我們的祖先第一次仰望星空的時候，一定驚訝於星空的絢麗，否則他們的後代不會執著於要去揭開星空的秘密。然而，肉眼的視野畢竟有限。1609年伽利略把望遠鏡對準木星，從此我們才能望向宇宙深處。所以我們可以說，望遠鏡是我們觀察宇宙的“大眼睛”，現代天文學研究更是離不開各類先進的望遠鏡。
就在10月30日，美國夏威夷州最高法院的一項裁決讓不少天文學家懸了幾年的心暫時落了地。法官們以4：1的投票結果批准了三十米望遠鏡（Thirty Meter Telescope，TMT）的建設用地許可[1]。
三十米望遠鏡（TMT）的藝術概念圖。圖片來源：TMT官網www.tmt.org
細數現在世界上大大小小的望遠鏡也不少了，為什麼天文學家還要費盡心力，甚至不惜鬧到法院，也要堅持建設這個直徑三十米的“大眼睛”呢？
三十米口徑：尺寸夠大
鏡面面積是望遠鏡的一個關鍵指標。一般來說，鏡面越大，收集信號的能力就越強。太空望遠鏡因為觀測不受地球大氣的影響，所以受到天文學家的青睞，比如很多人熟悉的太空圖片都是由哈勃太空望遠鏡拍攝的。
但是，受火箭尺寸和發射重量等因素的限制，太空望遠鏡的體積不能太大，因此鏡面面積要比地基望遠鏡小得多，例如哈勃太空望遠鏡的鏡面直徑只有2.4米，而計劃於2021年發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的主鏡直徑為6.5米。與此相比，地基望遠鏡的鏡面面積普遍要大不少，例如歐洲南方天文臺在1998年建成的甚大望遠鏡（Very Large Telescope）的主鏡直徑就達到8.2米。所以在發展太空望遠鏡的同時，天文學家也在積極研發地基望遠鏡。
受制於技術和資金等因素，地基望遠鏡也不是想建多大就能建多大。但是，天文學家又日益感受到現有望遠鏡口徑不足帶來的問題。以系外行星為例，因為離地球太遠又太暗，目前的地基望遠鏡很難對它們進行觀測。在開普勒太空望遠鏡退役之後，如果有大口徑的地基望遠鏡與“苔絲”（TESS）相配合，那我們搜尋“第二個地球”的腳步也許會快得多。
正在使用中的口徑最大的望遠鏡是位於美國夏威夷莫納克亞山（Mauna Kea）山頂的兩臺凱克天文臺望遠鏡（Keck I and II telescopes），鏡面直徑都是10米[2]。因此一旦TMT建成，集光能力將達到凱克望遠鏡的9倍。正因為如此，天文學家才滿心期待TMT能早日建成。
TMT的各項參數。尺寸：直徑30米；總集光面積：655平方米；分辨率：哈勃太空望遠鏡的12倍；鏡面：由492塊反射鏡片組成。圖片來源：TMT官網www.tmt.org
莫納克亞山：位置最佳
TMT聽起來確實不錯，但是世界這麼大，天文學家為什麼偏要選和凱克天文臺一樣的臺址來建設這臺望遠鏡呢？
答案是，莫納克亞山簡直是為天文觀測量身打造的觀測地點。它位於美國夏威夷州的夏威夷島（也稱大島，Big Island）上，海拔4207米，是夏威夷第一高峰。同時，由於山體有超過6000米位於海平面以下，加起來的整體高度超過10000米，大於珠穆朗瑪峰在海平面上的高度，所以莫納克亞山是世界上總高度最高的山[3]。
莫納克亞山的位置。圖片來源：Wikimedia Commons
