紫金山天文台一位老天文学家回忆说：上世纪50年代初，台长张钰哲先生考虑我国天文学发展规划时强调“中国天文学的当务之急是培养人才和研制天文仪器”。回顾我国研制天文仪器的历史，正是从上个世纪50年代开始的。

2012年，崔向群在北京第28届IAU大会开幕式上。

1950年左右，杨世杰经过刻苦钻研，在中国首先掌握了天文镜面磨制技术，并于1956年在紫金山天文台研制成我国第一台望远镜——13厘米施密特望远镜。1958年南京天文仪器厂成立（1991年更名为中科院南京天文仪器研制中心，2001年整合为南京天文光学技术研究所和南京天文仪器公司），我国天文界开始组建专业天文仪器队伍，从数十人发展到数百人，进入自主发展天文仪器的时代：1964年胡宁生设计研制成43厘米/60厘米我国第一台人造卫星望远镜、1968年苏定强领导研制成中国第一台Lyot滤光器（双折射滤光器）、1968年60厘米望远镜建成并安装在兴隆观测站，随后70年代至今我国研制的天文仪器主要有：

（1）光学天文仪器——光电等高仪、天顶筒、太阳色球光球望远镜、太阳塔、太阳光谱仪、日食光谱仪、太阳精细结构望远镜、太阳磁场望远镜、1.26米红外望远镜、1.56米望远镜、2.16米望远镜、多通道太阳望远镜、低纬子午环，人造卫星激光测距仪系统、6米大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜LAMOST（郭守敬望远镜）、1米真空太阳望远镜NVST、太阳多波段爆发望远镜ONSET；1.2米近地天体望远镜、南极巡天望远镜CSTAR和AST3；

（2）射电天文仪器——氢原子钟、小铯钟，守时型铷喷泉钟，基准型铯喷泉钟、光学频率原子钟；密云多天线太阳射电干涉仪、米波综合孔径射电望远镜、13.7米毫米波射电望远镜、中国甚长基线干涉测量系统VLBI、65米射电望远镜（天马）、明安图射电频谱日像仪MUSER、500米球面射电望远镜FAST（天眼）；

（3）空间天文仪器——暗物质探测卫星DAMPE（悟空）、硬X射线调制望远镜HXMT（慧眼）、太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星“羲和号”，以及今年10月初发射的先进天基太阳天文台ASO-S……一批地面光学、射电和空间天文仪器在研制或预研中。

我国天文界通过这短短60多年的前赴后继和奋力拼搏，使我国的天文仪器经历了从无到有，从小到大，从单一到各种观测设备，从光学到射电，从地面到空间的全面发展，其中部分达到了世界先进甚至前沿的水平。迄今为止，我国的天文观测主要是依靠自己研制的这些天文仪器。需要强调的是：这些天文仪器大多是在非常困难和艰苦的条件下，以及经费相对较少的情况下研制成的，并且有思想和技术方法上的创新。

本文介绍地面光学天文仪器。地面光学天文仪器不仅在我国发展得最早，创新也比较突出。天体测量仪器的代表是光电等高仪、人造卫星激光测距仪系统和低纬子午环；太阳物理观测仪器最典型的是太阳磁场望远镜、太阳精细结构望远镜，1米真空太阳望远镜NVST；天体物理观测仪器最突出的是2.16米望远镜和大天区面积多目标光纤光谱望远镜LAMOST。

光电等高仪

1958年王绶琯和法国丹戎分别提出将光电记录方法用于棱镜等高仪观测的建议，但苏联学者巴浦洛夫认为是非常困难的。1963年，北京天文台李东明针对法国丹戎棱镜等高仪存在的主要缺点，提出了应用对称视栅光电方法来记录等高仪中双像星过等高圈时刻的原理的创新的等高仪方案。经南京天文仪器厂胡宁生创造性的设计，1971年光电等高仪研制成功。光电等高仪达到国际先进水平（观测精度0.16角秒和极限星等11.3，均为国际上最高），为中国世界时系统的建立和发展做出了贡献。光电等高仪的研制1978年获得全国科学大会奖，观测和研究结果获1989年中科院自然科学一等奖。在李东明的主持下，光电等高仪1992年实现观测全自动化，获中科院科技进步二等奖。我国研制的数台光电等高仪中的一台，至今还在阿根廷工作。

