香港大學於 2025 年 11 月正式成立了香港天文與天體物理研究所（HKIAA），多位中國科學院院士出席致賀，2023 年邵逸夫天文學獎得主 Matthew Bailes 教授亦出席致辭，強調要推動天文學領導的東西方交流與合作。

天體物理與基礎物理向來密不可分，那香港在這方面有什麼優勢呢？既沒有大型望遠鏡，也沒有粒子對撞機。這些裝置總是設於遠離城市光污染和電磁噪聲的天涯海角。為此，我們請來了 HKIAA 創所所長、港大物理學系天體物理學講座教授張冰教授，講述天文學領導國際競爭與合作的親身經歷，以及關於緻密天體、高能天體物理、多信使天體物理的研究概況。

張冰教授

一、東西方學術交流的「共同」場所

張教授於 2025 年 7 月 1 日入職香港大學。用他自己的話來說「我在香港回歸日回歸香港回歸祖國」。由美國內華達大學拉斯維加斯分校來到太平洋對面的香港，從零開始啟動 HKIAA。他先後走訪了香港各所大學與大灣區多所高校，與國際及國內專家會面，僅用四個月時間就成功完成了籌備工作。

「做一件事情要成功，總得有天時、地利、人和，」張教授如此說：「對天文學來說，這個比喻再恰當不過了，因為天時指的就是天上發生的事情，現在天文學的發展非常快，我們正好是一個黃金時代，所以天時不成問題的，主要是地利和人和的問題。」

「我們香港本地的地利是，全球合作越來越重要，可是地緣政治又讓合作變得複雜。香港作為中國通向世界的窗口，能讓全球的學者，從美國、歐洲到亞洲和中國，有一個相對『共同』的場所來進行學術交流。比如說每年的邵逸夫獎典禮期間有很多國際知名天文學家來到香港，這就是一個很好的時機，是香港的特別優勢。」

「另一方面，我們可以憑藉以前在國際和國內的網絡，繼續維持合作和開啟新合作。我入職後確實已經有許多團隊來談各種合作機會，至少有五六項。但我們不可能面面俱到，我們會先做一些前期預研工作，論證項目合理性、科學創新性，先做一些成本不那麼高但可能帶來重要發現的項目。」

2012 年在斯德哥爾摩馬塞爾．格羅斯曼會議上作大會特邀報告，以「兩小兒辯日」闡釋天文學知識

領銜中國天眼項目取得科學突破

張冰教授講述了一個關於中國天眼（FAST）的故事，說明了多方合作的重要性。中國天眼是射電天文領域的中國旗艦，2020 年啟動時，他負責的一個優先重大項目是觀測快速射電暴（FRB），結果發現磁星（帶非常強磁場的中子星）能產生 FRB，成為了當年《科學》期刊評選的「年度十大科學突破」之一。但實際上，張教授一開始猜測磁星不會產生 FRB，因為過去磁星爆發時的射電觀測一直沒有被觀測到，所以那時候某種程度上是想證明這一點。

「那時我在美國，在家附近打球，突然有個年輕人微信告訴我天上出現磁星的高能爆發，於是我立即打電話聯繫 FAST，你可以想像那麼大的望遠鏡，通過遠程遙控在半小時內就完成指向並開始觀測。」結果並不出意外，在 30 多個 X 射線爆發過程中一個 FRB 都沒有觀測到，證明大部分磁星爆發確實不產生 FRB。然而第二天奇蹟出現了，在 FAST 沒有觀測期間，另兩架能做全天監測、但口徑較小的射電陣列在該磁星方向捕捉到一次特別亮的 FRB。幸好張教授的合作團隊當時也有用中國的慧眼 X 射線望遠鏡指向那個方向，最終抓到了對應的 X 射線輻射。這些觀測最終證明磁星能產生 FRB，但需要特殊條件。這些結果最終發表在《自然》和《自然 － 天文》上，並成為當年《科學》雜誌評選出的年度「十大」之一。

張教授特別強調了國際合作的重要性。「不管地上地緣政治如何複雜，全世界天文學家們面對着的是同一片天空。」另一個例子是：2025 年在《自然 － 天文》發表的一篇天關衛星合作團隊的論文中，第一張圖描述了一個來自遙遠星系中的伽馬射線暴（GRB）的瞬時輻射能譜，需要三個能區的觀測拼接在一起，而這三個能區正是由三個不同國家的空間望遠鏡提供的，分別是中國的天關衛星，美國的 Swift（Neil Gehrels Swift Observatory）衛星，和俄羅斯的 Konus-Wind 衛星。這篇由將近二百名合作者共同完成的文章充分顯示了由中國領導的全球天文學家的精誠合作精神。

