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图为位于美国夏威夷大岛海拔4213米的莫纳克亚山顶的天文观测台，TMT项目将在此落户。
本报记者 牛瑞飞摄
1609年，伽利略用风琴管作镜筒，两端嵌入凸透镜和凹透镜，制成一架口径4厘米的望远镜，由此成为人类历史上把望远镜对准茫茫太空的第一人，并推动了人类认识宇宙的第一次飞跃。
400多年后，由美国、加拿大、日本、印度及中国等积极参与的TMT天文科研项目，将把光学望远镜的口径提升至30米，并有望成为人类认识宇宙的又一次飞跃中的重要工具。
引用一位中国天文学家的比喻：TMT项目就像一场天文科研的国际盛宴，即将举全球之力配餐，终将让人类共享成果。
“两暗一黑三起源”
探索宇宙奥秘的好奇心是天文学发展的源泉。16至17世纪，人类认识宇宙发生了第一次飞跃，天文学取得了划时代的进展：哥白尼日心说的提出、望远镜的发明以及牛顿力学的创立，促进了自然科学的革命，推动了数学和力学的发展。20世纪中叶以来，随着射电、光学和空间天文观测技术的突飞猛进，天文学特别是天体物理学发生了革命性变革。
天文学的革命，从天文望远镜开始。人类不断地研制新设备，观测更多、更远、更暗的天体和天体中更精细的结构，以了解宇宙和天体的发生和发展规律。
望远镜口径从小到大、从可见光到全电磁波段、从地面到空间，每一次突破都导致天文学的重大发现和人类对宇宙认识的飞跃。
据中国科学院国家天文台台长严俊介绍，本世纪全球天文学挑战性的基本科学问题概括为“两暗一黑三起源”：两暗，即暗能量、暗物质；一黑，即黑洞；三起源，即宇宙起源、天体起源、生命起源。
为解决“两暗、一黑、三起源”问题，近十多年来国际上一系列大型的先进设备相继投入使用，包括口径10米级的光学望远镜、口径2.4米的哈勃空间望远镜、高灵敏和高空间分辨率的空间紫外、红外、X射线和γ射线望远镜、地面和空间长基线射电望远镜等。
由于大口径是高空间分辨率和大的集光能力的基本条件，为获得更高的分辨率，能观测更加暗弱遥远的天体，以解决最前沿的科学问题，建造极大口径巨型光学—红外望远镜项目已成为国际天文学界的共识。
目前全世界提出了多个巨型望远镜计划。这些巨型望远镜的特点是：口径20至50米；主镜由子镜拼接而成；观测波段从近紫外到中红外；有自适应光学系统，在近红外区达到衍射极限。
这些方案中，有3个正在设计和研发，有的已进入建设准备阶段，即美国的巨型麦哲伦望远镜（Giant Magellan Telescope,简称GMT）、TMT和欧洲巨型望远镜（European Extremely Large Telescope，简称E—ELT）。
天文学家计划于2020年前后，分别把TMT（30米口径），GMT（24.5米口径）和ELT（口径42米）分别建于地球北半球和南半球，届时，人类天文研究将进入巨型望远镜时代。
呼唤全球合作
三大方案中的TMT项目被不少国际科研机构看好。TMT由美国和加拿大发起，通过创新模式设计、建造和运行的一座地基巨型光学—红外天文台计划，其核心望远镜，即TMT的主镜面直径为30米，将于2020年建成，安放在国际著名的优良天文台址——美国夏威夷莫纳克亚山顶。
与哈勃空间望远镜相比，TMT的空间分辨率提高1个数量级，探测深度最高可提高4个数量级。其强大的洞察宇宙的能力必将引发天文学研究的飞跃发展，在揭示暗物质和暗能量的本质、探测宇宙第一代天体、理解黑洞的形成与生长、探测太阳系外行星等前沿科学领域必将取得重大突破性进展。
但像TMT这样超大型项目，其巨额的投资、先进的技术、苛刻的观测台址，使得国际合作成为必要条件。
在技术方面，TMT采用主动光学共相拼接镜面、大视场自适应光学以及包括红外探测在内的先进终端设备，使其观测效能达到30米口径衍射极限。TMT项目已经历10多年设计与发展阶段，其研发团队开展了长期的关键技术攻关和优化设计研究。该团队主要包括美国和加拿大56所大学和国立研究机构的446名科研与技术专家，以及29个美欧高技术公司企业。
目前，TMT已进入项目建设准备阶段，计划于2013年开工建设，预计2020年前后建成投入使用，项目投资概算约为14亿美元，其中美国加州大学和加州理工学院已募集投资3亿美元，其他建设和运行经费将来源于美国政府科研资金和国际合作伙伴资金。据介绍，包括中国科学院国家天文台在内，加拿大大学联合会，日本国立天文台和印度科技部等国际科研机构和政府科研管理部门，即将签署一份合作意向，成立TMT项目国际合作董事会，共同筹集资金来研发、建设、运行、管理和使用TMT。
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