院士争论12米口径光学红外望远镜方案 百名海内外青年学者发联名信
据澎湃新闻8月10日报道，随着两封针锋相对的公开信，一场关于中国拟建的“12米口径光学红外望远镜”（LOT）的争议从学界蔓延到公众舆论领域。两封公开信，一封来自中国科学院院士、北京大学天文系主任陈建生，一封来自中国科学院院士、南京天文光学技术研究所成员苏定强和崔向群。前者强调“成熟”，后者强调“创新”。
争议围绕“三镜系统”和“四镜系统”展开。8月4日，陈建生率先通过公开信，批评崔向群未经实践的4镜系统 “为创新而创新”、“国外搞3镜系统，我就要搞4镜系统”，强调要尽可能采用国际上最成熟的技术，“国际上已建成的超过10台10米级望远镜，无一不是采用3镜系统”，并应该信任国际专家的建议和帮助。
此外，作为天文学家的陈建生批评搞技术的崔向群和苏定强是将自己技术上的“创新”强加给天文学家，是“技术绑架科学”。
陈建生也评价崔向群负责建造的郭守敬望远镜（LAMOST）“并不是很成功的望远镜，但媒体的夸大宣传，使她自认为她是国际上的大权威。”
中国科学院院士、北京大学天文系主任陈建生
8月6日，苏定强和崔向强同样以公开信的方式“自卫反击”。他们首先强调：“任何一位望远镜光学专家都很清楚：这架12米望远镜在技术难度上无论用4镜系统还是3镜系统都是一样的风险和难度”，“没有特别不成熟的技术”，反问陈建生“为什么这么没有自信？这样不顾一切地反对中国自己的东西？”
苏定强和崔向群在信中多次指出陈建生“知识缺乏”、“小看天文仪器专家”、“特长是打击别人”。此外，他们指出国家天文台副台长薛随建“崇洋媚外”，指出2017年4月20日的国际评审由个别人操作，“评审专家大多不是望远镜光学专家”。
他们总结道：“中国的望远镜不能复制美国30年前设计的10米望远镜（R－C三镜系统）”。
中国科学院院士、南京天文光学技术研究所崔向群
值得注意的是，在陈述“我们的方案肯定比美国的R-C方案更好”时，苏定强和崔向群附上了他们于2017年4月份发表在《皇家天文学会月刊》上的论文，作为佐证。
据澎湃新闻了解，“三镜系统”主要设计者、华中科技大学的马冬林也撰写了相关论文，正在审稿阶段。
124名青年天文工作者联署公开信
一台成功的望远镜，可以工作几十年。12米口径光学红外望远镜，关系着中国天文研究未来几代的发展。正因如此，12米口径光学红外望远镜的未来用户们——海内外青年天文工作者，也选择以联署公开信的方式，表达自己的呼声。
据了解，截至8月9日下午，《青年天文工作者就十二米光学红外望远镜设计方案的公开信》，署名人数已经增至124人。
公开信强调：“十二米光学红外望远镜并非为哪位学者、专家或者哪一家院校、研究所而建造。建设这台望远镜的目的终究还是要为中国乃至世界的天文学界服务，特别是帮助青年一代的天文工作者做出世界一流的科研工作……将这一技术问题泛政治化、以奔走运作的方式取代科学和技术层面的分析讨论、忽视本领域国际一流专家的意见，是我们极不愿意看到的。”
7名青年天文工作者起草第一版的公开信时，曾表达“我国第一台十米级望远镜，应当在明确的科学需求的指导下，采用稳健的设计方案。基于两种设计方案的讨论和比较，我们支持技术上更为成熟可靠，并得到国际评审委员会推荐的三镜系统。”随后，修改为“我们热切地盼望着围绕十二米设计方案的讨论能变得更公开、透明”。
