从筚路蓝缕到跻身世界前列，日本天文学界付出了半个世纪的努力和探索。曾经的日本和我们一样，都是天文学界体量远小于欧美的国家；又是与我们文化与体制相近的邻居。这一段关于远见与雄心的故事，值得我们细细体味。
从2014年开始，笔者作为「昴星团」望远镜超广角主焦点照相机巡天项目成员，开始利用这个宏伟的科学项目进行星系演化的研究。在这期间，尤其是在日本工作的这两年半时间里，深切地感受到了大型地面光学设备背后所需要的艰辛付出，及其对一个国家天文学界的巨大推动作用。尽管笔者的学识与本文的篇幅均有限，还是期望可以通过昴星团望远镜这块“他山石”背后的探索为中国大型地面光学设备的未来提供些许思考。
2018年9月26日，日本国立光学天文台（NAOJ）等日本天文科研机构同时进行了新闻发布。然而，这次大张旗鼓向日本公众炫耀的，并不是宇宙深处美轮美奂的图像，而是几张奇怪的图表。
这张极简的图表高度概括了日本「昴星团」望远镜（Subaru）上正在进行的巡天项目所给出的宇宙学模型限制。图表的横坐标表示了宇宙中物质的比例。
按照当前人类的认识，宇宙的命运被我们知之甚少的“暗能量”所主导，只有大概20%-30%的组分由物质构成，而其中绝大多数又属于扑朔迷离的“暗物质”。图的纵坐标所象征的则可粗略看成宇宙中物质分布的聚集程度。而图上的红色区域正是「昴星团」望远镜上崭新的主焦点超广角照相机带来的新结果。换句话说，在现有数据的精度下，宇宙的命运正扭捏地隐藏在这团红色覆盖的参数空间中。
图上同时还展示了其他项目在宇宙历史的不同阶段给出的的参数限制。敏锐的读者可能会意识到，这些结果虽总有重合，但又隐喻着差异，似乎在狡黠地调戏着天文学家。这些似有似无的差异确实正在缓缓揭开着观测宇宙学的新篇章，但这个故事我们留到后面再讲。
这里我更想谈的是另一个微妙的细节：图中和其他项目进行比较的时候，日本天文学家们特意标出了暗能量巡天是美国主导的（DES，绿色），而千平方度巡天（KiDS，灰色）则是欧洲主导的。要知道英文版的新闻发布中并没有这样的注释。这仿佛是专门为日本民众准备的一份骄傲：观测宇宙学的舞台上一束聚光灯骤然亮起，日本天文学家微笑着走到灯下。
这样的骄傲是有资本的。宇宙学模型是天体物理和宇宙学研究的“圣杯”。
有什么比“宇宙从何而来”更能穷尽人类的好奇心呢？图中的这些项目，欧空局（ESA）主导的普朗克（Planck）卫星代表了对宇宙极早期微波背景辐射分布的最精确测量。这是天文学家对宇宙学模型信心的最重要支柱。然而，Planck测量的是约137亿年前的混沌初开。漫长的岁月里，宇宙经历了沧桑巨变。现有模型下，宇宙加速膨胀，暗能量只是在“最近”才成为主导宇宙命运的力量。
而这里面的细节，还需要用其他宇宙学探针去了解。
各种工具中，弱引力透镜在近十年里一跃成为最受关注的“新宠”：依照广义相对论描画的时空法则，遥远星系的星光会因传播途中经过的质量分布产生微小弯折，导致我们看到的星系形状产生形变。仿佛透过一块薄厚不均的玻璃所看到的些许扭曲的景象。
半个世纪前，宇宙学家就从理论上指出了从大量遥远星系的形变中推测宇宙质量分布和演化历史的可行性。
弱引力透镜现象被探测到也都是30年前的事情了，但其真正的宇宙学潜力也只是在最近才被慢慢挖掘出来。这是因为弱引力透镜观测难度极大！这些星系的形变极其微小，肉眼察觉不到，直接测量都几乎不可能，只有在解决了从大气扰动到观测仪器引起的复杂挑战后，通过大量暗弱星系的观测去统计挖掘。