2024 年中法天文衛星（SVOM）發射升空，張冰教授（左三）和部分觀摩人員合影

「中國天眼」（FAST）（圖片來源：中國科學院）

二、鞏固香港實力．加強國際合作

談到天文學基礎設施，近年中國已有了幾個世界頂尖的望遠鏡，香港科學界可以較便利的參與進去，張教授本人除了 FAST 之外還作為重要成員參與中歐合作的天關衛星（又稱「愛因斯坦探針 Einstein Probe」），以及中法合作的 SVOM（天基多波段空間變源監視器）衛星等等。作為 SVOM 的中方項目科學家，張教授說：「我最近剛在法國參加了一個探討中法合作的下一個項目的可能性。香港作為一個合作夥伴加入這項合作已經寫入會議備忘錄。最終合作項目需要兩國科技主管部門共同推動。」

「我 4 月底還準備去南京參加另一個會，談 HKIAA 加入 LHAASO（高海拔宇宙線觀測站「拉索」，設於四川稻城）合作者的事宜。」LHAASO 是世界最大的 TeV 以上電子伏能級宇宙線探測裝置。「加盟這樣一些大項目可以進一步提升 HKIAA 的科研水準及國際影響力。」

CSST 虛位以待港澳學者參與

中國巡天空間望遠鏡（CSST）正準備發射入軌，與中國空間站對接，其中的六個後端接口有一個留給港澳科學家設計，這亦反映了國家對港澳天文和天體物理學界的期待。不過香港雖有天時地利，但在「人和」方面，張冰教授還是覺得香港的天文學家數量確實還非常少，「一個有國際影響力的機構不僅要人均產出很高，也要有足夠的規模，比如國際和內地名校的天文系所一般都有二十位左右固定職位人員，每人都能領導一個團隊，這樣才能形成一個非常強的研究機構。」

所以 HKIAA 目前的主要任務除了發揮國際交流合作以外還有引進及培養人才。初步計劃是每年至少舉辦一次大型國際會議和若干小型研討會，工作組會等，並向 HKIAA 成員們徵集國際活動的提案，先把香港既有力量「組織起來」。接下來將進一步在全球招募和引進教授和學者，最近港大物理系已給兩位出色的青年科學家下了聘書，期待他們秋季加入港大並成為 HKIAA 的生力軍。

三、多信使天文學領域將有大發現

如此說來，香港本地有沒有大型望遠鏡並不是學術發展的關鍵，主要是能否把握「天文學黃金時代」的機會。

張冰教授介紹說，未來一個很有可能帶來突破的方向，是「多信使天文學」。傳統天文學裡，觀察的對象是光，包括從射電到紅外、到可見光、紫外、X 射線、伽馬射線等不同波段，而「多信使天文學」增加了引力波、中微子等作為媒介，等於用不同的「感官」觀測宇宙。比方說過去只能用眼睛「看」宇宙，現在還可以「聽」，引力波就像時空的聲波，而且還可以「聞」，中微子就有「flavor」（電子中微子、τ子中微子、μ子中微子）。這些多信使觀測將在涉及黑洞中子星等高能現象領域帶來突破。此外，對傳統光電信號的觀測能力也前所未有的提高了。憑藉技術的進步，像是暗物質、暗能量、宇宙大爆炸的最初階段，或早期星系的形成等等多年未解之謎，還有近年稱作「小紅點」的宇宙早期天體的疑團，有望在不遠的未來獲得重要成果。

「我個人研究領域這類研究常被稱為時域天體物理（time-domain astrophysics），我大約從 2000 年起，從 GRB 開始，後來做引力波電磁對應體和 FRB等。天上的大多數天體幾乎沒有變化，但我們研究的是變化得非常快的現象，從秒到分鐘量級就會有劇烈變化。這些現象有兩個特點：第一是不常發生，第二是一旦發生就非常猛烈。在這個領域工作的科學家們隨時蓄勢待發，經常在爆發發生時正好是半夜。過去人們必須在一小時內啟動觀測。後來 NASA 發射了 Swift 衛星，它之所以成功，是因為它把伽馬射線、X 射線、光學三種觀測望遠鏡都發射到空間，並在一個平台上，在一分鐘之內就能自動轉向並開始對目標的觀測。」