II型光电等高仪。供图／上海天文台

太阳磁场望远镜

太阳磁场望远镜是北京天文台艾国祥创新提出的太阳观测仪器。主要特点是在Lyot滤光器上加电光晶体调制进行磁场测量，可以进行磁场的纵场和横场的测量，并用太阳光球和色球两条谱线进行双层次磁场和速度场视频测量。同时期的其他国际同类仪器都只用一条谱线，只能观测到太阳光球的磁场状态。太阳磁场望远镜的总体性能处于国际领先地位。这台中国天文学家独立发明和研制的天文仪器由北京天文台艾国祥、胡岳风等与南京天文仪器厂等单位合作研制成功，是目前世界上最先进的太阳磁场观测设备，于1988年获国家科技进步一等奖。自1987年起，中国的太阳物理学家利用太阳磁场望远镜获得了大量世界一流的太阳光球矢量磁场和色球磁场、速度场资料。这引起国际太阳物理学家的极大重视，认为该仪器为当代国际太阳物理研究的重要工具。太阳磁场望远镜为太阳物理的研究工作做出了很大的贡献，其研究成果获1994年中科院自然科学一等奖。

太阳磁场望远镜。供图／国家天文台怀柔观测站

2.16米光学望远镜

2.16米望远镜1989年建成后到2008年是国内最大的光学天文望远镜，是我国天体物理观测出了很多成果的仪器。不仅为我国天文学做出了突出的贡献，还培养了一大批天文仪器和实测天体物理的专业人才。2.16米望远镜由中国科学院南京天文仪器研制中心、北京天文台和自动化研究所合作研制的。这台望远镜是一架能进行各种天文工作的通用望远镜，包含折轴系统和卡塞格林系统。苏定强提出了一系列新的折轴系统，其中的一种成功地用于2.16米望远镜的光学系统中，使2.16米望远镜成为国际上第一架卡塞格林焦点与折轴焦点共用同一块副镜的望远镜，被美国天文学家亚丁·迈内尔（Aden Meinel）命名为SYZ中继镜折轴系统，这种折轴系统同时也形成了一种优秀的三镜系统，将用在中国12米望远镜中。

2.16米光学系统中的卡塞格林焦点改正镜的设计，象质显著超过了当时国外的同类设计，是用苏定强和王亚男在1972年发展的评价函数的算法编写的国际上最早之一的光学自动优化设计程序设计的。此算法当时在国内被质疑，但90年代至今已在国际、国内普遍采用。由于这种评价函数的算法和计算机运算速度的提高，目前已经可以计算优化更多更好的天文望远镜光学系统。2.16米望远镜于1998年获国家科技进步一等奖。

大天区面积多目标光纤光谱望远镜LAMOST

LAMOST的基本思想是王绶琯提出做超大规模光谱观测，改变国际上获得有缝光谱的天体数目实在太少的状态。为此，需要打破常规获得一架大视场兼备大口径的望远镜。苏定强1986年提出用主动光学方法产生镜面曲面形状连续变化的常规光学不可能实现的光学系统，苏文中的例子之一就是将一个Arecibo型望远镜的工作区（照明区）实时改变为抛物面或双曲面，1994年他与王绶琯合作首先用在了LAMOST的方案上，创新地解决了大视场望远镜（反射施密特系统）口径做不大的难题。具体是：LAMOST球面主镜固定，由反射改正镜跟踪天体，观测中通过主动光学将反射改正镜连续地变形为一系列不同的非球面，实时校正天体光入射角的连续变化引起的不同的球差，相当于形成一系列不同参数的望远镜光学系统。这是与国际上用主动光学来仅维持大镜面形状的望远镜不同的。LAMOST中最难的是，主动变形镜既是薄镜面又是拼镜面，且有两块大的拼接镜面。崔向群带领团队攻克了这一前人没有尝试过的难题，实现了LAMOST的创新思想和方案，不仅掌握了，还进一步发展了大望远镜的核心关键技术——主动光学技术。