前述7人向澎湃新闻说明道：“我们之所以对部分表述进行修改，是希望集中学界大部分人认同的公约数, 即呼吁各方基于科学精神, 对天文界的将来二三十年负责的态度来面对讨论， 而不是简单地表达支持三镜设计或四镜设计。特别是在很多青年工作者对一些技术细节并不十分了解的情况下，开放的信息，透明的讨论，和公正的评审是大家最希望可以实现的。”
该7人也对自己支持“基于Keck望远镜设计修改而来的”三镜系统的原因做出了解释：“从目前各方面公开的专业文档看来，国际评审团队的明确意见是三镜设计更成熟合理。对此，目前天光所团队还没有给出科学上严格的回应。”
郭守敬望远镜（LAMOST）
他们指出，虽然天光所团队强调了他们发表在国际期刊上的论文，但“作为学术文章，发表仅代表经过一名审稿人的专业审阅，这并不代表是更好的解决方案”。不过，“我们认可并且推荐这种通过正确学术途径进行技术辩论的方式。”
关于设计方案，最终版的公开信写道：“我们应尽可能追求风险更为可控、技术更值得信赖的方案，使得十二米光学红外望远镜在未来较长的一段时间内有可靠、高质量的科学产出。任何技术上的创新，必须经过充分的论证和充分的前期试验，才能使用在大望远镜工程上，这也是国际天文界的共识。光学设计更是望远镜的核心，若因设计论证不够周全而导致科学性能无法达标，那么我们付出的‘学费’将极其昂贵。”
“灾难性影响”
一位12米口径光学红外望远镜科学项目组的国家天文台研究人员同样向澎湃新闻提醒，“望远镜项目投入巨大，使用寿命可以达到半个世纪之久，一旦失败必然影响国家以后对天文的投入。对中国天文学发展将是致命打击。”
他近期曾与国际评估组组长、丹麦哥本哈根大学的约翰内斯·安德森（Johannes Andersen）进行过交流。安德森担忧LOT技术方案和风险的担忧：“已经不当的选择给下一代中国天文学家们带来灾难性影响。”
前述国家天文台成员近期阅读了三镜团队和四镜团队各自的论文，他认为四镜团队的论文“论证并不全面，很多问题没有较强说服力，比如我们希望看到望远镜效率如何，就没有提及”。整体方案上，四镜方案公开的文档“通篇没有数据、实验、模拟支持，很难信服”。
在建的39米口径的欧洲极大望远镜（E-ELT）
他补充道：“并不是讲四镜系统完全没有优势，它也有很多好处**，但是在实际台址气象条件不明的情况下，很难让人期望能将设计指标变成现实。而其弱点又很明显，特别是制造和调试的镜面多了一块，时间成本一定增加；副镜直径更大，加工难度必然增加；镜筒更长，要求原定更大，必然成本增加。从以往经验看，它很可能无法满足科学目标，特别明显的问题是系外行星成像的质量可能无法和三镜系统相比。”**
“目前我们看到的未来十年的天文学研究，这个三镜系统已经满足了很大一部分。而四镜系统的科学需求并不明确。”
争议或致12米口径望远镜“难产”
12米口径光学红外望远镜是“十三五”时期优先布局的10个重大科技基础设施建设项目之一。目前，中国最大口径的光学望远镜是位于兴隆的郭守敬望远镜。不过，这台4米口径的光谱巡天望远镜适用于专门任务，而中国的通用光学望远镜还停留在2米级，远远不能与国际上一批一流的8-10米级通用光学望远镜相比。大口径通用光学天文观测设备的空缺，已严重掣肘中国的天文研究。要知道，美国早在1917年就建成了2.54米口径的胡克望远镜。
目前，欧洲南方天文台正在智利建造39米口径的欧洲极大望远镜（E-ELT）。美国牵头其他国家，筹建22米口径的大麦哲伦望远镜（GMT）和30米口径的三十米望远镜（TMT）。
加入三十米望远镜团队，直接搭上超大望远镜的“顺风车”，一度是中国迅速填补空白的备选方案。然而，由于三十米望远镜的选址，夏威夷的莫纳克亚火山峰顶是当地的“神山”，项目遭遇土著居民的抗议，陷入僵局。至此，中国自主建造12米口径光学红外望远镜势在必行。
