2022年11月6日，2022年腾讯科学WE大会正式举行。本届大会是腾讯科学WE 10周年大会，2013~2022年10年间，腾讯累计邀请80多位全球顶尖科学家登台，分享最新科研成果与前沿突破，累计近1亿人次观众线上线下参会。
2022年腾讯科学WE大会以“科技树”为主题，代表人类在知识进步与科技发展道路上孜孜以求，从不停顿；大会邀请7位全球顶尖科学家，包括诺奖得主、铸就“国之重器”的科学家等，分享在未来能源、空海（太空与海洋）探索、生命科学等领域最新突破与发现。
7位嘉宾分别是：
2006年诺贝尔物理学奖得主、韦布空间望远镜高级科学家 约翰·马瑟John C. Mather
2015年诺贝尔化学奖得主、DNA修复之父 托马斯·林达尔Tomas Robert Lindahl
中国工程院院士、人造太阳项目负责人 李建刚
中国工程院院士、中国航天科技集团五院空间站系统总设计师 杨宏
中国天眼FAST总工程师 姜鹏
中国奋斗者号总设计师 叶聪
中国科学院院士、重新定义从鱼到人演化史的古鱼类学家 朱敏
本期“长期主义”，选择2022年腾讯科学WE大会，中国航天科技集团五院空间站系统总设计师杨宏、“中国天眼”FAST总工程师姜鹏、韦布空间望远镜高级科学家约翰·马瑟John C. Mather三位嘉宾演讲纪要，腾讯科学WE大会微信公众号发布，*合六**商业研选精校，分享给大家，enjoy！
正文：
全文15,156字
预计阅读33分钟
中国空间站，我们的*途征**是星辰宇宙
演讲人：中国航天科技集团五院空间站系统总设计师 杨宏
时间：2022年11月6日
字数：5,527
非常高兴来到腾讯WE大会，我来自中国航天科技集团公司五院，现任中国载人航天工程空间站系统总设计师。
大家可能觉得载人航天很神秘，今天我就想讲我所经历的载人航天的研制过程，讲述航天人的故事。
星辰大海是人类永恒的浪漫向往，浩瀚宇宙有很多奥秘需要人类探索。自古以来，中华民族就向往飞向太空、遨游宇宙，嫦娥奔月的美丽神话、敦煌石窟的飞天壁画、万户飞天的千古壮举，无不寄托华夏子孙的飞天梦想。
当今世界，很多国家更是把航天发展，上升到国家战略层面。
那么什么是载人航天？
载人航天是人类驾驶和乘坐载人航天器，在太空中从事各种探索、研究、试验等往返飞行活动，目的在于突破地球大气屏障与克服地球引力，把人类活动范围从陆地、海洋、大气层扩展到太空，更广泛、更深入认识整个宇宙，充分利用太空和载人航天器的特殊环境，进行各种研究与试验活动，开发太空极其丰富的资源。
载人航天意义有三方面：
1、科技方面。载人航天技术是科技密集综合型尖端技术，体现现代科学技术多领域的成就，又给现代科学技术多领域提出新的发展需求，促进和推动整个科学技术发展。比如系统工程、自动控制、计算机、推进能力、环控生保技术、通信、遥感、测试技术、航天医学、空间科学等。
2、发展载人航天，能体现国家综合国力。综合国力增强体现在发展高科技，高科技主要内容之一就是载人航天。当一个国家把自己航天员送入太空时，它可充分体现综合能力的强盛，将增强该国民众民族自豪感，振奋民族精神，同时在世界上国家太空战略布局中奠定地位。
3、载人航天发展能更好开发太空资源，为地球人类造福。地球正变得越来越小，科学家们指出，人类面临资源枯竭、人口激增等亟待解决的几大问题，只有通过扩大人类生存空间，向外层空间要资源、要空间来解决。
现已知浩瀚的太空是人类巨大宝库，拥有太空高位置资源，人类文明就能前进一大步，而载人航天事业正是通向这个宝库的桥梁。但是，载人航天是高风险的事业，确保航天员安全是我们责任。
我们常说的一句话是：载人航天，人命关天。我们团队经常要提醒自己，航天员的生命安全就在我们每个人手里，我们要对航天员生命安全负责。我们老总师戚发轫院士曾对我们讲的一句话：你们要把自己当航天员，看你们敢不敢坐自己设计的飞船。
载人航天是系统工程，就像一个庞大的机器，每个人可能是颗螺丝钉、或者是个齿轮、或者是个传送带，只有每个人的工作到位了，这个庞大的机器才能正常运转。而我们工作又像一个木桶，木桶短板决定能装多少水。
我作为载人航天器总设计师的重要任务之一就是找短板，找到短板就找到风险，风险控制住，成功才有把握。飞船在天上的飞行是按步骤来，我们称之为每一个步骤叫做飞行事件，所有的飞行事件就像一串珍珠项链。
如果说每颗珍珠代表一个事件的话，每个珍珠后面都有N多人保驾，确保让每一颗珍珠都完美无瑕，不允许有任何瑕疵，这样才能确保整个项链完美。这后面有多少航天科技工作者在保驾护航，又有多少人在默默无闻奉献。因此，中国航天的质量，是靠所有航天人一起保出来的。
每年10月16日，我都会给一个人发祝福，就是大家都非常熟悉的航天英雄杨利伟，中国进入太空第一人。有一幅场景至今都让我记忆犹新，2003年10月15日上午9点，神舟五号飞船矗立在酒泉卫星发射场发射塔架上，准备发射，当指挥员下达倒计时命令读秒的时候，10、9、8、7……