想要走到这步，最基本的配置也是：1. 优良台址的大型光学红外望远镜；2. 高成像质量的大视场照相机；3. 经验丰富、专业全面的技术和科学团队。
屈指算来，在日本之前，全世界能够“玩得起”这个游戏的，只有美国和抱团在一起的欧洲。
日本能够加入这个奢侈的小俱乐部凭的是位于夏威夷大岛莫纳克亚（Mauna Kea）山顶的口径8.2米的「昴星团」望远镜，当前全世界最大的超广角主焦点照相机（Hyper Suprime-Cam或者HSC），与以「昴星团」望远镜为基础，通过广泛国际合作培养起来的日本光学天文团队。毫不夸张地说，日本天文学界为了这天已付出了半个世纪的努力和探索。
二战之后的日本社会经历了深刻的变革和动荡，也体会到了经济复苏的刺激。日本光学天文学向着世界前列迈进，也是在这个背景下展开的。1952年，时任东京天文台（NAOJ前身之一）台长的著名天文学家萩原雄祐访问美国，参加国际天文学联合会（IAU）大会。这是战后的日本首次回归国际天文学界。然而也正是在这次旅行中，萩原台长痛心地看到了日本天文观测研究与美国之间的巨大差距，立下了踊跃追赶的决心。
次年正月，身为“天子讲师”的萩原利用为天皇授课的机会，冒着受到责罚的可能斗胆向天皇进言：“日本需要一架大望远镜”。这便是在日本天文学史上传为佳话的“萩原雄祐博士の直訴事件”。而萩原台长的执着终有回报，在斥资当年的三亿日元，耗时五年的建造后，1960年10月，口径世界第七、东亚第一的岡山天体物理观测所的188厘米口径反射望远镜落成。
这架由英国代为建造的反射望远镜一举将日本的观测天体物理带回了世界舞台。此后十年中，岡山188厘米望远镜在恒星与星系观测领域为日本培养了大量人才，还第一次为人类拍摄到了X射线源的光学对应体。
当然，随着脉冲星、宇宙微波背景辐射、星际有机分子等重大发现面世，20世纪60年代的天体物理学是属于射电波段这个新兴之秀的。日本天文界迅速捕捉到了这个动向。
70年代，东京天文台将建设大型射电望远镜作为主攻目标，开启了45米口径的野辺山射电望远镜建造计划。但此时，欧美一批3-4米口径的大型光学望远镜都在建设中，岡山反射镜在观测能力上已经落后了。到了1988年，岡山188厘米只排名世界第33。1989年，北京天文台兴隆观测站2.16米反射镜投入使用，“东亚第一镜”头衔易手。
当然，名气还在其次，随着日本天文界成长，台址天气并不优良的岡山已不能满足科学家的观测需求。日本天文界再次感到了在光学观测领域的紧迫感。
1978年，东京天文台小平桂一发起了面向全日本24所研究机构100多位天文学家的问卷调查，并将结果汇总于《大型望远镜意见交换报告》中，提出了建设4米级望远镜的意向。这应该是日本天文学界第一次把建设世界顶级的光学望远镜的计划落在纸上。1979年，以红外观测研究著称的京都大学提出了建设4米口径“大型红外望远镜”的计划，成为了日本向大型地基光学观测设备进发的另一股源流。
按常见的官方介绍，「昴星团」望远镜的设计源于1984年东京大学的7.5米望远镜的概念设计，并经1985年日本科学委员会天文部的“日本国家大望远镜”（JNLT）具体实现。把望远镜放在夏威夷山顶则是1986年的决定了。然而，据NAOJ的野口邦男整理的史料，「昴星团」计划的成型，是日本光学红外天文界在10年里无数次的论战、调研、考察后的结果。
在一份让人惊叹的85页文献里，野口邦男详尽地整理了从60年代岡山望远镜落成到1984年望远镜设计成型前，围绕着日本大望远镜计划的所有重要会议和讨论。这份难得的记录忠实地勾勒出了日本天文学家通往莫纳克亚山顶的曲折路程。
