伽利略1609年发明了人类第一台天文望远镜，并第一个用望远镜观察到土星光环、太阳黑子、月球山岭、金星和水星的盈亏现象、木星的卫星和金星的周相等现象。天文望远镜的发明极大的改观了人们对浩渺宇宙的认知。

世界上很多著名的望远镜都以伟大的科学家命名。哈勃望远镜是以发现宇宙膨胀，并奠定星系天文学和观测宇宙学基础的著名天文学家爱德文·鲍威尔·哈勃命名。伟大的万有引力发现者艾萨克·牛顿也有以其名字命名的X射线望远镜，即XMM-牛顿卫星。欧南台规划中的爱因斯坦望远镜则将用于探测来自宇宙的涟漪—引力波。在美国夏威夷大岛海拔4100米的莫纳克亚山(Mauna Kea)上也伫立着一座以伟大的物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦命名的望远镜(简称：JCMT，麦克斯韦望远镜)。

这里不得不简单介绍下麦克斯韦。相较于牛顿和爱因斯坦，麦克斯韦对物理学的贡献不遑多让。然而，比起前两位巨擘，麦克斯韦在大众中的知名度要低的多。麦克斯韦出生于苏格兰爱丁堡，英国物理学家、数学家，是从牛顿到爱因斯坦过渡阶段中最伟大的理论物理学家。他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的物理理论之一。其著名的统一电磁理论的麦克斯韦方程组(图1)以其简洁性，对称性，足以与其他“世上最伟大的公式”如、傅立叶变换、欧拉公式等比肩。

图 1: 麦克斯韦望远镜控制室门上的麦克斯韦照片和麦克斯韦方程组；上面英文的意思是：“上帝念叨了麦克斯韦方程组，于是我们便有了光”。

伽利略时代以及之后相当长的时间，望远镜作为人眼的延伸，主要工作在人眼可见光波段(约400-700纳米)。二十世纪以来，随着望远镜技术的不断进步，特别是探测器性能的不断提升，望远镜观测的能谱也渐渐实现了全频段覆盖。从高能的伽马射线、X射线，到紫外线、可见光，再到红外、射电，不同波段的观测让人们更加全面地了解了一个多姿多彩的宇宙。人们发现宇宙在不同波段呈现着完全不同的景象。恒星，冷气体和尘埃，热气体，电离气体等不同的组分在星系中有着截然不同的分布(图2)。

图 2: 不同波段下的银河系(credit: NASA)。从上到下：射电连续谱(408 MHz)，中性氢，射电连续谱(2.5 GHz)分子氢，远红外，中红外，近红外，光学，X 射线，伽马射线。我们国家的“中国天眼”500-m 射电望远镜工作在 70MHz-3GHz 频段，可以看到类似于前三幅银河系的画面。

不同于“中国天眼”500米 射电望远镜(工作波长大于 1 分米)和其他常见的光学望远镜，麦克斯韦望远镜的工作波段主要在亚毫米波(450 微米—1 毫米)。虽然麦克斯韦望远镜比“中国天眼”500-m 射电望远镜小的多，但因为其工作波长短，其空间分辨能力要比“中国天眼”500-m 射电望远镜强十倍左右(望远镜的波束大小与镜面大小成反比，与波长成正比。波束越小，空间分辨能力越强)。麦克斯韦望远镜的主镜面直径 15 米，是世界上工作在亚毫米波段的最大的单天线望远镜。麦克斯韦望远镜于 1987 年由英国，加拿大和荷兰合作建成并投入使用。自建成之日起，麦克斯韦望远镜便打开了人类在亚毫米波的观测窗口，并取得了一系列重大发现。我们知道，温度越低，物质黑体辐射的峰值波长越长。绝对温度 10 开(摄氏温度-263 度)的黑体辐射峰值大概在 300 微米左右。

因此，麦克斯韦望远镜非常适合探测宇宙中的冷物质，比如冷的尘埃热辐射。恒星形成于分子云中。分子云是星系内部主要由氢分子组成的气体和尘埃集合体，在光学或者近红外观测中表现为天空中的一些昏暗的类似于乌云的区域(图 3)。类似于太阳这样的恒星形成于分子云中最致密的（每立方厘米 104-106 个粒子，线性尺度小于 20000 个日地距离）最冷的（小于 10 K）区域。麦克斯韦望远镜正适合观测这些冷的区域(图 4)。麦克斯韦望远镜最重要的早期成果之一是首次探测到了最年轻的恒星宝宝(原恒星)。蛇夫座中名为 VLA 1623 的一个正在贪婪进食的原恒星在中远红外波段都不可见。麦克斯韦望远镜首次探测到了它周围分布的冷尘埃，发现其周围的分子云表层的尘埃温度只有 15-20 开(约-250 摄氏度)，远低于之前人们探测到的其他原恒星周围的尘埃温度，表明 VLA 1623 原恒星还没有成长到足以加热周围尘埃的阶段。之后麦克斯韦望远镜的后续系列观测发现了一批类似于 VLA 1623 的原恒星，并证明这些原恒星是处于恒星形成最早期的演化阶段(Class 0)。

