“韦布”与“巡天”中外两大空间望远镜首次对话｜2022腾讯科学WE大会

其中，约翰·马瑟教授作为2006年获得诺奖的天文学家，还提前参加了由腾讯发起、特邀中国科学院国家天文台作为学术顾问单位联合主办“WE大会中外深空探索科学家对话”活动。此次对话，中国科学院国家天文台研究员詹虎参与其中，他同时也是巡天空间望远镜光学设施责任科学家。组织方还特别邀请了腾讯互娱研发效能部副总经理、AI技术专家、“全变源追踪猎人星座计划”（CATCH）腾讯方面负责人邓大付，以及刚刚获得格林威治天文台摄影大赛冠军的青年学生周泽震同学参与对话。此次活动由中国科学院国家天文台的研究员苟利军担任学术主持人。

2021年12月25日，韦布空间望远镜在法属圭亚那库鲁基地成功发射升空，这是一个口径达到6.5米的红外望远镜。为了降低地球对于观测的干扰，这个望远镜被发射到了距离地球150万千米的地球和太阳的拉格朗日L2点。

在完成一系列测试之后，韦布空间望远镜于今年7月份进行第一次新闻发布会，吸引了大批爱好者进行观看并且惊叹。它的工作性能目前完全达到了之前的期望，天文学家期望看到更远和更加精细的宇宙图景，它将成为天文学家们看向更远宇宙的窗口。之后每次韦布望远镜的成果发布，都会吸引很多人的关注，所以大家都很期待从马瑟教授这里了解更多有关韦布望远镜的故事。

中国载人航天工程2米口径的巡天空间望远镜计划将于2023年底发射，这是中国第一次发射自己的大型光学空间望远镜。大家对于这个望远镜也同样充满期待。

在对谈一开始，巡天空间望远镜光学设施责任科学家詹虎研究员首先向马瑟教授问到，韦布空间望远镜作为目前发射的口径最大的天文望远镜非常具有挑战性，那么项目过程中遇到的挑战主要有哪些，能否和大家分享一些项目经验。

韦布望远镜高级科学家马瑟教授回答到，韦布望远镜的确是一个宏大的工程项目，他们需要全新开发10项关键技术，比如如何在太空中进行对焦、如何建造这个由18个小的六边形镜面组成的整个望远镜。此外，他们还需要开发新的红外探测器，虽然和以往的红外探测器很相似，但性能要求要高得多。他们还需要一个能够将某个部件降温到7开氏度（约零下266摄氏度）的制冷机。他们还要确保那个巨大的遮阳板在太空中可以自行展开并正常工作。

这些都是非常困难的，是巨大的挑战，他们需要不断重复从设计到建造和测试这个过程。如果测试失败，就要重新设计、重新建造、重新测试，再失败、再重来。经过四次测试之后，他们终于成功了。体积如此之大、工程如此之复杂的项目有太多原因会导致失败。中国目前正在大力发展空间项目，也将发射自己的空间光学望远镜，这对于中国发展太空项目来说也是非常值得学习的。

腾讯互娱AI技术专家邓大付博士对于韦布的最新科学发现非常感兴趣。他向马瑟教授请教了韦布望远镜最近的重大发现。

马瑟教授回复说，他们观测了太阳系中的火星、木星和天王星等天体，以及观测了前一段时间DART探测器与小行星发生的计划中的碰撞。系外行星作为一个重要科学目标，韦布望远镜也观测了围绕其它恒星运动的行星，确定了某些行星的大气中有水蒸气。

他们还观测了黑洞，有一个黑洞离地球很近，他们正在努力获取黑洞周围物质的信息。他们惊奇地发现，宇宙中最早期的星系和黑洞的成长速度似乎比天文学家们预测的要快得多，这让天文学家们很吃惊，所以天文学家们正在探究如何解决这一发现的问题。

他们还正在观测一些正在诞生恒星的区域，其中之一就是船底座星云。尘埃云内部有成千上万的新恒星正在诞生，韦布望远镜让我们可以穿透尘埃云观测到内部的情况，看到正在诞生的新恒星及其行星。韦布望远镜将以其卓越的性能向我们展示宇宙更多的奥秘。

而作为天文爱好者的周泽震同学，也不放过和大咖交流的机会，他对马瑟教授也提出了自己的问题。他问到，作为普通的天文爱好者我们对存在于极端条件下的物质非常感兴趣，比如黑洞、暗物质和暗能量，那么韦布望远镜是如何研究黑洞暗物质和暗能量的？