就在这时，我们航天员杨利伟，通过镜头向我们在场所有人行了一个军礼，指挥大厅所有同志们报以热烈掌声予以回敬，许多人流下眼泪，因为这是首次载人飞行，尽管我们做了充分准备，但风险依然存在，我们心里依然紧张。
直到10月16日，神舟五号飞船返回舱安全返回时，我们设计师心里才落地。所以说每当航天员安全返回地面，航天员走出舱以后，才是我们最幸福的时刻。
在突破载人飞行技术后，我们面临的是出舱活动与交会对接任务。两弹一星功勋王希季老院士，对交会对接任务做了重新定义，也就是在突破交会对接技术同时，要解决空间实验室与组合体的控制管理技术，为空间站奠定基础，这就有了天宫一号。它不仅作为交会对接的目标飞行器，同时它要承担交会对接以后，两个航天器合为一体以后的组合体的控制和管理，也就是“1+1=1”，那么这也是空间实验室乃至空间站所要解决的关键技术。
天宫一号在跟国外同类型航天器相比，它受重量、体积等资源的强约束，突破多项关键技术，特别是为空间站关键技术奠定基础。比如说控制力矩陀螺技术、大型地板加工技术，也就是大型密封仓的生产加工技术，还有可补加推进剂的金属膜盒储箱、光纤陀螺等。这些关键技术的突破，不仅用于天宫一号，也为空间站研制奠定坚实基础，有很多技术直接应用到空间站任务中。
在空间站研制过程中，我们坚持系统谋划与顶层设计，独立自主、一体化设计空间站的三舱，使多个舱段、多个航天器的系统可整合重构，大幅提升整体可靠性，形成中国特色的空间站方案，所突破的关键技术都具有完全自主知识产权。
比如我们空间站所用到的关键技术，大型太阳能电池技术，采用柔性太阳电池翼，就像折叠扇一样，发射时是收拢状态，在轨展开，还可以收拢，它有非常高的发电效率，体积轻、重量小、可展可收、可以在轨维修。因为能源是一个航天器的动力源泉，所以能源技术是我们的重要关键技术。
再有就是我们再生生保技术。航天员长期在轨生活和工作，需要安全舒适的载人环境，同时要保持载人环境，需要地面补给。我们地面如果给载人航天器大量补给，会消耗很多资源，我们怎么样想办法，能在天上让我们载人环境当中一些资源可以再利用，这样就可以大大降低我们发射所需要的成本。
航天员在天上锻炼出的汗，可作为冷凝水收集起来，处理成再生水再喝；航天员排出的尿液，可处理成再生水，用于电解制氧，这制成的氧气可以排散到舱里，航天员可以呼吸的时候使用，排出的氢气，可以跟收集的二氧化碳，还可以再还原。这样实现在密封舱内，一个小环境情况下资源再利用，特别是水资源再利用，这样可大大降低运营补给成本。
还有项关键技术是机械臂，机械臂是航天员出舱、科学实验设备的照料、舱段的转位等所用到的智能装置，它要覆盖空间站外表面。
如果要覆盖这个外表面，需要多大的机械臂？得60~70米长。不说设计研制难度，就是设计研制出来以后也带不上去。我们设计师采用仿生原理，模仿一种昆虫，头可以变尾，尾可以变头，可以在空间站上自主爬行。这样的话，我们就用10米臂长的一个机械臂，可以设置几个脚印，让它能够爬遍空间站外表面。这样我们就解决空间站外表面机械臂的覆盖问题，这样的例子还很多。
空间站是要打造成一个长期在轨、稳定飞行的国家太空实验室，它要实现长期稳定运行，要有高可靠的设计、高安全性的设计，还要有维修性的设计。维修性是设计出来的，而不是说你想修的时候就能修。在设计之初，就要把可维修性的设计体现到我们系统设计中。我们要把维修性设计与可靠性设计、安全性设计结合起来，这样通过航天员可以进行在轨维修维护，实现空间站长期在轨稳定运行，为科学实验创造有利条件。
说起为科学实验创造条件，我们还要设计，尽可能降低空间站平台所消耗的能源、体积、重量、信息资源。
比如我们在重量分配上，尽可能压低空间站平台所占用的资源，让更多重量去支持我们科学实验。我们功耗在天上，我们电源、功率有限，尽可能要压缩空间站平台功率，去最大限度支持空间科学实验用电。我们天地间的数据通信，也是尽可能压低平台所需要传送的带宽和速率，把宽带用在科学实验数据传输上。
我们在空间站当中的设计理念，是尽可能提高效率，提高科学实验在整个空间站资源当中的占比，由此提高空间站对科学实验的支持能力，降低运营成本。
这些关键技术突破后，我们要把涉及到的多学科设备要组装到一起，组装成一个一个舱段，然后经过严格的测试、试验。
空间站一共有三个舱段，分别是天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱，每个舱段的吨位都是将近23吨，尺寸都在17米左右，还有最大直径也在4米2，这么大尺寸的舱段，如何在天上像搭积木一样组装建造起来？空间站的多舱段组装建造就是难点。
我们要把空间站三个舱段，分别由长征5号B运载火箭分别发射入轨，然后像搭积木一样一个一个组装在一起，组装的过程还要实现1+1=1，1+N还要等于1，这是什么意思？