图 3: 近红外波段的一个典型分子云

麦克斯韦望远镜不仅是观测分子云的利器，它还被广泛用于探测行星盘，晚期星，银河系中心甚至河外星系中的冷尘埃发射。麦克斯韦望远镜早期(90年代后期)的另一重大发现是利用其第一代热探测阵列(亚毫米波的CCD)，“SCUBA”，发现了尘埃遮蔽的高红移星系(图5)。这类星系因为尘埃消光的原因在之前光学巡天中没有被发现。麦克斯韦望远镜首次在亚毫米波段探测到了来自于这类“SCUBA星系”的冷尘埃发射。这些“SCUBA星系”的发现证明高红移恒星形成的密度远比之前光学巡天估算的大的多，从而拉开了亚毫米波高红移巡天的序幕。

猎户座星云。红色为麦克斯韦望远镜 850 微米尘埃连续谱的成像，绿色为哈勃望远镜光学波段成像。新一代的恒

自2015年3月1日起，东亚天文台接管了麦克斯韦望远镜的运行。东亚天台是由东亚区域最有影响力的几个天文机构，中科院天文大科学中心（国家天文台、紫金山天文台和上海天文台）、日本国立天文台、韩国天文与空间科学研究院、以及台湾中研院天文所，合作下设的一个总部设在夏威夷的机构。中科院天文大科学中心是东亚天文台最大的股东，目前主导着麦克斯韦望远镜的正常运行。在东亚天文台时代，麦克斯韦望远镜继续书写着自己的传奇并已经作出了许多重大发现。2019年4月10日21时整，事件视界望远镜 召开的全球新闻发布会，发布了人类第一张黑洞照片(图6上)。作为EHT的一个重要成员(图6下)，麦克斯韦望远镜联合世界上其他大型射电望远镜构成了一个口径等效于地球大小的望远镜，共同拍摄了这张距离地球5300万光年的M87星系中心的黑洞照片。

麦克斯韦望远镜拥有目前世界上最大的热探测阵列(SCUBA-2)。SCUBA-2工作在850微米和450微米两个波段。每个波段有5120个探测单元。SCUBA-2极大地提高了麦克斯韦望远镜成像的速度，开启了银河系内部分子云大天区观测(图4)以及星系宇宙学亚毫米波极深场观测(图5)的新篇章。利用SCUBA-2，麦克斯韦望远镜也正在引领亚毫米波的时域天文研究。最新的一些研究表明“恒星宝宝”(原恒星)也许并非在一直不停地“进食”，而是也需要“休息”。“进食”时吃进去的气体释放的引力能会转化为辐射能，加热周围的尘埃，令尘埃温度升高，尘埃的热辐射相应也会增强。反正，“恒星宝宝”在“休息”时，其周围尘埃会冷却，尘埃热辐射会减弱。利用麦克斯韦望远镜的热探测阵列(SCUBA-2)，人们通过对同一天区的许多“恒星宝宝”进行定期观测，成功捕获了这种间歇性进食的“恒星宝宝”(图7)。分子云中存在广泛的磁场分布。然而磁场的测量一直是个天文观测中的一个难题。

分子云中磁场会影响其内部尘埃颗粒的排列。尘埃颗粒的长轴偏向于垂直于磁场方向。光线通过这些规则排列的尘埃时会产生偏振。结合偏振计，SCUBA-2可以用来探测分子云中尘埃产生的偏振光，进而推断分子云内部磁场的方向。基于此方法，人们已经成功利用麦克斯韦望远镜对银河系中心(图8左)以及著名的鹰状星云M16 中创生之柱(图8右)等区域的磁场进行了测量。麦克斯韦望远镜在分子云中探测到了规则的磁场，证明磁场可以影响分子云内部的气体运动和恒星形成活动。

展望未来，麦克斯韦望远镜在东亚天文台麾下必将再创辉煌。2019年5月下旬，在南京紫金山天文台召开了关于麦克斯韦望远镜未来发展规划的研讨会。研讨会擘划了麦克斯韦望远镜未来五年的发展纲要。与会专家一致同意为麦克斯韦望远镜研发下一代热探测器阵列。下一代的热探测阵列将比SCUBA-2有更好的灵敏度，观测效率至少提高十倍。这将给亚毫米波天文带来革命性的推动作用。更好的灵敏度可以显著推进时域天文，特别是短时标时域天文观测的发展。利用新的探测器，人们可以首次对整个银河系进行亚毫米波段的高清素描，可以更好的探测分子云中的磁场结构。可以发现更多的高红移星系，进而增进人们对宇宙恒星形成历史的研究。此外，作为EHT的重要成员，麦克斯韦望远镜也会继续在黑洞研究领域扮演更重要的角色。（转自国家天文台）