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LAMOST望遠鏡內(nèi)部拼接鏡面。記者周維海 攝

LAMOST望遠鏡全景。記者周維海 攝

　　■走近中國大科學工程

　　黑暗的燕山之巔，瞪著一只亮閃閃的眼——郭守敬望遠鏡（LAMOST），3月底，其獲得的首批220萬條巡天光譜數(shù)據(jù)正式向世界發(fā)布。

　　LAMOST是光譜加工廠，每個觀測夜經(jīng)“流水線”生產(chǎn)出萬余條天體光譜，被譽為是實現(xiàn)“更大口徑的大視場望遠鏡的最佳方案”。

　　星光不再模糊

　　LAMOST，是“大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡”的英文縮寫，位于北京北邊200公里的河北興隆縣，中國科學院國家天文臺興隆觀測站。觀測站于1968年建站，2009年LAMOST建成前已運轉(zhuǎn)多年，有一架2.16米口徑的光學望遠鏡。

　　跟2.16米望遠鏡相比，LAMOST更大：它占據(jù)三棟6—10層高的筒狀塔樓。星光經(jīng)過兩面鏡子的先后反射，在接收端被光纖傳給16臺光譜儀。光譜儀像三棱鏡一樣，把光線分離成光譜，由32臺靈敏的CCD相機記錄。

　　夜間穹頂打開，隨地球轉(zhuǎn)動的LAMOST，掃過北半球的中天。遙遠的星光投到LAMOST的鏡片上，開始是一團模糊；LAMOST迅速調(diào)整，讓接收端出現(xiàn)了清晰的像斑。

　　LAMOST的巨鏡采用了主動光學技術(shù)。所謂主動光學，就是主動改變鏡片形狀，克服由于重力、溫度和風力造成的鏡面本身形變對成像帶來的影響，使成像更加清晰。像LAMOST這樣在一個光學系統(tǒng)中同時應(yīng)用兩塊大口徑拼接鏡面，是前所未有的。

　　一塊大鏡面做出精確微調(diào)是很難的。LAMOST的Ma鏡由24塊六邊形鏡片拼接而成，如蜂窩；每塊子鏡1.1米長，25毫米厚；整個Ma鏡長5.7米，寬4.4米。Mb子鏡長度與Ma類似，厚度為75毫米，是球面。

　　國際上用光纖板打孔插光纖和機械手放置光纖只能到數(shù)百根，而LAMOST大大增加光纖數(shù)量。直徑1.75米的成像焦面之上，密密麻麻地分布著4000根光纖單元（國際上同類設(shè)備僅640根）。4000根光纖的自動定位系統(tǒng)可在數(shù)分鐘的時間內(nèi)將光纖按星表位置精確定位，最大定位誤差僅40微米。

　　這樣，每次觀測可獲得多達4000個天體光譜，中科院國家天文臺臺長嚴俊說，“相當于同時啟動4000臺望遠鏡”。

　　LAMOST復雜的設(shè)計和制造，全部由中國科學家完成。著名的望遠鏡專家、主動光學發(fā)明人Wilson評價說：“LAMOST是主動光學最先進和雄心勃勃的應(yīng)用，其成功對未來望遠鏡發(fā)展具有根本性的意義?！?/p>

　　海量數(shù)據(jù)，世界分享

　　宇宙浩瀚，斗轉(zhuǎn)星移。眾多的天體是如何產(chǎn)生的？數(shù)以百億計算的星系又是怎樣演化的？在這些問題的探索中，光譜的獲取是揭開這些天體之謎的一把鑰匙。

　　在星系探索中，包含著極其豐富信息的光譜起了非常關(guān)鍵的作用。其中星系的光譜可以提供距離、構(gòu)成、分布和運動等信息，而恒星的光譜則包含構(gòu)成、光度、溫度、化學組成、空間分布和演化歷史等資訊。從大量天體的光譜觀測中還可以發(fā)現(xiàn)許多奇異的天體和天體現(xiàn)象。所有這些，將促進人類對宇宙演化規(guī)律、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、相互作用等最基本物理規(guī)律的新認識。

　　然而，對望遠鏡來說，“看得多”與“看得清”，是魚和熊掌，難以兼得。但LAMOST看得又多又清。

　　嚴俊說，LAMOST不僅是世界上口徑最大的光譜巡天望遠鏡，也是光譜獲取率最高的，是一件普查天體“戶口”的利器。2011年9月至2013年6月，它完成的第一批數(shù)據(jù)集包含220萬條光譜，已超過目前世界上所有已知恒星巡天項目的光譜總數(shù)。