也就是说以空间站天和核心舱为核心控制大脑，每发射一个实验舱对接完成以后，整个组合体的管理就由天和核心舱来负责控制和管理，再上来一个实验舱也是这样。所以天和核心舱是整个空间站在轨组合体的控制和运营管理大脑，这样的搭积木要最终实现1+N还是等于1，什么时候都要有一个大脑来统一控制和管理整个组合体。那么空间站的三舱组装建造完成以后，还可以进行扩展。
我们掌握原则是，开始进行的组装建造规模适度，但是留有发展空间，也就是可扩展，还可以扩展到六个舱，最大吨位可以达到180吨。也就是说，现在空间站的三舱，再加上天舟货运飞船、神舟载人飞船，将达到百吨级。未来空间站的舱段还可以扩展，最大可以扩展到180吨。
今后发展，以空间站组合体为太空母港，可以有N多航天器跟随这个母港进行伴飞。比如我们大型巡天望远镜，就可以跟着空间站进行伴飞。平日里，在做科学实验时，在巡天的时候，可以独立飞行、运行，但需要维修、补给燃料时，可以自主对接空间站，由空间站机械臂进行照料，由空间站里航天员出舱后，可以进行维修维护，有空间站还可以给它进行补加推进剂。
完成维护、补加后，这个伴飞舱可以分开单独继续飞行，就形成以空间站为主体的太空母港，可以有多个不同种类、不同领域、不同用途的航天器伴飞，由此形成具有中国特色的空间站方案。
建造空间站，建成国家太空实验室，是实现中国载人航天工程三步走战略的重要目标，是建设科技强国、航天强国的重要引领性工程。
回首30年来的飞天路，我认为30年中国载人航天成功归功于两大制胜法宝。
一是*国体举**制。在*党**的坚强领导下，载人航天事业取得辉煌成就，这要归功于我们*党**的坚强领导，坚持社会主义集中力量办大事的新型*国体举**制，是中国载人航天事业发展的制胜法宝。立项实施30年的中国载人航天工程，是发挥新型*国体举**制优势，体现科技自立自强，强调人才培养的典型领域。特别是*党**的*八大十**以来，载人航天工程实现跨越式发展，10年来密集突破一系列关键技术，正在由航天大国向航天强国迈进。
二是两弹一星精神与载人航天精神。我们老一代航天人，在非常艰苦条件下，放弃国外优厚待遇，毅然返回祖国，参加我们国防工业建设，他们热爱祖国的情怀值得我们永远学习。
让我特别感动的是，老一代航天人在条件艰苦的情况下，抱着航天报国的满腔热忱，做惊天动地事，做隐姓埋名人，这样的科学家精神一直激励着我们一代代航天人接续奋斗。
载人航天工程尤其注重精神引领与传承，两弹一星精神与载人航天精神是事业成功的根与魂，只有大力弘扬两弹一星精神与载人航天精神，扎实推进重大技术创新、自主创新，才能行稳致远，实现由航天大国到航天强国跨越。
面向未来，*党**的二十大报告中强调：必须坚持科技是第一生产力，人才是第一资源，创新是第一动力。深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，这一高屋建瓴的论断是具有系统性、全局性的战略部署。科技支撑、人才保障、创新驱动，三者有机统一、相辅相成、密不可分，科技变革体现创新的引领作用，雄厚的人才队伍是高质量发展的关键所在。
载人航天工程，也是人才培养体系建设的30年，是中国提出并加紧推进人才强国战略的30年。通过载人航天重大工程牵引，我们载人航天队伍从神舟五号任务以后，就完成新老交替，队伍至今保持在平均年龄35岁以下。
目前，我们正在执行中国载人航天工程三步走战略中的第三步，空间站的组装建造任务。
梦天实验舱与在轨的天和核心舱、问天实验舱、天舟四号货运飞船、神舟十四号载人飞船的组合体进行对接，完成空间站T字型的构型建造，之后还将发射天舟五号货运飞船，还将发射神舟十五号载人飞船，将3名航天员发射入轨，与空间站组合体进行对接。
届时中国空间站将会有6名航天员同时在空间站工作与生活。最后是神舟十四号航天员，乘坐神舟十四号载人飞船安全返回地面。我们要精心组织、精心准备、精心实施，确保空间站组装建造任务圆满完成。
在空间站应用与发展阶段，要打造国家太空实验室，开展航天员长期驻留，大规模的空间科学实验、空间站的平台维护等工作，服务于国家战略需求，服务于国民经济主战场。充分发挥科学价值、经济价值、社会价值。
*党**的二十大明确从现在起，中心任务就是团结带领全国各族人民，全面建成社会主义现代化强国，实现第二个百年奋斗目标，以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴。
筑梦太空，任重道远。踏上新征程，实现高水平科技自立自强，需要从更高水平、更深层次、更广范围推进。我们要牢记嘱托，以国为重、创新引领、脚踏实地，为实现中国航天科技高水平自立自强再立新功。
中国空间站要打造成国家级太空实验室，开展大规模空间科学实验。可以开展多学科的科学实验，涉及到能源、信息、生物、生命科学、空间科学、地球科学等多领域。