鸟瞰LAMOST。

需要说明的是：我国自主研制的世界上最大的单口径射电望远镜“500米口径球面射电望远镜”FAST，为了消除其望远镜系统（主反射面）的球差，减小馈源仓的尺寸和重量，1998年邱育海也提出了同样的创新思想，即将镜面（主反射面）照明区的300米口径部分的面形实时主动连续变化为抛物面。这也是与所有采用了主动光学技术仅维持反射面形状的射电望远镜不同的，特别是与美国305米射电望远镜Arecibo的不同之处。由此可见，我国的两项大科学装置LAMOST和FAST在国际上具有独树一帜的创新。

LAMOST最大的镜面6.67米×6.05米，光经过的两块大镜面后，整个工程规模相当于一架8米的望远镜。LAMOST的视场5度，焦面直径1.75米（是至今最大的望远镜焦面）。LAMOST团队创新发明了并行可控双回转臂机器人光纤定位新方法，可快速精确定位大焦面上的4000根光纤（目前的技术已可放1万根以上），连接16台光谱仪，每次观测可获得最多4000天体的光谱。LAMOST在视场、口径、光纤数三项最重要的天体光谱巡天指标上均占据国际领先地位。2012年至今LAMOST已经获得2000多万天体的光谱，发表文章1000多篇，引用超过万次，助力中国天文在银河系结构与演化、恒星物理等研究领域走到了国际前沿。LAMOST的建成引起了国际天文界对超大规模光谱巡天的高度重视，多架4米-11米望远镜的大规模光谱巡天计划已建成或在计划中。其中已建成和在研制的几个光谱巡天项目采用了LAMOST创新发明的光纤定位新方法。

呼吁尽快建造12米光学红外望远镜

最近5年的诺贝尔物理学奖中有三次都是天文学获奖，说明天文学越来越重要。天文学是以观测为主的科学，2009年国际天文年是以纪念伽利略发明天文望远镜400年提出的，体现了天文仪器对现代天文学的重要性。近些年来，我国空间天文学上去了，FAST建成了，LAMOST取得了大量天文成果，天文学有了显著的进步。但在我国光学天文方面，LAMOST是专用的光谱巡天望远镜，还非常需要大口径的通用精测望远镜，而我国的两架通用精测望远镜仅为2米级，与20世纪90年代到本世纪初，全世界建造的14架8-10米的望远镜，以及欧洲南方天文台正在建造的一架39米、美国在建造的一架24.5米和一架30米的通用精测光学望远镜相比较，我们的差距是惊人的。这种状态强烈地伤害着一个GDP为世界第二的大国形象，将严重地制约中国天文发展。我国天文学急需一架12米大口径通用精测光学红外望远镜已是天文界的共识。

12米光学红外望远镜模型。

需要强调的是，中国天文光学仪器专家不是没有能力建造12米望远镜，而是完全有能力的，因为通过LAMOST的成功已经发展了研制十几米甚至更大的光学望远镜的技术。欧洲39米极大望远镜ELT的负责人和美国30米望远镜TMT的负责人看了LAMOST后，都曾表示他们认为中国已经具有独立研制30米级极大望远镜的能力。12米望远镜的核心技术，即主镜子镜的磨制技术和主动光学拼接镜面技术都已是我们的成熟技术并做好随时开建的准备。

LAMOST主镜，由37块1.1米六角形镜拼接而成。

LAMOST主动反射改正镜，由24块1.1米六角形镜拼接。

12米望远镜技术难度不是很大，经费不是很多，研制时间也不是很长，我国又有很好的光学天文台址。在纪念中国天文学会成立100周年之际，我们回顾历史，展望未来，强烈呼吁尽快启动立项建造12米光学红外望远镜，使我国天文学健康发展，也为国际天文学作出贡献。

——本文选自《中国国家天文》10月刊

作者简介 ：

崔向群，中国天文学会第十一届副理事长、第十二届理事长，中国科学院院士，南京天文光学与技术研究所研究员。