4.5 星系的形成和演化.DOC

中国加入TMT国际合作计划科学目标 (/) 草稿 (2010年1月19日)摘要 30米望远镜（TMT）计划是由美国加州理工学院、加州大学和加拿大大学天文研究联盟的国际合作项目。学院 中国天体物理发展战略专家委员会在经过仔细的论证后，推荐加入TMT项目作为中国天文未来发展的最优选择。加入TMT将把中国带入未来数十年天文发展的前沿，通过国际合作，将有益于中国在科学、管理、技术、工业等各方面获得跨越性进步。TMT还将配合中国其它大天文装置（如LAMOST、FAST等），从而充分发挥它们的科学潜力。本文件在广泛征集中国天体物理界专家、学者意见基础之上，列出了中国加入TMT的主要科学目标和具有代表性的观测计划，确定了未来十年中我们需要加强的科学领域，为2018年TMT进入科学观测阶段作好准备。 背景介绍 天文学是一门古老的学科，自从人类诞生以来，好奇心就推动着天文学的发展：宇宙是如何诞生的？地球人类是否宇宙中 中国天文具有丰富而值得骄傲的历史。中华文明保存了世界上最完好的彗星、太阳黑子以及超新星爆发记录。比如，宋朝的文献（公元1054年）提供了蟹状星云超新星爆发最好最准确的时间。400年前伽利略发明了第一台现代望远镜，开启了天文观测的新纪元；而正是在这过去的几百年间，中国天文逐渐落后于西方世界。 从哥白尼的“日心说”开始，天文学总是处在科学革命的最前沿。随着覆盖了从射电到伽马射线的所有波段的大型望远镜的发展，现代天文学家向我们揭示了一个丰富的宇宙，揭示了宇宙从最小到最大各个尺度上的统一性。在这点上，天文学家为我们理解自然的基本原理做出了很大贡献。近年来的天文巡天表明我们的宇宙大部分被暗物质与暗能量所主宰。这两者的本质成为了天文与物理研究的一个最基本的问题。目前已发现的400多个系外行星系统预示着我们的太阳系也许仅仅是个例外而非行星形成的标准模式。得助于TMT这一利器，我们将有可能探求我们地球人是否宇宙中The US Astronomy and Astrophysics Decadal Survey）将30米巨型拼接镜面望远镜列为最优先发展的项目，计划通过公共与私人分别筹款50%的方式来共同运作完成项目。三十米望远镜的集光能力是目前8-10米级望远镜的十倍，将在天文研究领域取得史无前例的进展。十年规划公布后，三个主流的三十米级望远镜国际合作项目受到广泛关注：即美国的巨型麦哲伦望远镜（GMT）、三十米望远镜（TMT），以及欧洲42米极大望远镜（E-ELT）项目。 目前在三个项目中，TMT在技术设计、资金落实等各方面都更为成熟。TMT的合作单位包括美国加州理工学院、加州大学和加拿大大学天文研究联盟学院重要的研究力量 如前所述，随着各种大科学装置的迅速发展（如LAMOST），中国天文界在过去的十年取得了很大的进步。科研环境在硬件上已经接近了国际先进水平。中国天文学家在理论和观测两方面的研究都覆盖了天文学的多个领域；中国天文学界还拥有一批优秀的研究生以及海外华裔天文学家作为人才储备。然而，迄今为止中国却没有一台世界水平的通用光学-红外望远镜：我们最大的光学望远镜也仅仅是云南丽江的2.4米，这与国际上已有的多台8-10米级望远镜形成鲜明对比。即使是如南非这样的第三世界国家也已经建造了他们自己的10米望远镜。大型现代望远镜的缺乏也严重制约了我们其他大型天文装置（如LAMOST和FAST）的科学潜力。 为此，中国天体物理发展战略专家委员会将加入TMT项目列为中国天文未来发展的最优选择。通过建造4米望远镜LAMOST，中国已经具有了开展大科学工程项目的宝贵经验。然而，要在下一步突破到30米口径，中国仍有极大的困难而不能独立运作。首先，为充分发掘其能力，三十米望远镜要求最好的台址（最好的视宁度、最暗的天空背景光等），而中国尚未发现这样的世界一流台址。其次，很多30米级望远镜的科学目标集中在红外领域（比如高红移宇宙的研究和系外行星系统的探测），而目前我国不具备红外CCD的生产技术。再次，TMT是一个集科学、技术、工程、管理等多项专业技术于一身的综合项目，目前在中国这种运作模式还未发展成熟。最后，建造TMT的巨大预算是任何国家都难以独自承担的，目前所有的30米望远镜项目计划（TMT、GMT和E-ELT）都是大型的国际合作。参与TMT计划，将非常有利于我国科学、技术以及工业的跨越式发展。 它将把中国推进到极大望远镜时代的天文前沿，并将成为中国与国际天文学家合作与竞争的平台。 它将与中国的其它大科学装置如LAMOST和FAST相配合，从而充分发挥其科学潜力。 它将使中国学到先进的光学、机械、电子以及自动控制等多个领域中的关键技术。 参与如此大尺度、高科技的TMT建设，可以提升中国制造的国际显示度。 具有惊人能力的TMT将如同一个巨大的磁石，吸引高水平的海