中国空间站是开放的平台。中国载人航天工程办公室通过联合国外空司，向国际社会发出邀请，我们中国空间站欢迎各国科学家，到中国空间站开展科学试验。目前为止，按照预定的程序进行科学实验项目的遴选、评审。现在据我掌握的数据是，通过联合国外空司平台，目前有17个国家的项目入选，我们将为这些科学实验创造良好的在轨试验条件。
我们中国空间站是国家级太空实验室，同时也是开放的平台，它将为和平利用空间、开发空间资源，为人类共同福祉服务。我们愿同世界各国科学家一起，在中国空间站这个平台上，开展多项科学实验，共同开发空间资源，和平利用太空，为人类科技进步做出贡献。
逐渐睁开的中国天眼FAST
演讲人：中国天眼FAST总工程师 姜鹏
时间：2022年11月6日
字数：5,178
观众朋友们大家好，欢迎来到腾讯科学WE大会，我是国家天文台的姜鹏研究员，今天给大家带来的是中国天眼的故事。
今天我给大家介绍中国天眼的一些基本情况，它还有另一个名字叫“500米口径球面射电望远镜”，简称FAST。之所以叫射电望远镜，因为它就是在射电这个大气透明的窗口观测我们宇宙。
射电窗口的发现源于非常偶然事件。1931年，贝尔实验室委派卡尔央斯基工程师，研究干扰有线电话的来源是什么。他建造了一台长30多米、高不到4米的天线，这台天线20分钟可以转一圈，无意中监测到一个（恒星日23小时56分）24小时周期的干扰源。
在1933年的一个听证会上，有人指出干扰来源可能是非地球起源，由此以光学为传统的天文学打开一扇新的窗口，就是射电天文这个波段的窗口，也叫无线电波段窗口。这个窗口的发现，到今天大概有90年历史，为我们贡献很多影响人类对宇宙认知的重大科学发现，首当其冲是脉冲星。
这是乔瑟琳贝尔在研究生时期与他导师合作，做了一个2000个阵子天线。这个天线更多用途是想发现更多类星体，但无意中发现一个1.337秒周期的脉冲信号，发出这种信号的天体后来称为脉冲星。
脉冲星被认证为恒星死亡的产物，就是中子星，证实了朗道30多年前的预言，也就是中子星的存在。也为我们认识恒星演化和发展规律，提供非常有价值的线索，因此这项工作也获得1974年诺贝尔奖。
另一个不得不提及的重要发现，就是宇宙微波背景辐射。彭齐亚斯、威尔逊两个工程师，做了一个号角式天线，本来是想测试卫星数据下行速率问题，但无意中发现，不管把天线指向任何方向，都有三k左右噪声无法消除。事后证明，这三k左右噪声是宇宙大爆炸时期发射出的电磁波，经过红移与冷却，被我们现在以更长波段、更低温度接收到。这个也是宇宙大爆炸模型非常有利的一块拼图，这项工作获得1978年诺贝尔奖。
这些科学产出的背后，是大射电望远镜激烈竞争。从1937年雷伯造的第一台19.47米望镜后，这个竞争就开始，包括1957年英国做了76米望远镜。澳大利亚1961年在世界南半球，造了第一台64米大型望远镜，一直到1972年德国人把工程极限扩展到100米，这个极限一直维持到今天。
半个世纪左右时间，都是难以突破的工程极限，也就是百米工程极限，核心原因是受风载和自重等因素限制，传统望远镜工作模式，很难突破工程极限。
科学家与工程师们一直做着各种尝试，突破这个极限，其中一个非常有趣的例子是美国俄亥俄州做的一台大耳朵射电望远镜，形状很像人的一对耳朵而得名，是二次反射的望远镜，采用全新的设计理念，在一个方向上突破百米工程极限。
但也因为它的设计理念，只能在一个维度方向上运动，限制了在科学上想象力，没有产出能让世人铭记的科学成果，这是稍微有遗憾的地方。
另外一个不得不提及的是美国阿雷西博望远镜，是巨大的305米口径的球面反射望远镜。这台望远镜1963年投入使用，到2020年退出服役，在服役的57年里，为我们贡献了一系列重要科学发现。
它第一次精确测量水星自转周期，第一次给出金星神秘面貌，一个雷达的天文图像，包括发现第一个太阳系外的系外行星。尤其是在1993年，通过两颗脉冲星的相互绕转周期衰减的过程，间接证明引力波存在，获得当时诺贝尔奖。在它服役的57年里，超过半个世纪，一直作为望远镜波段霸主性存在，是一个统治者。结束它统治者地位的，就是今天我们要介绍的中国天眼FAST。
这是全新的设计理念，它用近万根钢索，编制成500米口径的索网，挂在环梁上，索网有2,000多根下拉锁，还包括触动器，可以控制反射面变形。在它局部区域形成300米的抛物面，上面有多套索驱动，可以控制一个30多吨的馈源舱，能在140米高空、206米尺度范围运动，把接收机控制到焦点的位置上进行信号收集。这是一架极其复杂的望远镜系统，而且工作理念跟传统望远镜完全不同。
2011年3月份随着一声炮响，FAST开工建设，意味着FAST进入工程实施阶段，对于我们团队来讲，这是标志性里程碑意义的场景。
这项工程可总结出几个特点，具有超大型结构工程的体量，相对于鸟巢等，都是数倍工程体量的存在；同时又是天文望远镜，对精度要求极高，是传统工程无法比拟。巨大的工程体量、超高的精度要求这一对矛盾体，是整个FAST建设阶段核心的技术难点。