（注：虽然中国“天眼”FAST射电望远镜暂居世界最大，但是在大型光学望远镜集光面积仅占全世界2%，与发达国家相比差距巨大。全世界14架8—10米口径的光学红外望远镜，没有一架在中国。现有光学红外望远镜“在对天体进行高分辨精细观测上远不能满足我国天文学家的要求”。）
夏威夷10米级的凯克双镜
不过，这远非尘埃落定。随着天文学界就建设12米口径光学红外望远镜达成共识，两种不同的建设方案也浮出水面。经历了多方论证、国际评估、几番转折，“三镜”和“四镜”之争从国内蔓延到国际，从学界蔓延到公众。
马冬林称，2017年6月30日，国家天文台在参考华中科技大学三镜系统设计方案的基础上，撰写了“国家重大科技基础设施建设项目—大型光学红外望远镜项目建议书”，并提交给中科院，拟通过中科院上交国家发改委。
2017年7月10 日，“迫于南京天光所崔向群院士和苏定强院士的压力”，中科院在内部重新组织评审小组针对 LOT 望远镜概念设计方案进行了新一轮评估。最终的评审结果是 11 票支持、3 票反对、7 票弃权，推荐四镜方案为 LOT 项目建设的参考方案。
争议很可能造成望远镜的“难产”。据《知识分子》报道，中科院条件保障与财务局曾回复陈建生：“目前的情况是：1、时间很紧，国家要求‘十三五’重大科技基础设施项目今年年底前完成项目建议书批复、2018年底之前必须开工建设；不能按时开工的话项目将会被调整，并且会影响今后其他天文项目的立项。2、存在争议的项目发改委不予受理，我们需要尽快内部达成一致意见。”
8月8日，澎湃新闻致电国家天文台，对方表示暂不能就争议事件给出任何回应。
论辩双方关于12米望远镜方案之争
陈建生在写给中科院条件保障与财务局的信中提出几点质疑（观察者网已得到授权转载信件全文）：
“在技术路线上，我们认为12米望远镜是一项极其困难，极其挑战的项目，是因为这个项目要在海拔5000米以上极其艰难、恶劣的条件下建设极其精密、极其宏伟的工程，是因为这个工程要在5年时间，有限经费下建成， 尤其是因为我国在建设望远镜方面， 特别是大型望远镜方面极其缺乏经验，缺乏人才。我国在通用型望远镜建造的最大望远镜是2.16米望远镜，即使这样小的望远镜，在当时就不是一个先进的望远镜。 建造口径最大的专用望远镜LAMOST， 也不是非常成功的望远镜，它的有效通光口径是4米，但其性能不及美国SLOAN的2.5米望远镜。 从这样的基础一下跳跃到12米，可以想像会有多大的风险！”
“他们（崔向群、苏定强）两人是搞技术的，不是搞天体物理，他们武断地认为国际上30米级望远镜建成后，12米望远镜的地位就下降， 所以要建主焦点大视场照相机，做光度和光谱巡天。这个分析是错误的。中国已不需要用12米望远镜做大视场光度巡天，因为国家已立项，在2022年左右发射空间站，其中最重要的载荷就是2米巡天望远镜， 在光度巡天方面，一台2米空间望远镜要远超过12米的地面望远镜。（因为空间望远镜的像质是0.15角秒，而12米地面望远镜的像质是1角秒，来自天光背景的噪声差40倍，再加上地面天光背景比空间亮至少1个星等，合在一起噪声要高过5个星等，像质更没法比。）在多目标光谱方面， 正在起动的在夏威夷优质台址上建造10米口径专用光谱巡天望远镜， 我国12米望远镜主焦点根本没有竞争力， 更何况，巨额花费，10年工期， 以及使用上带来的许多复杂问题。