在这样的决心下，1980年12月，日本“光学红外天文联络会”（光学赤外線天文連絡会，简称“光赤天联”，GOPIJA）成立。这个由日本各个天文研究机构的科学家自发形成的组织，虽然名称和缩写几经变化，直到今天依然为全日本学者提供着公开学术交流的平台。作为一个“非官方”的学术组织，GOPIJA给出的专业评估报告（“光赤天連声明”）对日本天文界推进重要科学项目依然有着举足轻重的作用。
在这样携手同心的推动下，日本下一代大型光学望远镜的具体计划呼之欲出。具体的技术争论还在继续，但“Best Site, Best Telescope”（最好的台址，最好的望远镜）的决心，已经暗暗刻入了这批日本天文学家的脑海。
以我粗浅的阅读，很难准确地点出「昴星团」项目最关键的节点。
但曾任日本国立天文台台长的海部宣男在《昴星团望远镜的建设和夏威夷观测所的创立》一文中回忆：1983年日本天文学研究联络委员会的会议上，“光赤天联”几经讨论后给出了“在国内尽早开始中型望远镜的建设，为在海外建设大型光学望远镜进行筹划”的方案。听到这个提案后，著名日本天文学家林中四郎的第一反应是“恩？这样就可以了吗？”名古屋大学的早川幸男教授也随即提出“既然要建，不应该努力做到世界最好吗？
”在讨论的收尾阶段，会议主席直接向东京天文台台长古在由秀提问：“东京大学可以承担在海外建设大型光学红外望远镜的任务吗？”古在台长当即给出了肯定的回答。海部教授说，这便是日本光学红外天文学迈出飞跃一步的时刻了。
1983年11月，东京天文台台内望远镜工作组成立，开始了与国外望远镜专家的接洽对欧美建设中的大型望远镜的深度调研。工作组在一年时间里就进行了62次技术研讨会，涵盖了大型光学望远镜设计的方方面面。正是在这样的努力下，8米口径的“日本国家大望远镜”的蓝图终于日益清晰起来。
1988年，在古在台长的大力推动下，东京大学天文台与若干日本天文观测机构合并成为日本国立光学天文台，为真正的建设属于“日本国家”的大望远镜铺平了道路。1991年秋天的一个夜晚，海部宣男在家中接到了JNLT计划负责人小平桂一打来的电话：“光学红外望远镜的经费被批准了，你要来上班吗？
”1999年12月，昴星团望远镜正式交付日本国立光学天文台，在经过不到一年的磨合与调试后，于新世纪的第一年开放给全日本的天文学家使用。
“昴星团”的名字是从3500多个公众征集来的命名中挑选出的。这个在中国被爱称为“七姐妹”的优雅星团在日本文化中也一直享有独特的地位。日本平安时期女作家清少纳言在她著名的《枕草子》中就曾发出“星はすばる”（最美的星，便是昴星团）的感叹。在日本民间，昴星团一直是重要的时令指示。日本各地皆有不同版本的“昴星当空，荞麦当种”的农谚。
矗立于海拔4139米处，拥有一身梦幻涂装的「昴星团」被天文学家亲切地称为“蓝色巨人”。这架主体由日本三菱公司建造的望远镜处处体现着在世界舞台上崭露头角的日本天文界的锐意进取。
和莫纳克亚山顶其他巨镜相比，昴星团有着别具一格的银色椭圆柱形“圆顶”。在风洞测试下，这样的结构能够更好地减小建筑内部的空气扰动，在90年代初是非常“新潮”的设计。
「昴星团」的主镜则是美国著名的科宁公司（Corning Incorporated）用4年时间倾力打造的杰作。作为当时世界上最大的单体镜面，8.2米的主镜仅仅有20厘米厚，表面精度却极高。观测过程中，镜面的形状全靠背面的261个促动器维持。这样的主动光学技术在90年代也是让人羡慕的新技术。
