大家好，我是来自国家天文台的范舟，很高兴跟大家分享我给星星和星系做人口普查的过程。提到天文，大家可能首先想到的就是星空。星空非常美丽，有时候你一直看着星空，心中会涌现一种莫名的感动，感觉人类特别渺小。这张图片拍摄的是国家天文台兴隆观测基地的夜景，非常漂亮，大家有机会可以前去参观。
在仰望星空的时候，很多人都会思考，天上的星星到底有多大？宇宙里面到底有多少颗星星？宇宙有没有边界？如果有边界，宇宙外面又是什么呢？远古时代，人类就一直仰望星空，思考各种和星空有关的问题。不过长期以来，人类一直都是用肉眼观测星空，而由于肉眼视能力的局限性，人们很难观测到特别暗、特别远的天体。
直到400多年前，伽利略第一次把望远镜指向星空，看到了人类肉眼无法看到的东西，比如月球上的环形山和山谷；太阳不但有黑子，它还在自转；金星和月亮一样，也有阴晴圆缺；木星不仅仅是一个光斑，它周围还有四颗卫星，后来被命名为伽利略卫星。这是一个里程碑式的事件，从此之后，人类开始使用各种工具探索宇宙，并且进入了一个制造望远镜的竞赛时代，因为制造出更大口径的望远镜，意味着可以看到更远的宇宙，更暗弱的天体。
18世纪末德国有一位著名的天文学家，叫威廉·赫歇尔，他是制造望远镜方面的专家，一生建造了上百架天文望远镜。赫歇尔建造的1.2米望远镜虽然笨重，操作起来也不方便，但由于口径够大，所以借助它威廉·赫歇尔看到了很多之前无法看到的星体，如天王星以及天王星的卫星。
随着科技的进步，人类制造出了更大的望远镜，比如1917年建成的2.5米胡克望远镜。关于这个望远镜还有非常一个有趣的故事。这张照片中正在使用望远镜的人是爱因斯坦，他身后叼着烟斗的是哈勃。大家知道，爱因斯坦提出了广义相对论，建立了宇宙模型。但他刚把宇宙模型建起来，就非常惊讶地发现，宇宙居然是在膨胀的。哈勃用胡克望远镜观测到了很多星系，发现几乎所有星系都在远离我们，所以得出“宇宙在膨胀”的结论。
之后还有很多新的望远镜诞生。这个5米口径的海尔望远镜建成于1948年，此后的40多年时间里，它一直是全世界像质最好、口径最大的望远镜。科技的进步让望远镜越做越大，甚至出现了像哈勃望远镜这类的空间望远镜。但是这些望远镜早期都局限于观测单一的天体。于是就产生了另一种方式的观测模式——天文巡天。
天文巡天就是对天空进行大范围的观测，甚至进行全天的观测，这有点儿像人口普查。只有观测的范围足够广，调查的数据足够多，才能得到相对全面且正确的结论。实际上，200多年前的人们也做了一些类似巡天之类的工作，法国天文学家梅西耶就根据观测做出了梅西耶星云星团表。表中包含了110个天体，比如M31仙女座星系，在梅西耶星表里就排第31位。
通过对蟹状星云的观测结果，人们最终推算出来，M1应该是在中国宋朝的时候爆发的，所以和历史记载很好的吻合。前一段时间人类首次拍摄到的黑洞照片拍摄的就是M87星系。直到现在，梅西耶星表到也非常流行，每年3月底全世界都会举行梅西耶马拉松——北半球的天文爱好者会拿着小型望远镜对星空中的梅西耶天体进行观测，一晚上把梅西耶星表里面所有星云、星团和星系都观测一遍。
除了梅西耶星表，还有一些代表性星表，比如NGC星表（星云和星团新总表）。NGC星表包含的星云、星团、星系的数量更多，有7000多个，星表里一一记录了它们对应的编号、位置、亮度、距离等信息。其实，如果把这些星表拿出来，你会发现，实际只是一个文字的表，记录了一些最基本的信息，并没有照片。主要是因为当时记录成像的技术并不是那么成熟，大家拿望远镜可以看到很多天体，但要真正记录下来却很难。
直到1950年左右，当拍照技术发展得比较成熟后，才有一些厂商有能力提供大批量高质量的照相底片供天文观测拍照使用。于是出现了对天文学产生深远影响的帕洛马巡天计划。帕洛马巡天由美国国家地理协会和帕洛马天文台联合开展，对北半球天空进行全天巡天观测。每次拍一张照片，最后把所有拍出来的照片合并成一张非常大的照片。
