5月中旬，著名女天文学家Sandra Faber来华访问，与中国年轻的天文学子和天文爱好者进行了多次面对面的交流。Sandra多年的人生经历和科学研究铸就了她洞察人世的智慧、逻辑清晰的思维、高瞻远瞩的科学视角，她喜欢和年轻人一起讨论问题。目前，Sandra正在参与三十米望远镜（Thirty Meter Telescope，TMT）项目。
一个大型望远镜的建设耗资巨大，往往不是一个国家所能承担的重任，而需要国际合作。“只有当我们高效的科研队伍团结一致，紧密合作，一起决定将要开展的重要科学项目是什么，天文研究人员才能真正科学地利用TMT创造出未来。”在上海天文台访问时，Sandra就望远镜建造、天文学与人类等相关问题发表了自己的看法。
推动我们建造大望远镜的最主要动力是什么？Sandra：基本上来说，最终的目标是解决科学问题，这也是最主要的动力来源。我想说，作为科学家，如果没有尝试去回答重要的科学问题，我们就不应该花费很多钱。我从来没有参与过一个并非由科学目标推动的大科学项目。天文大科学项目的灵感源于天文人自己的团体。建造天文台和天文仪器的人士是紧密联系的，你需要根据试图解决的科学问题，来设计和建造仪器和望远镜。
参与建造一个大望远镜，对天文学家的意义何在？Sandra：从某个角度来看，建造你的望远镜意味着获得一次机会，去重新思索你利用望远镜曾经所做的每一件事。也许你可以让每一个方面都变得更好。我想，TMT30米望远镜（Thirty Meter Telescope; TMT）就是一个完美的示例。如果你所做的光学波段观测数据受天光限制，天光于你而言便是噪声。
当你在夜晚观测目标天体，尽管天空已经不如白天时那么明亮，但它在观测者的眼中依然太亮。所以，当你能观测点源且在视宁度足够高的情况下，你可以减小仪器的光圈孔径，减少接收的天光线。相比于保持孔径大小不变，这样做将可以提升望远镜接收来自点源的光子的效率。进一步思考，如果我们使用的是更大的望远镜，例如口径为30米的TMT，其对应的衍射极限半径将更小，观测点源时接收的天光背景噪声可更少。
因此，如果宇宙中有任何点状天体，都将是适合TMT观测的天体目标。TMT能解决怎样的问题？Sandra：TMT将可以推动天文学各个基础研究领域进入新的探索深度。比如系外行星领域。我想在TMT的帮助下，我们将不再仅仅是寻找地外行星，还将进一步分析它们的性质。我们将有机会拍摄系外行星的三维成像光谱，揭示它们的秘密。比如最近，我在读一篇发表于2001年的有关系外行星的文章。
文章的两位作者试图通过计算去了解，利用当前已有的望远镜对基于掩星法发现的系外行星拍摄光谱，有无可能在光谱中探测到O2吸收线。答案是可以，但只是针对其中一部分系外行星——它们必须比地球大，不能类似于地球相对太阳的大小。那如果利用TMT，结果会怎样呢？这是一个空白的区域，重新基于这篇文章的方法，根据TMT的技术参数做一次计算，确定TMT可以探测O2吸收线。
你们应该听说过天文学家在用类星体探测Lyα森林，目的在于研究中性气体在宇宙空间中的分布。问题在于，宇宙中的类星体广泛分布于天空的不同区域和不同深度，可是根据目前的观测结果，我们得到的信息只是在不同方向上的部分中性气体分布，据此我们无法构建一个完整的图像。因此，如果我们能观测得更深，探测更暗的天体并将它们作为背景源来研究Lyα森林，我们将可以得到一个更深的关于中性气体分布图像。
这就好像一个临界值的问题。我们已经知道，当探测的极限星等更暗1.5星等，我们就可以看到150倍于当今观测的天体，因为更暗的源也将被我们看见。所以我觉得，这是另一个很有潜力的领域，在这个领域中，你可以观测到更深的Lyα森林和阻尼Lyα森林系统，从而构建更大的宇宙网络图景。我很感兴趣的另一个话题是黑洞的成长。TMT接近衍射极限的空间分辨率以及光谱观测能力，使得它能做哈勃望远镜所无法企及的事情。