陈建生认为，错误的技术路线和错误的科学路线导致苏定强、崔向群错误的望远镜方案，主要错误有三点：
一， 把望远镜设计的非常复杂，望远镜安排4个焦点： 主焦点，莱焦，卡焦和折轴焦点，面面具到，不是有所为有所不为。这样势必增加技术复杂性，增加风险，增加经费，增加工期，而对主要科学目标和技术性能并没有带来好处。
二，**把主焦点大视场作为望远镜的亮点。**错误地认为30米望远镜建成之后，12米望远镜没有地位，因此要把主焦点大视场作为望远镜亮点。我在前面已说过，主焦点大视场并不能给12米望远镜带来科学上的竞争力，而主焦点大视场照相机是技术上非常复杂，耗钱耗时的工程，根据日本8米望远镜主焦点项目负责人的估计，中国12米望远镜的主焦点照相机需要耗时10年，耗资5亿美元，而且照相机加上多光纤定位系统是一个庞大系统，更换焦点工作非常困难， 这对多功能望远镜要经常更换焦点工作会带来操作上的巨大困难。尽管崔向群也表示主焦点照相机不作为第一期工程，但望远镜设计保留主焦点发展的可能性。这就要求望远镜的主镜焦比f/数要大过f/1.6，比不留主焦点f/1.2的镜筒长很多，镜筒长，就增加圆顶的尺寸，大大增加圆顶造价。
三，**采用4-镜系统。**4-镜系统最大优点是在莱焦上20角分视场可以获得好设计像质，这对于没有大气影响的空间望远镜是绝对必要，但在地面观测受大气抖动影响，星像是由地面seeing 决定，无论3-镜还是4-镜得到的像质都一样，因此没有好处。
而其缺点是显著的，增加一面镜子就要增加反射损失，更重要的是4-镜系统里最后一面反射镜（M4）中央要开洞，会进一步损失光，而且视场越大洞就开的大，损失光就越多，因此为了少损失光，要多做几个M4，以便观测不同视场用不同大小的洞的M4, 这增加费用，还增加观测上的不方便， 另外开洞的M4会产生衍射，这种衍射在使用exAO (一种使光轴上的星像达到光学衍射极限的观测）就会严重影响光轴附近高空间分辨、高亮度对比的观测，如对系外行星直接成像观测，而这是12米望远镜极其重要的科学目标。
此外， 由于增加一面镜子，还带来许多其他的不利， 如增加镜筒长度， 从而增加圆顶造价， 占据了传统卡焦位置，从而牺牲了配置效率最高的科学仪器的可能等等。
4镜设计和3镜设计的不同在于在主镜（M1）后面：4镜在 M1 之后多加一个小镜子（M3），这导致 M2 需要做大、M4 需要开洞（另一个关键点）。关于12米望远镜设计方案中的4镜系统等问题，现在加州理工学院从事科研工作的青年天文学者陈昱对此作出了详细的解释，观察者网已获得授权转载。
对于陈建生提出的这些质疑，崔向群一、苏定强等人也以公开信回应，以下摘编信中关于望远镜方案的几点解释：
第一，“**中国只有一架10米级的通用望远镜，当然要考虑到将来的长期需要和广泛的科学需求，和多个焦点。**没有打算就在5年之内都建造，只是设计好，留有将来的可能。就连 Keck望远镜，GTC望远镜，SUBARU望远镜都是包括多个焦点，特别是Keck，所有的焦点都有，至今其主焦点还没有用过，但听说有国际上有天文学家在议论使用该主焦点了。当然目前12米望远镜考虑到急需，仅建造耐焦系统。”
第二，“已经解释过，主焦点是预留，并没有包括在5年建造内容中。陈建生认为主焦比F/1.6镜筒长增加造价的说法是极度缺乏专业知识的：（1） 目前世界上所有的 8-10 米级望远镜的主焦比都是F/1.8左右，我们的设计的主焦比F/1.6已经是最快的，镜筒将是最短的；（2）不要主焦点，焦比改为F/1.2，不仅不会因为镜筒更短省经费，还会因为焦比快，主镜制造难度加大或工作量加大增加更多经费，增加工期。”
