵和大飛機(jī)的發(fā)展歷史就是值得借鑒的成敗經(jīng)驗(yàn)。鐵路和空運(yùn)在我國(guó)都有廣闊的市場(chǎng)。在短短十來(lái)年的時(shí)間內(nèi)，高鐵能夠融會(huì)多國(guó)技術(shù)而“后來(lái)居上”并成為中國(guó)的“名片”，靠的是以國(guó)際合作助推自身研發(fā)從無(wú)到有、從低到高。若無(wú)研發(fā)之本，高鐵也必如“大飛機(jī)”那樣至少一段時(shí)間內(nèi)停留在購(gòu)置引進(jìn)階段。

二是關(guān)于教育。過(guò)去經(jīng)濟(jì)上的落后導(dǎo)致天文學(xué)科發(fā)展遲緩，人才培養(yǎng)和儲(chǔ)備也不理想。隨著若干大型望遠(yuǎn)鏡的國(guó)內(nèi)主導(dǎo)和國(guó)際參與，大家都意識(shí)到推廣大學(xué)天文教研的緊迫性。教育是個(gè)系統(tǒng)工程。一個(gè)國(guó)家未來(lái)十年的科學(xué)競(jìng)爭(zhēng)力很大程度上取決于如今剛獲得博士學(xué)位的研究隊(duì)伍；二十年后的社會(huì)活力掌握于目前在讀的大學(xué)生和研究生手里；三十年后的中堅(jiān)力量正在接受我們?yōu)樗麄冊(cè)O(shè)計(jì)的初等和中等教育。然而，當(dāng)今的教育環(huán)境不容樂(lè)觀。中等特別是高等教育應(yīng)該鼓勵(lì)興趣驅(qū)動(dòng)而不是功利驅(qū)動(dòng)的，后者不可避免地導(dǎo)致教育資源配置的浪費(fèi)和失衡。只有具備了健康有序的教育系統(tǒng)，我國(guó)巨大的人力資源潛力才會(huì)得以釋放。

責(zé) 編∕鄭韶武