同时我们要面临的，还有贵州中卡斯特复杂地形与地貌特征，大型设备没法进场。对于中国来讲，建造技术是中国工业领域的优势项目，但面对FAST这种特殊需求，甚至特殊环境来讲，依然捉襟见肘。
我们几乎所有的施工技术，都是专门为FAST设计，包括圈梁安装方案、馈源塔安装方案、索网安装方案等，这些施工方案有些已形成国家工法，在施工技术领域也是最顶级的荣誉。
另外不得不提及的，就是差点让FAST毁于一旦的索疲劳问题。刚才提到索网要在球面和抛物面之间频繁变化，这就导致钢索要长期承受500兆帕应力幅的疲劳载荷，这是在全世界范围内从未被实现过的钢索疲劳性能。
我们进行建国以来，最大规模的一次钢索疲劳实验研制工作，经历近百次失败，全方位改进索体工艺，终于研制出FAST成品索结构，这项工作也是FAST得以顺利推进的基础性的工作。
到调试阶段，我们面临的技术挑战一点也不亚于建设阶段难度，因为FAST工作模式跟传统望远镜完全不同。你可以看到它下面是可以变形的500米口径索网，上面是600米跨度的索驱动，这两套系统之间不像传统望远镜有刚性连接，它们之间没有任何刚性连接，所以它是两套完全独立的大跨度柔性控制系统。
要在公里级尺度上实现毫米级动态控制精度，而且要在贵州多雨多雾环境下实现全天候运行能力，它对我们传统望远镜测控技术提出极大挑战。
首先第一件事，我们要保证望远镜安全运行。它下面是500米口径索网和2,000多台促动器组成的复杂耦合性控制系统，牵一发动全身。馈源舱要在140米高空206米的范围运动，而且要通过6根绳子来控制，万一出一次问题都是致命打击。所以我们采集系统的一系列安全储备的技术，包括基于力学仿真的安全评估系统，包括由馈源支撑控制的严谨周密的安全运行逻辑等，保证整个望远镜安全平稳运行。
下一步就是我们如何实现望远镜精准控制。只举一个例子，我们采用的多系统数据融合测量技术。单一测量手段很难满足FAST所有需求，我们采用卫星导航定位、惯性组件、包括激光传站仪等多种测量手段，再利用数据融合的方法，将不同技术手段实现优势互补；一方面提升精度，另一方面提升整个系统耐气候能力，这样才可以保证望远镜在高精度运行同时，还能应对贵州复杂的气候条件，保证望远镜好用可靠。
正是在这些专项技术创新支持下，FAST终于实现世界上最灵敏的射电望远镜，FAST灵敏度相当于阿雷西博2.5~3倍，结束了阿雷西博望远镜长达50多年/半个世纪统治历史。同时相比其他百米级望远镜，我们提升了一个数量级。
FAST建成与使用，把人类视野大大向前拓展一步。拓展的视野让我们看到什么，取得哪些重要科学成果？今天我给大家介绍一下。
首先是快速射电暴。快速射电暴是2007年发现的新天文现象，它在毫秒的爆发尺度（时标）里，爆发出太阳数天甚至1整年能量，它的物理起源、包括爆发机制一直是未解之谜。
FAST高灵敏的探测，清晰测到它的电磁波偏振角变化，这就证明致密的磁层结构，在它的爆发过程中起到主导作用，预示着磁星可能是此类天体主要来源之一，为它的物理起源给出非常好的启示。
近期又对一个快速射电暴重复进行长时间监测，得到世界最大样本的偏振测量信息，我们利用光学测量手段证实宿主星系位置。通过这次测量，我们第一次对快速射电暴起源的空间物理环境进行精确测量，对它爆发力物理机制等产生比较重要成果。
另一个成果是星系介质恒星形成方面研究成果。图片左上角这片区域，是冷暗云核，全世界天文学家都认为它马上就要形成恒星，但在恒星形成过程中，磁场到底扮演什么样作用，却是争论已久科学问题。
这次测量，我们利用中性氢窄线自吸收方法，第一次高置信度测到塞曼效应，也就是测到磁场分布。这次磁场分布的测量结果，直接为争论已久的科学问题给出很好的实测结果、实测论断、实测证据。
前面提到的脉冲星，也有非常有趣的科学成果。我们对一颗超新星遗迹中脉冲星，利用星际闪烁效应，包括偏振测量，第一次实现三维速度方向、速度矢量的测量，这个有趣的结果也被Nature子刊接收发表。
目前FAST在普线探测方面也取得比较丰富成果。比如，在距离银河系中心22kpc地方，发现长达5kpc的中性氢纤维状结构，这可能是我们迄今为止发现距离银河系中心最远，尺度长度最大的中性氢纤维结构。有科学家认为它有可能是银河系另外一条旋臂。这提示我们，即便我们银河系，也有很多玄妙问题等待我们去探测与解决。
在星系形成过程中，气体吸积过程到底对这个恒星、对星系形成和演化过程，包括它维持起到什么样作用，是科学界争论已久的问题。我们对M106邻近星系进行探测，找到一个超长的气体吸积流，这是第一次探测到实证案例，对我们理解星系形成与演化过程有着非常重要和深远影响。
我们现在所有发现脉冲星总数已超过660颗，它是全世界脉冲星发现效率最高的射电望远镜，并已经产生一系列具有国际影响力科学成果，包括我们在2020年入选了Nature和Science评选的十大突破与发现，2021年两院院士评选的十大科学进展等都有FAST成果在列。