對數尺度下的可觀測宇宙結構（圖片來源：CC4.0 | Pablo Carlos Budassi）

科研競跑．比拼厚積與耐力

「但人還是需要的，觀測家們啟動地面後隨望遠鏡，理論家們快速根據觀測創建模型。於是天上的暫現源（如 GRB）就像發令槍，砰的一聲，所有人衝出去，看哪個團隊奪得頭籌。有時一個現象出現了，一週內 arXiv（論文預印平台）上就有文章出來。」張教授回憶過去的這種科研賽跑經歷：「有一次我知道有競爭團隊，睡前我想，乾脆再熬夜吧，結果我熬到凌晨三點半，把文章先投出去才睡。第二天一看 arXiv，感覺幸好熬了那一夜，不然我們就成為第二個了。我這個領域比較有趣的地方，就是它充滿了競爭力，當然也充滿了樂趣。有時需要一點點運氣，但運氣會給有準備的人，有時候山窮水盡，但可能馬上就柳暗花明。」

四、深耕科學可帶動技術突破

雖然有趣，但天體物理對實際生活和技術研發有什麼促進作用？不是說登月或者「家門口」的行星探索，而是千萬光年時空尺度上、宏大而又縹緲的研究。

張冰教授說，天體研究確實更多是滿足人類的最原始的好奇心，不過基礎科學研究往往在時間上領先於技術應用。比如牛頓提出萬有引力理論幾個世紀以後，人們才利用來發射和控制人造衛星，幾十年後人們才用愛因斯坦的質能方程來造成原子彈和核能，因此今天的天體物理研究，很可能在幾個世紀以後有直接的應用，另一方面，天文學觀測研究需要一流的觀測設備，自然推動了技術的發展。以中法天文衛星 SVOM 為例，一開始打算用德國產的衛星平台，後來由於某些原因未能實現，就促使中國自己發展了衛星平台技術。「我不是做工程細節的人，但我知道，科學本身就能帶動技術突破。」張教授講到。

張冰教授團隊於香港大學莊月明物理樓穹頂望遠鏡處

五、天文學發現成為了諾獎新熱點

「宇宙裡總有很多驚喜。以我的研究領域為例，在我工作的二三十年裡，出乎意外是一個常態：每次當大家覺得好像所有東西都被理解了的時候，也就是當我們人類，尤其是理論學家，變得傲慢的時候，宇宙自然會告訴你：有些事情並不是你想像中的那樣。這也讓我們一直有動力繼續在這個科學前沿工作。」

「天文學、天體物理學其實是物理學中非常重要的一個分支。近二十年來的諾貝爾物理學獎，大概三分之一已經頒給了與天文和天體物理相關的發現，這在以前是很少的。究其因，物理是在研究世界本源的規律，而極端物理往往出現在最大或最小的尺度上。因此像宇宙學、暗能量、黑洞、系外行星、引力波等重大發現勢必帶來人類對物質世界的根本理解。尤其在大爆炸最早期或者黑洞的奇點，那就是物理學最大尺度跟最小尺度的結合處，觸及到了物理學的難題：引力與量子力學的終極統一。」

時刻關注着天空上的無盡遠方，也影響了張冰教授的人生觀，「我常對學生說，研究了天文學之後就會覺得，人間很多我們覺得天大的事情其實在茫茫宇宙中是微不足道的… 所以我希望人類能在基礎科學上多加合作。」

在整個訪問中，張冰教授對香港、對天文研究都十分樂觀，唯一令他不樂觀的是探測地外智慧生命的問題，「如果能找到，將是人類文明的重大里程碑。探測地外生命也是當前研究的熱點。可觀測宇宙中約有 1022 顆恆星，沒有什麼理由認為地球非常特別。我認為肯定存在地外生命的。但其他智慧生命是否存在、能否達到人類這個程度？這是一個很難的課題。有人猜銀河系裡可能有上百萬種智慧生命，也有些人極端猜想整個宇宙只有我們一種，我個人猜想是中間某個值。但最重要的是，這些生命與我們接觸的機會幾乎為零，因為宇宙太大了。無論如何，作為已知的宇宙中的精靈，我們應該珍惜我們的機會，對宇宙做出理解，讓宇宙更加有趣。」

（除另有註明，圖片由受訪者提供）

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