第三，“关于望远镜的效率：（1）目前地面大望远镜的发展趋势不能仅仅是增加集光能力（口径 D），还要采用近地自适应光学技术克服地面大气的影响提高分辨率（即克服气流影响获得更小的天体的像d），也要扩大视场W，即望远镜的的观测效率是这三个参数共同决定的，另外效率还要根据焦面主光线是否有锥角导致光纤损光，以及是否有缩焦器增加损光，和终端仪器的光效率等一并计算的。4镜系统与欧洲ELT5镜系统一样可以获得很好的像质，即便多一块（ELT 是多两块）镜子，增加一点中心孔挡光，但是由于其光学系统极适合近地自适应光学技术，可以比三镜系统获得更小的像d，更大的视场W，因此对将来暗天体的观测效率将更高，并且有更好的发展前景。
“（2）4镜系统方案并不会因为增加一面镜子增加技术困难和仪器转换难度。这一点技术专家最清楚，应该相信专家。
“（3）将4镜系统的视场分为大、中、小三档，4镜系统的大、中视场的效率都明显超过R-C 三镜系统（高约25%-21%），只有在小视场效率少3%。因此总的说四镜系统的效率是明显超过R-C 的。
“（4）在4镜系统的小视场，平面转折镜可以很方便地换一块小孔的镜子，对高分辨衍射像没有影响，这也是4镜系统优于欧洲南方天文台39米望远镜5镜系统的亮点。
第四，“我们不仅研究和提出了4镜系统的方案，还深入研究了包括R-C 系统的各种三镜系统的方案以及5镜系统的方案，进行了认真的比较，结论是中国的望远镜不能复制美国30年前设计的10米望远镜（R-C 三镜系统），而应该坚持能很好地结合和应用当代新技术，又没有额外的技术风险的4镜系统方案。
翻页查看：《青年天文工作者就十二米光学红外望远镜设计方案的公开信》全文：
尊敬的各位天文学界同仁、老师们：
我们是关心中国下一代地基光学红外天文望远镜的青年天文工作者。我们注意到十二米光学红外望远镜的建设方案在过去的一年里产生了诸多争议和分歧。在此，我们代表联署的各位青年科学工作者对这一望远镜的设计方案表达意见，希望天文学界各位领导、前辈、同仁予以考虑。
上世纪 90 年代以来，国际上已先后建成超过 12 台 8~10 米级光学红外望远镜，目前若干三十米级的望远镜项目也已陆续开工。与国外的同行进行学术交流时，我们深切体会到先进的设备资源带来的巨大科研优势以及科学思维方式的差别。当前中国最大的通用光学红外望远镜仍然停留在两米级望远镜的时代，因此我们对国家建设十米级通用望远镜的计划深感振奋。
十二米光学红外望远镜目前存在三镜和四镜两种设计方案。这两种方案的设计细节、计算分析、讨论和比较，以及国内国际评审委员会对两种方案的评价正在被逐步公开。然而，围绕两种设计方案产生的分歧和争议，却使得项目的进程变得不明朗。作为新一代光学红外望远镜未来的主要用户群体，我们热切地盼望着围绕十二米设计方案的讨论能变得更公开、透明。
历史不断地证明，一台成功的望远镜可以工作几十年，并对三、四代天文科研工作者产生重要影响。而我国望远镜技术起点较低，到目前为止尚没有十分成功的四米级通用望远镜的建设经验。因此，我们应尽可能追求风险更为可控、技术更值得信赖的方案，使得十二米光学红外望远镜在未来较长的一段时间内有可靠、高质量的科学产出。任何技术上的创新，必须经过充分的论证和充分的前期试验，才能使用在大望远镜工程上，这也是国际天文界的共识。光学设计更是望远镜的核心，若因设计论证不够周全而导致科学性能无法达标，那么我们付出的“学费”将极其昂贵。