除了以上丰硕成果，FAST是不是还有可能带给我们惊喜，肯定是我们还有期待已久的东西。如果是真有这样惊喜的话，我们心满意足。我们已发现660颗脉冲星，但这660颗脉冲星到底有没有我们期待的脉冲星黑洞双星系统，这是非常有趣的问题。当然这需要大量后续观测，还有后续数据分析处理，才有可能有结论。
但是一旦有这样双星存在，我们人类就可以第一次精确测量黑洞视界面附近时空，可以在更极端的引力场条件下检验爱因斯坦相对论正确性，我们甚至有些不怀好意希望爱因斯坦相对论有瑕疵存在。这样双星系统应该是检验瑕疵最有力工具，同时脉冲星是我们宇宙中已知的最精准时钟。
FAST的超高灵敏度可以把脉冲星测试精度提高到现有水平的5~50倍，使得脉冲星计时精度有可能在全世界范围内，首次跨入到30纳秒水平。30纳秒水平意味着工程应用，它不仅是科研研究。
在工业体系里，时间扮演着极其重要角色，现在几乎所有物理量的测量都在向时间这个参数进行递归。我们完全可以依照脉冲星测时，建立一套自主可控，包括完全独立的时间精准体系，这是区别原子时的另外一套介质系统。
我们现在原子时已显得独孤求败，它本身是不是正确，我们没有办法再去理解。而这套系统完全有可能在更长时间尺度内检验原子时正确性，提供另外一种校准手段。
同时利用脉冲星测时，我们有可能打开另外一扇窗口，就是纳赫兹引力波窗口。产生纳赫兹引力波窗口，一定是两个星系巨大黑洞碰撞产生的结果。可以说我们天文学已进入多波段、多信使观测阶段，从某种意义来讲这扇窗口打开，对我们理解宇宙演化规律，有极其重要的意义。
FAST在雷达天文应用方面，也具有它重要意义。比如它如果精密配合，有可能让人类首次具有毫米级碎片的探测能力。
我们可以看到一些小天体的雷达成像图像，包括小天体行星的物质成分等。甚至在天体威胁观测方面，它也是有利手段。近地天体已被认为是我们人类文明最大威胁者，如果用射电天文手段来讲，它对解析轨道有非常大、强有力的支撑，对我们筛选这些威胁天体是非常有利的手段，它完全可以作为我们人类文明的安全卫士。
我们还想发现更奇特一些的脉冲星。比如我们能不能找到第一颗银河系之外脉冲星。因为我们都知道脉冲星是恒星死亡的产物，银河系的恒星死亡会有脉冲星，按理说河外星系的恒星死亡也有脉冲星，但我们至今还没找到一颗河外的射电脉冲星。如果我们能找到一颗，它的样本就会更加完备。
我们是不是能找到一个自转周期更快的脉冲星，比如亚毫秒的脉冲星，有可能组成脉冲星的物质成分就不再是中子物质，而是其他物质，这对脉冲星物态来讲又是挑战。所以这些成果对我们来说非常期待，也非常渴望，也是世界物理学界前沿最渴望解决的基本问题。
FAST现在是世界上最大望远镜，也是灵敏度最高望远镜，但是它的霸主地位早晚有一天被终结，终结它的会是什么，我们未来要怎么样再继续把它视野往前拓展，这是我们要面临的问题。
1974年诺贝尔奖获得者赖尔马丁就已给出一个方向性解答，就是综合孔径成像技术，利用一群望远镜组成阵列，可以增加望远镜灵敏度与分辨力。但如何组阵变成具有争议话题，现在大概有两种方案，一种是许许多多小望远镜组成阵列，另外一种是少量几个单体大望远镜。
一群小望远镜组成阵列，就是现在演化出平方公里阵，也叫SKA。另外几个大天线单独组阵，就是我们现在国内推起的FASTA，也叫FAST阵列。
这两种方案，不管是从它性能上，从它科学目标上，甚至建设的难点等问题，侧重点都有所不同，所以争论了几十年的话题，未来会存在着很大不确定性。
另外一种意义讲，还有一种可能性，我们是否有可能找到更大洼地，再建800米或1公里的FAST，这也是有可能，同样可以把人类视野再往前拓展一步。尽管未来存在很多不确定性，也存在巨大争议，但是依然阻止不了下一代观天巨眼到来。让我们期待，也许它正在向我们走来。
开启韦布空间望远镜的月光宝盒
演讲人：韦布空间望远镜高级科学家 约翰·马瑟John C. Mather
时间：2022年11月6日
字数：4,451
欢迎来到腾讯科学WE大会，今天我演讲主题是詹姆斯·韦布空间望远镜。它是由美国国家航天局NASA主导，并与欧洲、加拿大太空研究机构联合开展的国际合作项目。
我们来看主镜照片，是黄金涂层的巨大六边形，直径6.5米，作用是收集遥远宇宙发出的光；同时配有网球场面积大小的遮阳板，体积比运载火箭大得多，我们必须将它折叠起来以便于发射。
韦布望远镜项目历时20多年，共有2万多人参与，今天介绍包括项目初衷、望远镜本身以及是工作。
这是一张宇宙早期照片，一张宇宙微波背景辐射图，显示宇宙各方向发出的毫米波，图片中有大爆炸辐射产生的许多冷热点，这张图对我们来说非常重要。
这是宇宙诞生后大约40万年时的样子，如果能读懂它，我们就能推测出星系会如何演变。当史蒂芬·霍金看到这张图时，他将其称为二十世纪最重大的科学发现，因为它解释了宇宙的历史。在这之后我们又开展许多工作，我们通过哈勃望远镜和其它天文设备拍摄了很多照片，以验证我们判断是否正确。