莫納克亞山適於進行天文觀測主要有幾個原因。首先山頂海拔高，位於逆溫層之上，因此山頂無雲，空氣乾燥，可以大大降低大氣中的水汽對望遠鏡觀測的影響。此外，山頂的大氣非常穩定，沒有湍流，具有世界上最好的視寧度，也就是能夠提供最好的望遠鏡圖像清晰度。同時莫納克亞山遠離城市，那裡的暗夜受到法律的保護，因此能把光汙染降低到最小程度，便於望遠鏡觀察遙遠的暗天體[4]。
正是因為有這麼好的條件，莫納克亞山成為天文學家心目中的聖地。目前，在莫納克亞山頂有十幾臺觀測設備正在工作。這裡還是國際合作的平臺，日本、英國、加拿大、法國、澳大利亞等國都在山頂獨立或者合作建立了觀測設施。
莫納克亞山上的觀測設備，從左至右分別為昴星團望遠鏡（Subaru Telescope）、凱克天文臺的兩臺望遠鏡和美國國家航空航天局紅外望遠鏡設備（NASA IRTF）。圖片來源：Bob Linsdell丨Wikimedia Commons
TMT在選址之初，曾有多個候選地點，後來項目委員會從中選擇了2個，南北兩個半球各1個：北半球選在莫納克亞山，南半球選在智利的阿塔卡瑪沙漠。考慮到歐洲南方天文臺正在智利建造ELT，如果TMT也選擇在智利建造的話，那麼有很多目標兩臺望遠鏡都無法觀測。綜合資金和其他因素，TMT最終在2013年選址在夏威夷。
抗議聲不斷：建成不易
2013年選址完成後，2014年TMT就已經得到了夏威夷州土地與自然資源部的許可並在莫納克亞山破土動工。然而，到了2015年，由於遭到部分夏威夷原住民的強烈反對，夏威夷州最高法院撤銷了施工許可。當時，甚至有原住民因為阻止施工而被逮捕[5]。
2015年4月，部分夏威夷原住民抗議在莫納克亞山修建TMT。圖片來源：Hollyn Johnson/Hawaii Tribune-Herald
既然莫納克亞山這麼適合天文觀測，又已經有這麼多的觀測設施建在那裡，怎麼TMT就這麼一波三折呢？
其實，自20世紀60年代莫納克亞山上第一次出現望遠鏡以來，就有不少反對在莫納克亞山建設望遠鏡的聲音。一些環保組織擔心天文臺會破壞山頂脆弱的生態環境，威脅到一些瀕危物種的生存。當地原住民則認為莫納克亞山是夏威夷人的神山，山頂的建設破壞了當地人的信仰和文化。這些年來，雖然在莫納克亞山上陸續建立了一系列的天文臺，但是來自環保組織和當地原住民的抗議始終沒有停止過[6,7]。
這一次夏威夷州最高法院的裁決在法律上保證了計劃得以繼續實施，除非美國聯邦最高法院接管這一案件。不過，雖然TMT項目可以重新啟動，卻仍需要提交建設方案以供評估，而這一過程可能會長達2年。只有這個方案得到批准，施工才能繼續進行。此外，法院的許可還包含了很多附加條款，比如天文臺對員工進行文化培訓，同時拆除目前山頂上的部分望遠鏡等
[1]。因此，天文學家只能暫時樂觀起來，有了前車之鑑，未來他們還需要謹慎對待建設過程中的每一個細節。原定於2022年投入使用的TMT已經被推遲到大概2027年才能建成，所以天文學家也不得不調整建設和研究計劃。
TMT的研究對象包括星系、黑洞、恆星和行星。圖片來源：TMT官網www.tmt.org
不過，他們始終希望TMT在建成後能在多個領域內取得突破，其中包括宇宙中最早的恆星和星系的形成、宇宙大尺度結構的演化、星系中心黑洞的性質以及系外行星是否存在生命等課題。當然，最激動人心的也許是TMT和它的很多“前輩”一樣，出人意料地發現我們現在根本不知道的研究對象，從而拓寬我們望向宇宙的視野。
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