不过作为科学平台，望远镜的真正实力是通过搭载的科学仪器展现的。
从90年代初开始，日本不同机构的天文学家为「昴星团」量身打造了一大批科学仪器，让它在投入使用三年后，就成为了坐拥七个照相机和光谱仪，全副武装的巨人。此外，在「昴星团」的光学设计中，日本天文学家还首次在8米级别的大型望远镜中强调了主焦点的观测能力。主焦点是反射望远镜各种焦点中光路损失最小的，特别适合大视场观测大量暗弱天体。然而为了保证视场内一致的成像质量，需要设计复杂的主焦点像场改正镜，难度很大。
且改正镜和主焦点设备产生的重量对整个望远镜都有显著的影响。不过，在和代表了日本最高光学水平的佳能公司的合作下，日本天文学家顺利攻克了这一难关。
当然，任何激进的背后都伴随着代价，「昴星团」也不例外。一系列新技术的使用必然带来更高的学费。作为一架8米望远镜，昴星团的造价达到了惊人的近4亿美元。而她的邻居，两架10米口径的美国凯克望远镜（Keck）总计才花费约2亿美元。更遗憾的是，第一次在海外复杂环境建造大型望远镜的日本团队在管理上也有诸多疏漏：「昴星团」建造中两次发生重大安全事故，总计四位美国工人付出了生命的代价，留下了血的教训。
同时，在科学上，首次在8米级别望远镜上施展手脚的日本天文学家也感到了竞争带来的压力。虽然「昴星团」仪器众多，但其中不少的使用体验和效率都差强人意。投入科学运行十年后，在若干机构的统计中，「昴星团」望远镜的科学产出均落后于美国和欧洲的同级别望远镜。
在这些问题面前，日本天文学界进行了新的思考，决定通过减少仪器数量，开展远程队列观测，加深国际合作，推进能造福整个天文界的大项目等措施对「昴星团」进行转型。
日本天文界敏锐的注意到了「昴星团」主焦点照相机（Suprime-Cam）在科学家中颇受欢迎，并结合21世纪后大型巡天展现出的惊人科学潜力，为「昴星团」量体裁衣定制了两架极为强大的主焦点巡天设备。
前文提到的超广角主焦点相机（HSC）已经投入使用多年，正在以空前的深度为我们展现着宇宙的魅力。而正在建造中的主焦点光谱仪（PFS）则是全世界第一具在8米级别望远镜上实现的巡天光谱仪，将为我们进一步揭示宇宙起源和星系演化的秘密。
在这两个项目中，我们既可以察觉出日本制造的骄傲，也可以看到广泛而深入的国际合作。比如HSC这架高3米，重3吨的“怪物”相机几乎全部在日本制造。
其中，超前复杂的光学改正系统由佳能负责；相机的机电部分依然由三菱建造；而相机的核心——114块高质量的感光器件（CCD）则全部来自日本滨松公司。可以说是在各个方面展现了日本制造的最高水平。然而巡天项目本身则是通过高度的国际合作开展，通过和美国普林斯顿大学经验丰富的巡天团队合作进行数据处理和分析。可以说，和日本天文界一样，「昴星团」也在日益成熟，日益国际化。
今年11月，庆祝「昴星团」建成20周年的国际学术会议将在夏威夷召开。到会的天文学家将为「昴星团」的未来进行更细致的规划。未来10年内，我们有望见到又一次天文观测设备的革命。一批30米级地面望远镜和多个下一代空间设备的投入使用又在敦促着日本天文学家重新思考「昴星团」——一架“仅仅”8米口径的地面望远镜的前途。
近年来，一个名为「究极昴星团」（Ultimate-Subaru）的计划已经浮出水面。在此规划下，主焦点双壁HSC和PFS将与全新设计的自适应光学观测系统合力，打造一个更为强大的「昴星团」鼎立的三足。
「昴星团」的故事，还远远没有讲完。