马瑟教授说道，暗物质和暗能量都是透明的，是完全不可见的，目前人类只能去探测它们产生的效应。比如在他们发布的第一批照片中，有一张照片可以看到一个质量巨大的星系团，引力大到让穿过该星系团的光发生了会聚和弯曲，因此人们可以通过分析引力的效果来测算出存在多少暗物质。

中国作为空间天文的后起之秀，虽然巡天空间望远镜的口径比哈勃空间望远镜的略小，但是其一次观测能够覆盖的天空范围比哈勃大了300多倍。这一点令马瑟教授非常感兴趣，所以他也询问了中国的巡天空间望远镜入轨初期优先观测对象是哪些。

詹虎老师回答到，巡天空间望远镜的主要作用就是巡天，即对天空中的天体进行普查。在入轨初期也会考虑优先观测一些天体，比如观测距离我们很近的仙女座星系。限于视场大小，哈勃望远镜难以对仙女座星系进行完整地成像，但巡天空间望远镜拥有更大的视场，可以实现这样的观测，并且覆盖从近紫外到近红外的多个波段。巡天空间望远镜也可能会观测某些球状星团以及某些较近的矮星系和星系团。和韦布望远镜一样，也会通过观测星系团来研究强引力透镜效应。

詹虎老师之后还补充说道，巡天空间望远镜可以和其它望远镜形成互补，比如韦布望远镜、维拉·鲁宾望远镜、欧几里得望远镜和罗曼望远镜等，相信这些项目之间的合作将会获得丰富的数据，为太阳系和遥远宇宙等研究领域的突破奠定基础。

另一方面，人工智能在人们的生活中应用越来越广，也在不少科学领域也得到应用。今年6月，腾讯游戏宣布将以游戏AI技术助力中国科学院高能物理研究所粒子天体中心“全变源追踪猎人星座”计划，实现星座的在轨自主协同观测。所以詹虎老师就询问了在什么应用场景下应用AI的效果比较好，以及它有何局限性。

邓大付博士说，AI目前由于这几年深度强化学习的发展，帮助我们在很多领域解决了以前没有解决的一些问题，或者是达到了以前解决问题中达到不了的效果。但是本质上来说，目前AI的核心算法还是基于整个统计和统计推断相关的一些理论，所以它也会有一定的局限性，比如训练和部署可能需要较高成本，行为模式比较单一固定，难以处理未见过的场景；比较适合AI应用的场景包括一些机器视觉、自然语言处理，类似车牌人脸的识别，机器翻译，语言转文字等，也有用AI进行辅助决策等。

在邓大付博士所参与的CATCH项目中，他们运用游戏AI技术，通过引入多智能体深度强化学习算法去训练100多颗卫星控制决策模块，譬如让巡天和后随卫星配合起来联合观测，巡天负责搜索可能存在天文现象或重要天体的区域，如果发现这些区域，后随卫星负责跟上长时间关注这些区域，避免错过重要的天文现象。多颗卫星形成星座，来联合应对由于遮挡、小卫星定位精度不准、多目标多波段爆发源等导致的观测无法完全覆盖的问题。

马瑟教授作为一位成功的天文学家，获得了诺贝尔奖，而现在他又作为一名成功的管理者，领导着韦布空间望远镜团队，所以大家很想从他那里得到一些给我们天文科研人员以及大众一些建议。

马瑟教授说道，因为我们有了很多新的科研设备，新的设备就意味着新的发现，我们可以观测宇宙中的一切，比如黑洞、行星和恒星等等，这是非常令人兴奋的。另外，研究天文学并不意味着只做天文学者，天文学只是某项科学工作的开始，在研究一些天文学之后可以转行，一位天文学者应该具有广泛的物理学和工程学知识，这是成为某个科学或技术领域专家的很好的预备，尤其是数据分析领域。很多天文学者首先要学习的就是数据分析。马瑟教授的介绍带给大家很多启发。

关于韦布望远镜，如马瑟教授所言，这是一项令人自豪的国际合作项目，全球的天文学家都可以使用韦布望远镜，他们也希望包括中国在内的各国科学家在2023年1月底前向他们发出新的观测提案。马瑟教授对中国的巡天空间望远镜也充满祝福，而我们当然也同样祝愿中国的空间望远镜项目、CATCH项目一切顺利。

无论是JWST、CSST，还是CATCH项目都代表着人类对于宇宙未知不断探索的科学精神，这也是推动人类未来发展与进步的动力。希望这场对话能够给大家一些灵感和启发，也希望未来有更多热爱科学的朋友加入进来，一起探索更多可能。