LAMOST望远镜给银河系“重新画像”

中国科学院国家天文台宣布，由中国科学院管理和运营的国家重大科技基础设施——郭守敬望远镜(LAMOST)已成功完成第一阶段的光谱天空测量。在调查的第一阶段，总共发布了901万个光谱，其中777万个是高质量光谱(信噪比> 100)，并确定了534万组恒星光谱参数。LAMOST发布的光谱数量是世界上其他天空观测发布的光谱总数的1.8倍。数据集(DR5)于2017年12月31日发布给国内天文学家和国际合作伙伴。

LAMOST是中国科学家自主研制的主动反射施密特天文望远镜。它利用主动光学技术实现了镜面连续变化、观测时刻不同的施密特光学系统，突破了天文望远镜不能同时具备大口径和大视场的瓶颈。它是世界上最大的大视场望远镜。LAMOST开发了一种主动光学技术，将薄的可变形反射镜和拼接反射镜同时应用于一个大的反射镜表面，并且在一个光学系统中使用两个拼接反射镜的技术(球面主反射镜和主动非球面校正反射镜分别由37和24个子反射镜拼接而成)，将主动光学技术推向了一个新的前沿。LAMOST创新性地应用了区域并行可控光纤定位技术，将4000根光纤放置在1.75米的焦平面上，配有16台光谱仪和32台CCD摄像机，使其成为目前世界上光谱采集率最高的望远镜。

自第一次调查以来，利用LAMOST数据发表了345篇SCI论文，引用次数超过3，000次。许多高显示的明亮结果吸引了广泛的公众关注:

1.利用LAMOST的大样本优势来“重建”银河系

银河下的LAMOST(国家天文台陈英摄)

(1)银盘的半径已经刷新了两次，比2017年的发现增加了25%，到2018年增加了一倍。这个结果使天文学家能够重新检查星系形成和宇宙演化的一般规律。

银盘半径变化示意图(袁波图)银盘半径变化示意图(袁波图)

(2)重写银河系晕的结构特征，并将其建立为具有内扁外圆的新结构。这一清晰的证据驳斥了先前的推测，即恒星晕是一个具有恒定轴比的扁球体，并对理解银河系恒星晕的形成历史和演化提出了新的挑战。

银晕内平外圆结构示意图(国家天文台刘超绘制)

(3)在运动学和化学空间中发现了星系融合的新证据。在运动空间中发现了七条起源于银河聚合过程的新恒星流，占世界上类似发现总数的一半。在化学空间发现了33颗与普通恒星丰度不同的“低α丰度恒星”，是世界上类似发现总数的两倍。

银河系恒星流示意图(紫金山天文台长江绘制)

(4)暗物质占星系总质量的90%以上，但大部分是分散的，暗物质在太阳中的比例很低。这给我们直接探测暗物质带来了很大的困难。利用LAMOST数据重新估算了太阳附近的暗物质密度。这对发现暗物质粒子和了解银河系中暗物质的分布具有重要意义。

(5)银河系旋转曲线是研究银河系质量分布最有力、最直接的手段。LAMOST数据被用来计算迄今为止最精确的外圆盘旋转曲线，而银河系的质量模型被用来估计银河系的质量和太阳附近暗物质的密度。

2.在恒星物理学中，亮点一直在涌现。

(1)精确估计数百万颗恒星的年龄，将具有精确年龄的恒星样本增加1000倍。它为研究银河系的演化提供了基础数据。

天蝎星电动车超级耀斑爆发

(2)测量了近6000颗类日恒星的磁活动指数，发现太阳的磁活动水平相当于超级耀斑恒星的磁活动水平，证实了太阳有爆发超级耀斑的可能性；

(3)首次测量了近700颗系外行星的轨道偏心率和倾角。人们发现，大约80%的行星轨道与太阳系的轨道相似。这表明太阳系不是宇宙中的特例，而是有代表性的。在某种程度上，它增强了人类在地球上和地球以外寻找另一种生命的信心。

热木星和热海星示意图(北京天文馆马进绘制)

(4)利用LAMOST数据，发现了一种新的太阳系外行星群——热海星。它们与热木星有几个相同的星座特征，为揭示热木星和其他短周期行星的起源提供了关键线索和新的研究方向。

3.在LAMOST光谱中寻找奇怪的天体

(1)旧的贫金属恒星，像宇宙的“化石”，记录了宇宙化学演化的最初历史。对它们的分析可以实现第一代恒星的“恒星考古学”和早期宇宙的本质。在LAMOST光谱中发现了10，000多颗金属含量低于太阳1%甚至1/10，000的贫金属恒星，并建造了适合世界上现有大型望远镜跟踪和观测的最大的宇宙化石样本。与此同时，一组极其罕见的低质量贫金属恒星被发现，它们的锂丰度超过正常值的100倍，为它们的结构和演化提供了一个全新的理论研究视角。

银河系*黑洞喷射超高速恒星(美国宇航局网站图片)

(2)在LAMOST的近千万个光谱中，已经发现了五颗超高速恒星，就像大海捞针一样。目前，世界上只有20颗超高速恒星被确认。它们为深入研究恒星的形成机制提供了重要的样本，其速度如此之快，以至于最终可以脱离银河系的引力束缚，从银河系中“逃脱”。

(3)白矮星是大多数恒星最终进化的产物。它是一个奇怪的天体，大小和地球差不多，但质量和太阳差不多。利用LAMOST的“光谱工厂”的优势，大量不同种类的白矮星被发现，它们被称为“白矮星猎人”。

白矮星示意图

(米丽安·尼尔森画)白矮星示意图

4、捕捉来自遥远宇宙的信息

(1)类星体是遥远的天体，在银河系外发出巨大的光。它们的能量来自巨大的重力能量，这种能量是由它们中心的超大质量黑洞对周围物质的吸积而释放出来的。它们是研究遥远宇宙的重要探测器。在LAMOST光谱中发现了超过12，000个类星体，平均红移为1.5，最大红移为5。此外，它的中心黑洞的质量是估计的。这些类星体的发现将为大样本类星体的统计研究提供重要帮助。

类星体示意图(美国宇航局图像和视频图书馆网站图片)

(2)邻近主要星系样本是21世纪开始的大规模星系光谱测量的经典作品。由于光纤碰撞效应，样品在小范围内具有很高的不完整性。LAMOST调查将这些缺失的星系视为互补星系样本。由于调查范围很广，在调查的第一阶段又获得了近10，000个星系的光谱测量结果，并新发现了近10，000对间隔较近的星系。这些近星系对于研究星系的融合过程具有重要的科学价值。

在银河系大规模光谱巡天方面，LAMOST首次在天空覆盖、巡天量、采样密度和统计完整性等方面取得重大突破，填补了我国大规模天文基础数据的空白，为银河系特别是银盘的系统研究提供了具有传承价值的优秀样本。LAMOST的建成和运行极大地推动了中国近场宇宙学的发展，培养了一批掌握世界最新数字巡天观测技术的优秀青年人才，为中国新一代天文光学红外观测设施的发展积累了宝贵的技术力量、人才和运行管理经验。