哈勃望远镜1990年发射，至今依然运转良好，期间五次将宇航员送入太空对其进行维修与升级。哈勃望远镜拍摄了许多照片，但还是不足以完全满足我们期望。
我们希望看到来自于宇宙大爆炸物质的最早期星系，但哈勃做不到，哈勃无法看到足够古老、足够遥远的宇宙。天文学家们写了一本书并说到，请为我们建造更大更强，能够收集最遥远的宇宙发出红外线的望远镜。
下面我来介绍一下我们的工作，以及韦布望远镜如何运转。
韦布望远镜2021年12月25日在法属圭亚那群岛，由阿丽亚娜5型火箭发射升空，发射圆满成功并进入预定位置，韦布预期工作寿命20年。这就是韦布望远镜的预定位置，也就是拉格朗日L2点，距地球150万公里。
午夜时（夜里12点前后），拉格朗日L2点就在我们头顶，它正好处于地球另外一侧与太阳相对，这是望远镜绝佳工作位置。我们可以方便与它联系，巨大的遮阳板可阻挡太阳、地球、月球的热能。
这是韦布望远镜在外太空完全展开后的样子，发射时以折叠方式放置在阿丽亚娜火箭顶部，因为火箭内部直径只有5米，韦布望远镜在进入预定位置后自行展开。首先展开的是用于获取电能的太阳能电池板，然后是用于与地面联系的天线，然后是用于辐射热能的遮阳板。
我们将韦布望远镜与航天器分离来降低它温度，然后打开遮阳板上方盖子，这看起来很难，也确实如此。我们发明了10项新的技术来实现这些功能，我们要研究如何制作镜面，如何在太空中完成对焦，如何用塑料制作遮阳板。在此之前，我们对此一无所知，但现在全部实现，如果我们想建造更强大的望远镜，现在也可以做到。
最后就是展开望远镜本身，但完全展开并不意味着望远镜可以开始工作，因为此时望远镜温度依然不低，尚未完成对焦，我们花了6个月时间完成调试。
2022年7月韦布望远镜开始正式工作，我们希望通过韦布望远镜研究4大课题。
1、宇宙大爆炸后发生了什么？大爆炸物质中没有发光物体？现在宇宙中有无数恒星与星系，它们是何时形成的？天文学家将这一时期称为宇宙黑暗时期，这是我们研究的第一个问题。
2、星系如何产生？我们所在银河系有大约1,000亿颗围绕中心运行的恒星，它们通过引力组成整个银河系，这是如何发生的？我们认为银河系是无数小的物质通过引力融合形成，事实是否确实如此？我们可以通过观察更古老的星系刚刚诞生时样子来得出结论。
3、恒星如何产生？现在仍然有恒星正在形成，恒星是如何产生，我们无法看得非常清楚，因为恒星是在气体尘埃云的内部产生，望远镜看不到，但红外线可以穿透尘埃云，我们可以收集红外线来确定是否有新恒星正在产生。
4、对行星进行研究。我们知道大多数恒星都有行星，大多数恒星都有多颗行星，但至今我们尚未发现任何和太阳系类似的恒星系统，因为太阳系有4颗岩态行星和4颗气态行星，这是巨大的谜团。宇宙中是否还有像地球一样具有大气层，并适合生命存在的行星？我们不知道。
这是我们2022年7月11日发布的第一批照片之一，这张照片中有几千个星系，但这片星空对于整个宇宙大小，就相当于伸直手臂时手中一粒沙子，沧海一粟。
如果我们拍摄一张完整的宇宙照片，其中会有几十万亿个星系。这张照片中有许多模糊的小天体，它们实际上是距离我们很近的星系，还有一些非常小的亮点，是最遥远的星系。我们希望通过研究这些照片来帮助了解银河系历史。照片中央那个最大的蓝色放射状天体，是距离相近的许多年轻星系组成的星系群，它们距离地球只有约40亿年，有着极大的质量和引力，以至于能够让周围光发生弯曲。
爱因斯坦相对论指出，足够大的引力可使光发生弯曲，这张照片就是最好证明。一些星系已呈弯曲状，还有一些星系呈现出其它奇怪形状。我们可以通过自然给予的这些视角，来研究更遥远的宇宙。这张照片中有几千个星系，我们希望有更多了解。
首先我们来看两条小弧线，看起来它们像是某个被扭曲的遥远星系。这两条弧线有着相同光谱，也就是说它们是同一个天体。光谱是由各种颜色的光组成，不同颜色代表星系中存在不同分子或原子，这两条弧线的光谱一模一样，因此可以确定它们是来自同一个天体。我们还可更详细了解那些最暗的星体，这是目前我们观测最早期宇宙的最佳方法，也就是找到照片中那些最模糊的红色星体，逐一观察并绘制光谱，通过光谱确定那里存在化学组成。
我们从这张照片中发现一颗131亿岁（也就是距地球131亿光年）的星体，也就是宇宙膨胀开始后仅7亿年左右诞生的星体，最终我们确定这个星体上有氢气和氧气，这是我们非常期待的结果。
但我们知道大爆炸物质中并没有氧气，因此即使我们已经看到距离如此遥远的星体，我们还是没找到由大爆炸物质直接产生的原初星系，原初星系应该仅仅是由大爆炸的氢气和氦气形成的。
我们可以观察那些星系中存在的其它物质，这个星系有氖和其它一些化学物质，包括氢和氧。这只是对遥远星系进行化学分析的开始。
我们还拍摄了一颗距离近得多的星系群，由5个星系组成的“斯蒂芬五重星系”，其中4个星系相互作用，另一个星系，即左边那个星系距离我们近得多。照片中可以看到一颗颗红色的恒星，中间两个星系正在发生碰撞和融合。
