2022年7月，詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）拍攝的首批影像對外公布，引起了大量關注。這些紅外線影像前所未有地呈現了行星、恆星和星系的細節，在網上廣泛傳播，並登上世界各地的頭條新聞。

隨着人們對科學和天文的興趣日益濃厚，我們最近在騰訊科學WE大會，圍繞深空探索話題，邀請青少年與科學家對話。騰訊科學WE大會已邁入第十個年頭，十年來，WE大會一直致力於推動世界各地最宏偉的科學事業。

本次對話的嘉賓包括：諾貝爾獎物理學獎得主、JWST太空望遠鏡高級科學家John C. Mather博士；中國科學院國家天文台研究員、巡天空間望遠鏡（CSST）光學設施責任科學家詹虎博士；騰訊互娛研發效能部副總經理、全變源追蹤獵人星座（Chasing All Transients Constellation Hunters，簡稱「CATCH」）項目騰訊側負責人、AI技術專家鄧大付博士。

秉承WE大會的合作精神，這是三個項目之間的首次對話。參與對話的還有一位熱愛天文的高中生周澤震，他是格林威治皇家天文台年度天文攝影師青年組冠軍。

本次對話由中科院國家天文台研究員苟利軍教授主持。

多元太空項目相輔相成

JWST的口徑達到6.5米，是太空中最大的光學望遠鏡。該望遠鏡於2021年12月25日發射升空，是一項涉及20個國家的聯合項目，利用紅外線攝影來研究源自遙遠宇宙的光。Mather博士說：「它正在觀測一切，從第一批恆星、星系和黑洞到太陽系中的行星。」

CSST是口徑為兩米的空間站望遠鏡，計劃於明年或後年發射，與中國空間站共軌飛行。詹虎博士解釋，CSST的主要任務是「使用太空中最大的天文相機進行高分辨率、多波段成像和光譜調查」。

與此同時，CATCH將發射一組配備X射線望遠鏡的智能衛星，用於觀測多種太空現象，如黑洞、中子星、伽馬射線暴和超新星。這些衛星利用人工智能計算技術進行觀測，如果發現了關注範圍內的東西，就會通知組內的其他衛星對目標進行全天候觀測。

前沿技術帶來複雜挑戰

構建JWST涉及獨特的挑戰，耗費數年才能克服。Mather博士將JWST稱為「摺紙望遠鏡」，因為它必須折疊起來才能發射。要成就這項雄心勃勃的工程，需要開發10項新技術，讓望遠鏡在發射後能夠聚焦，將18個六邊形鏡面組裝成主鏡，確保遮陽傘正常工作，並發明新型紅外線探測器。

Mather博士說：「我們須要設計、製造和測試望遠鏡，如果它無法正常運作，我們就須從頭再來。經過四次測試，終於成功了。」

對於尚未發射的CSST，項目團隊正在努力確定任務參數，以及如何傳輸收集到的大量數據。據詹虎介紹，CSST的主要作用是巡天，比如觀測距離我們較近的壯麗的M31星系（注：仙女座星系）、某些球狀星團以及較近的矮星系和星系群。和JWST一樣，CSST也會通過觀測星系群來研究強大的透鏡效應。詹虎團隊預計明年將獲得更多的早期觀測結果。

CATCH利用強化學習技術解決一些人工智能技術存在已久的問題。但是，必須首先進行密集測試，以克服高昂的培訓和部署成本、實現可解釋性，提供包括學習、歷史經驗和數據的演算基礎。

前往從未踏足的地方

每個項目都帶着解決問題的使命，採用先進的技術，讓天文學家能夠看到從未見過的事物，做到以前從未做過的事情，揭曉長期以來人類未解的謎團。

JWST採用紅外線技術觀測到最遙遠的宇宙或者因為太冷而無法產生可見光的物體，窺見恆星誕生區域的發光氣體雲和塵埃內部情況。

得益於此，JWST團隊能夠探索恆星周圍的行星，發現一些行星的大氣中含有水蒸氣。他們觀測到了黑洞和恆星形成區域，包括壯觀的船底座星雲。

與地面望遠鏡相比，CSST具有高角分辨率、波長覆蓋範圍廣及天區覆蓋面積大等優勢。一平方度可能聽起來不大，但CSST的高分辨率視場是地面光學望遠鏡的一萬倍。

我們知道遊戲技術能夠應用在現實世界之中，它甚至能夠應用在深空探索。CATCH計劃利用騰訊遊戲在業界領先的AI技術，實現星座的在軌自主協同觀測等功能。它將天體視為智能體，並應用相應的演算法來找到最佳解決方案。

下一代科學家和天文學家的平台

來自中國的中學生周澤震展現出他對天文學有深入的認識，並向參會的頂尖科學家提出了探究性問題。他向Mather博士請教了JWST如何研究黑洞、暗物質和暗能量的問題，這些都是不可見物質。

Mather博士回答道，JWST可以通過引力檢測到它們的存在。星系的引力使光線彎曲，表明存在暗物質，這是推斷而不是觀察到的，我們能夠藉此了解遙遠的星系。

此外，詹虎博士針對CSST與現有地面望遠鏡提出了一些問題，鄧大付博士講述了他如何提出將遊戲AI應用於太空探索及如何為此類任務進行AI訓練。

意見交流促進科學發展

有見CSST發射在即，詹虎博士和其他科學家希望Mather博士能夠分享一下如何將該項目的影響力發揮到最大，以及充分利用投入的資源。

Mather博士的回答簡單而直接：「共享數據，尋求幫助。」他解釋道當發布的數據越多，並讓其他人一起來分析數據，這個項目就會令人越發感興趣。

他指出建造望遠鏡或天文台，與分析數據和探求新發現所需的努力和技術並不相同。他說，JWST向世界各地的天文學家和科學家開放，接受他們的建議，與他們開展合作。

Mather博士對像周澤震一樣的年青人寄予厚望，他認為天文學家對物理學和工程學有深入的了解，使他們在科學技術領域，特別是在數據分析方面更出色。

Mather博士的結論非常樂觀，這反映了當前人們對科學和天文學的熱情。「對天文學家來說，這是一個非常令人興奮的時代，因為有了新的設備，意味着能獲得新的發現。有了它們，一切皆有可能。」

除了這場深空對話外，本次科學WE大會還組織了中國青少年與諾貝爾化學獎得主、DNA修復之父Thomas Lindahl，中國科學院國家天文台研究員、中國「天眼」、五百米口徑球面射電望遠鏡（FAST）總設計師姜鵬等科學家的數場對話，激發青少年對科學的熱愛與思考，讓求知跨越未知。

十年來共有80多位全球頂尖的科學家來到科學WE大會，與公眾分享最前沿的科技資訊，涉及理論物理、天文探索、腦機介面、量子計算、生命科學等多個領域。