十二米光学红外望远镜并非为哪位学者、专家或者哪一家院校、研究所而建造。建设这台望远镜的目的终究还是要为中国乃至世界的天文学界服务，特别是帮助青年一代的天文工作者做出世界一流的科研工作。作为这台望远镜未来的主要科学用户，我们希望十二米光学红外望远镜项目的科学规划、选址、设计、方案评审都本着对天文学界，尤其是未来一代的天文学界负责的态度，秉持科学求是的规范和公开公正的精神来进行。将这一技术问题泛政治化、以奔走运作的方式取代科学和技术层面的分析讨论、忽视本领域国际一流专家的意见，是我们极不愿意看到的。任何科学项目，都应当尊重国内外同行的意见，接纳各方的检验、讨论和批评。面对分歧，应当采取科学求证的方式，用数据和事实说话，而不应把技术路线的分歧扩大到其他方面。在保证项目成功的同时，应鼓励支持青年科学家承担重要角色并作出相应的贡献，而不应用身份、影响力和头衔对青年同仁施压。
同时，我们也认为，这样极富有挑战性的大科学项目，需要团结国内、国际的一切优势力量才有可能顺利实施。因此，我们支持在天文大科学中心的主导下进行国际合作，广泛吸纳国际同行的经验和教训；我们希望国际评审委员会提出的科学、中立而权威的意见能得到尊重，以维护中国天文学界在国际同行中的形象；我们也希望设计方案的讨论能回归到以科学主导的层面上，按照学术界规范与通例，遵照合理的流程进行决策。
执笔人（按姓名笔画排序）：
上官晋沂（北京大学）
叶泉志（加州理工学院天文系）
张智昱 （爱丁堡大学）
陈昱光（加州理工学院天文系）
秦雨静（亚利桑那大学 Steward 天文台）
黄崧 （加州大学圣克鲁兹分校）
蔡峥（加州大学圣克鲁兹分校）
2017年8月7日
附：新版公开信修订理由
参与署名《青年天文工作者就十二米光学红外望远镜设计方案的公开信》的同仁：
您好！
首先感谢您在百忙之中参与到我们的联署活动当中，并对我们起草的文本表示支持。在过去的一天当中，我们几位执笔人从多方渠道收到各种意见和建议。可见天文学界对此事的热切关注。我们对此再次表示感谢。
在综合考虑大量意见和充分讨论之后，我们决定对原有文本进行以下调整：
1) 将“作为新一代光学红外望远镜未来的主要用户群体，我们认为:我国第一 台十米级望远镜，应当在明确的科学需求的指导下，采用稳健的设计方案。基于两 种设计方案的讨论和比较，我们支持技术上更为成熟可靠，并得到国际评审委员会 推荐的的三镜系统。”删减为“作为新一代光学红外望远镜未来的主要用户群体， 我们热切地盼望着围绕十二米设计方案的讨论能变得更公开、透明。”
进行这一修改的原因是：虽然我们七位执笔人一致对三镜系统表示支持，但是这一支持是基于对公开材料的判断得出的。我们理解学界的大多数人在没有充分了解各方意见之前对此持保留意见。同时大多数同仁对评审“公开、透明”的希望则是明确一致的。
2) 将“而我国望远镜技术起点较低，到目前为止尚没有十分成功的四米级望远 镜建设经验。”补充为“而我国望远镜技术起点较低，到⺫前为止尚没有十分成功 的四米级通用天文望远镜的建设经验。”
我们认为，郭守敬望远镜(LAMOST)是否成功不在本文的讨论范围之内。为消除争议，予以删除。
3) 此外我们还对一些语法和标点错误进行了更正。
我们完全理解本次调整可能会影响您参与本次署名的决定。因此，如果您因以上修改决定放弃署名的话，请联系我们。我们将会在第一时间对名单进行修改。同时，如果您有任何意见或建议的话，也欢迎您回信指教。
《青年天文工作者就十二米光学红外望远镜设计方案的公开信》执笔人: 上官晋沂 叶泉志 张智昱 陈昱光 秦雨静 黄崧 蔡峥