　　2014年12月，第二批數(shù)據(jù)集對國內(nèi)天文學家和國際合作者發(fā)布，共有413萬條天體光譜，其中高質(zhì)量光譜327萬，還包括一個220萬顆恒星的光譜參數(shù)星表。

　　與郭守敬時代不同，隨著LAMOST這樣的巡天望遠鏡的應(yīng)用，如今用于天文學研究的數(shù)據(jù)非常富余?！癓AMOST會給全球科學家提供一個完備的樣本，供他們?nèi)パ芯堪l(fā)現(xiàn)?！敝袊茖W技術(shù)大學教授褚耀泉說。

　　中科院院士、LAMOST運行和發(fā)展中心總工程師崔向群指出，“第一期光譜巡天計劃在5年時間里獲得超過500萬條高質(zhì)量的光譜，海量的光譜數(shù)據(jù)將成為‘數(shù)字銀河系’的重要基石，對于研究銀河系的結(jié)構(gòu)、運動、形成和演化具有不可替代的科學意義?！备鶕?jù)天文學界慣例，在經(jīng)過一年半保護期后，這些由LAMOST光譜巡天獲得的數(shù)據(jù)資料將會向世界公布。

　　篩谷粒一樣發(fā)現(xiàn)新星

　　天文學家利用LAMOST完成的第一批數(shù)據(jù)集，取得了有影響力的成果，LAMOST運行和發(fā)展中心常務(wù)副主任趙永恒介紹說。

　　趙永恒告訴科技日報記者，天文學家利用LAMOST在仙女星系和三角星系區(qū)域內(nèi)新發(fā)現(xiàn)近2000顆類星體，這是目前在該天區(qū)發(fā)現(xiàn)的世界上數(shù)目最多的類星體樣本?！斑@些類星體可用來探測仙女星系和三角星系及其周圍子結(jié)構(gòu)中星際介質(zhì)的化學組成、分布和運動學信息。”

　　此外，科研人員通過LAMOST發(fā)現(xiàn)了300多顆白矮星和28顆白矮-主序雙星。白矮星的光度函數(shù)可確定恒星形成率和銀河系的演化歷史；從157顆天琴RR變星中探測到了3顆天琴RR變星存在超高聲速激波現(xiàn)象。天琴RR變星對恒星結(jié)構(gòu)與演化，銀河系的形成和宇宙學的研究有重要意義；新發(fā)現(xiàn)了50顆貧金屬恒星，為研究銀河系形成和化學演化及早期宇宙中的恒星形成提供了觀測限制。

　　對LAMOST大樣本光譜數(shù)據(jù)進行分析研究，發(fā)現(xiàn)銀盤上方的恒星正在遠離銀河系中心運動，并伴隨著沿盤向下運動的趨勢；而位于銀盤中間下方的恒星則進行著相反方向的運動，這表明銀河系盤星的運動模式并非簡單的圓周運動。

　　美國合作者利用LAMOST數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了一顆超高速星。這是國際上已發(fā)現(xiàn)20顆超高速星中距離地球最近的。在趙永恒看來，研究超高速星能夠幫助天文學家了解黑洞附近的情況，還能了解銀河系暗物質(zhì)暈的性質(zhì)和暗物質(zhì)的分布。

　　LAMOST的科學目標集中于銀河系結(jié)構(gòu)和演化，星系和宇宙學，多波段目標證認三個方面，它對北天可觀測的約14000平方度高銀緯天區(qū)進行光譜巡天觀測。

　　同時，它將對數(shù)百萬顆恒星進行光譜觀測，用之于研究銀河系暈的整體結(jié)構(gòu)及亞結(jié)構(gòu)、銀河系的引力勢與物質(zhì)分布、從薄盤、厚盤到暈在反銀心方向的結(jié)構(gòu)特征、銀河系球狀星團來源及其與銀河系結(jié)構(gòu)的關(guān)系、銀河系恒星金屬豐度分布及貧金屬星的搜尋等。LAMOST結(jié)合紅外、射電、X射線、伽馬射線巡天的大量天體的光譜觀測將在各類天體多波段交叉證認上作出重大貢獻。

（原載于《科技日報》 2015-05-04 01版）