每个星系周围都有一团红色的云，在那里由于碰撞被压缩的气体正在形成新的恒星。
可以看到最上方星系中央有一个黑洞。黑洞是什么？黑洞是引力极大的地方，包括光在内的任何物质都无法逃脱它的引力。我们是如何确定那里有黑洞？因为我们看到有物质正在陷进去，物质陷入黑洞时会被压缩，并加热到几十万摄氏度。我们观察到这样的现象并希望分析它的过程，现在我们可以做到这一点。
我们还有另一种对光进行区分的方法，我可以对照片中每一个星体绘制光谱，并确定哪里有铁原子、氢分子、氢原子等。每个星系形状各异，我们也已开始研究黑洞是如何吸引周围物体，以及物体如何围绕黑洞运行，我们还可以研究波长更长的光。
我们看到黑洞附近有沙粒，在天文学中我们将其称为硅酸盐，这种物质就像海边沙子一样，但不是同类的物质。这对天文学家来说很重要，这些沙粒尘埃云可以产生新的恒星。黑洞周围就有这样物质，我们想了解整个过程。
我们再来看一张美丽的照片，它证明星系间会发生碰撞。可以看到那个较小星系直接撞击了较大星系中心，有物质从星系中心向外运动，中心周围的红色、蓝色圆环中正在诞生新行星。这张照片很美，作为科学家我们想知道这是如何发生。
这是一张典型的经过处理的照片，哈勃望远镜拍摄的这个星系实际的样子并不是照片这样。经过处理，它看起来像一块海绵，星系中有很多巨大的孔洞，这些孔洞源自于恒星表面物质向外散发，恒星发出的光会受到压强作用，推开并加热周围物质，因此我们可以看到星系中明亮的恒星正在制造孔洞。
这是另一张照片，它是船底座星云。恒星正在星云内部形成，有些已经形成。照片上半部分满是明亮的恒星，有蓝色，有黄色。
针状的六边形物体就是恒星，异常明亮，使得尘埃云表面发生蒸发，可以看到蓝色针状物质从尘埃云中散发开来。尘埃云内部，是数百颗新的恒星。我们想知道恒星如何诞生。我们相信每颗恒星都有行星围绕其运行，我们可以通过船底座星云研究恒星及其行星的形成。
我们也可以观察恒星在生命末期会发生什么，大多数情况下恒星会发生剧烈爆炸，我们称为超新星现象。这是一种更温和方式，这颗恒星产生出类似行星的物体，但实际上并不是行星，而是这颗类似于太阳的恒星散发出的物质云，当太阳到达生命末期时也会发生这样的现象。
这张照片也很美，我们需要了解其中的奥秘。右边的照片中有两颗恒星，左边那颗恒星正在散发出物质，右边那颗恒星在未来某个时间也会发生同样的现象。
这是木星的照片，我们把木星称为行星之王，我们想知道木星是如何运行。木星又称为大红斑的永久风暴，在红外照片中可以看到大红斑仍然存在，并且周围有令人着迷的卫星，我们对木卫二尤其感兴趣，因为我们已经对它有很多了解。
我将在下张照片中展示木卫二（木星的卫星之一），这是伽利略号探测器拍摄的木卫二照片。诸多照片显示，木卫二地表由冰层覆盖，冰块间有裂缝，裂缝中有来自地表以下的海洋流出的棕色物质。
我们想知道棕色物质构成，以及地下海洋是否存在有机物。我们正计划发射一颗NASA的探测器穿过那里水蒸气，从而确定是否存在有机分子。我们会通过哈勃望远镜进行观测，确定那里物质构成，以及何时发射探测器。
我们也会观测土卫六（土星的卫星之一），土星体积巨大、有大气层，大气层足够支撑一个探测器。我们将会发射一颗形似直升机的探测器观测土星表面，我们也会通过韦布望远镜拍摄土星和土卫六，观察遥远的冥王星上气候变化，以及观察我们已知的一些具有行星的恒星。
我们观测方式有两种：一种方式就是拍摄照片；另一种方式是当行星运行到恒星前方时进行观察（此时行星会阻挡恒星一部分光）。当行星阻挡恒星一部分光时，我们可以确定行星就在那里，并且能判断行星相对恒星大小。
我们还可通过望远镜观测恒星发出的穿过行星大气层的光，从而分析行星的大气层中是否有分子、尘埃、云或其它物质存在迹象。
我们已经在通过韦布望远镜进行此类观测，我们也拍摄了一张照片验证这种方法的可行性。我们知道那里可能有行星，照片也证实我们判断，照片显示那颗木星大小的巨大行星大气层中有水蒸气，它就在类似太阳的一颗恒星的不远处，这证明这种方法可行。
不久后，我们会开始对质量更小恒星的更小行星进行观测，确定它们是否也像地球围绕太阳那样围绕某颗质量较小的恒星运行，年内我们就能确定是否存在和地球大小相当的具有大气层的行星。
每一位天文学家都可以参与我们项目，都可以获取我们文档和数据。如果你希望通过韦布望远镜进行观测，你可以向我们发送提案，提案征集工作截止2023年1月，你可以在我们官网查找关于如何书写提案的文字和视频指导。
对收到的每一份提案，我们是不知道发送人或发送地，因为我们采取的是双向匿名方式。你可以在任何地方向我们提交议案。如果你想法很好，我们会选择你的提案，并向你发送观测数据。
我们欢迎天文学家与大众参与进来，对韦布望远镜照片和数据进行分析，我们也有专门社交媒体账号，欢迎大家关注并提问。
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