大家想查某个天体，只用翻看这个有图像的星表，就能看到它的位置、形状和大小，甚至它周围有没有别的星体都能看得非常清楚。
20世纪70年代，为了获得南半球的天体资料，人们利用澳大利亚英澳天文台的UK Schmidt望远镜对南半球做了巡天，后来将南、北半球的观测数据进行结合，形成了一个巨大的数据库。随着电子化技术的提升，人们又把这些照片的底片进行了数字化操作以供人们从网上下载使用。
刚才说了很多国外的巡天，中国的巡天工作是怎么发展起来的呢？中科院院士、国家天文台研究员陈建生老师曾在20世纪七八十年代前往澳大利亚国家天文台访问，当时帕洛马巡天在国际上非常火爆，影响力非常大，他也深受启发。回国后，陈院士利用国家天文台兴隆观测基地的一个60公分口径的施密特望远镜，装配上不同颜色的滤光片对天空进行大视场巡天。
当时的巡天还配备了一个CCD（电荷耦合器件）相机，今天手机里也有类似运用，摄像头的前面是用于光学成像的镜片，后面是一个记录成像的仪器，手机一般用CMOS（互补金属氧化物半导体），CCD性能更高级一些。这个巡天概念是20世纪90年代提出并开展起来的，可谓非常超前和新颖，一经提出，就受到很多研究机构的积极响应。
从1995年开始，7年的时间里面，这个巡天就总共观测得到了2707颗有暂定编号的小行星，而且都是新的小行星，之前别人并没有发现的。其中500多颗小行星拥有永久命名权。大家都知道，南仁东老师是中国“天眼”的发起人和奠基人，鉴于他对我国大科学装置的巨大贡献，所以用他的名字命名了一颗小行星。
在巡天项目里，除了要给小行星查户口，还要给近邻的星系查户口，看看周围有多少个星系，它们长什么样子。仙女座星系非常漂亮，它周围有一些尘埃和气体的环状结构，从图上还能看到两个小的矮星系M32和NGC205。现在的仙女座星系是什么样子，我们必须要再等250万年才能看到。球状星团是几千颗到几百万颗恒星的集合体，它记录了星系早期形成时的重要信息，是一个星系形成和演化的活化石。
不过不幸的是，我们在地球上很难看到仙女座星系中球状星团里的单颗恒星，一是因为仙女座星系离我们太远了，二是因为大气的湍流会把所有的星象都变成模糊的一团。科学家通过恒星的模型计算出很多星族的模型，通过这些星族的模型，他们又可以计算出具有不同年龄和化学组成等信息的能谱。经过研究，我们最后得到了仙女座星系形成和演化的关键信息。
近年来的深场观测发现，仙女座星系M31和三角座星系M33之间有很强烈的相互作用，导致很多星流的产生。星流产生的过程非常剧烈，但更剧烈的是，45亿年之后，仙女座星系会和银河系发生碰撞。大家一定觉得非常可怕，认为两个星系相撞后，地球一定就毁灭了，其实并不是。因为星系里恒星的密度是非常低的，恒星几乎不可能发生碰撞，行星碰撞更不会发生了。
通过宇宙中大样本的星系观测研究发现，星系之间的相互碰撞和并合是普遍存在的。研究了这么多星系，并不代表我们对自己身处的银河系的研究就十分透彻，事实上正好相反。正是因为我们身处银河系，所以才“不识庐山真面目，只缘身在此山中”。通过LAMOST望远镜和Gaia卫星的观测，我们现在已经得到1000多万条恒星光谱。我们有了巨大的恒星观测样本，就可以对银河系的结构和演化得出更多更深入的认识。
做了这么多年的巡天工作，我想说一下我个人的感受。天文学就像一座宏伟的大厦，大家看到的只是大厦的顶端，耀眼的诺贝尔奖，比如发现引力波，比如宇宙的加速膨胀，等大科学成就。实际在这座大厦的底端，还有很多像我们这样最基层的观测人员。通过日积月累的长期观测，得到了大量可靠的、高质量的数据，这样才能支撑着天文学这座宏伟的大厦。所以，作为一名基层观测人员，一名巡天项目的观测人员，我感觉非常自豪。