相较于今天的望远镜所能达到的最高分辨率，其分辨率还要高10倍。因此，TMT将使你看到，在更小星系中心隐藏的更小黑洞，以及更远星系中的黑洞。在我看来，黑洞成长问题是天文学中的重大难题之一。TMT望远镜为什么要设计成30米，而不是20米呢？Sandra：哈，这不是我的专长。我想我不是那个最合适的专家来解释“我们已经建造了10米望远镜，还能建更大的吗？多大？
”我聪明的同行Jerry Nelson将是回答这一问题的最佳人选，他负责设计TMT的镜面系统。当你试图建造更大的望远镜时，事情变得更加复杂，而不仅仅是再多建造一些小镜面进行拼接。TMT的口径是30米而不是20米。Jerry花了近4年时间研究一系列计算，发现30米是他觉得目前在技术、经济等各方面所能承担的最大口径。
欧洲人曾建议要建造一个更大的望远镜——100米望远镜，而且他们好多年来一直在讨论这个建议。瑞士人建议造一个50米望远镜。很多年后，当建议变得越来越趋近现实时，人们变得更加保守。这也是为什么欧洲极大望远镜的口径从一开始的建议口径减小到今天计划中的39米。我们处于满足望远镜口径建设要求的边缘，我们处于世界支持建设巨型望远镜所能提供的资金边缘，一切都刚刚好。可以说，在未来下一阶段不会再建设更大的望远镜。
年轻人参与到TMT的工作中，需要提前做哪些准备？Sandra：有两种方式可以让你真正参与大项目的建设和准备过程，一种是在基础科学方面做准备，另一种是在技术方面准备。如果打算为大望远镜的基础科学方面做贡献，你可以立即开始做一些数值模拟等工作。而且你实际上并不需要太多的额外准备，所需要的工具就在眼前，例如电脑、资金和共同参与讨论，以及研究的合作者。
如果打算为TMT的技术方面作些贡献，我建议先想清楚自己是否对它真正感兴趣。这是个长期项目，因此你必须“自私”一点，对自己的职业负责；如果你对它不感兴趣，就没有必要牺牲自己的职业，投入到这个长期项目中。但如果你对参与这样的大项目很感兴趣，你应该现在就开始融入。如果你现在有一些好想法，现在就是很好的时机往前迈一步，让你的想法被同行知道，建立一定的学术声誉。
你需要处在正确的轨道上，需要有一位导师，在一个实验室中工作，参与到一个实验团队中。在这里，我想谈谈光学设计。光学设计是一门关键性的技术。全世界也没有几个正在为天文领域服务的优秀光学设计专家。如果你打算致力于光学设计方向，你必须要精于此道，成为一名大家。您如何看待天文与人类的关系？Sandra：我认为人类正处于地球这颗行星的某个关键点。人类要为自己以及这个星球做些什么呢？
在某个层面上，天文给予了答案和动机。我们知道宇宙以及人类生活的家园——地球的历史，理解我们从何而来。我们这一代，是人类历史上见到整个宇宙图景，并且给出这些答案的第一代。50年前，人们还不知道这个图景，但是现在你知道了宇宙和地球的历史，此后，你就会开始思考未来。这是研究太阳系以及系外行星很有趣的地方。众人皆知，太阳还会存活很久，所以我们有足够的时间去清楚地理解它。
对于这个几十亿年的尘埃系统，我们已经略知一二。我们了解到地球曾遭遇小行星撞击。总有一天，我们将有办法转移可能撞击我们地球的天体。就可能会影响人类生存的因素而言，在地球演化的某些阶段发生的火山爆发，是我们面临的最大威胁。我曾对这些影响因素做过一些调查，得出的结论是，地球还能提供我们人类大约1亿年的美好生活。
因此，我不知道此刻的天文学家，是否应该向公众传递这样一条信：我们人类既然已经知道这些关于宇宙的知识，我们又该如何应用这些知识呢？我们都知道时间很宝贵，而我们还拥有宝贵的时间礼物——约1亿年的时间，我们将如何利用这些时间？没有人试图回答这个问题。我们对未来的人类有怎样的义务和责任呢？我们认为对孩子、孩子的孩子负有责任，很难再想得更遥远。我们在地球上是否有一些重要的使命呢？我们真的是罕见的物种吗？
有没有更多的关于我们的重大事件呢？这些都是我感到疑惑和惊奇的地方。它们都是有趣的问题，也许你们也可以对此思考。