探访国家天文台兴隆观测站郭守敬望远镜

LAMOST望远镜的内部拼接镜。记者周威海摄

LAMOST望远镜全景。记者周威海摄

在漆黑的燕山山顶上，一双亮晶晶的眼睛正盯着郭守敬的望远镜。3月底，其首批220万天空调查光谱数据正式向世界发布。

LAMOST是一家光谱处理工厂，通过“装配线”在每一个观测夜晚产生超过10，000个天体光谱，被誉为“实现大口径大视场望远镜的最佳方案”。

星星不再暗淡。

LAMOST是“大面积多目标光纤光谱望远镜”的英文缩写，位于北京以北200公里的河北省兴隆县，是中国科学院国家天文台兴隆观测站。该观测站成立于1968年，在LAMOST于2009年竣工之前运行了多年。有一个直径为2.16米的光学望远镜。

与2.16米望远镜相比，LAMOST更大:它占据了三个6-10层的圆柱形塔。星光依次被两个反射镜反射，并通过接收端的光纤传输到16台光谱仪。像三棱镜一样，分光计把光分成光谱，由32个灵敏的电荷耦合器件照相机记录。

穹顶在晚上打开，随地球旋转的LAMOST扫过北半球的子午线。远处投射在LAMOST镜头上的星光开始变得模糊。LAMOST调整迅速，使接收端出现清晰的图像斑点。

LAMOST的巨型镜子使用主动光学技术。所谓主动光学，就是主动改变透镜的形状，以克服重力、温度、风引起的反射镜自身变形对成像的影响，使成像更清晰。像LAMOST一样，在一个光学系统中同时应用两个大口径拼接镜是前所未有的。

对一面大镜子进行精确的微调是非常困难的。拉莫特的马镜是由24个六边形透镜拼接而成，如蜂窝。每个副镜长1.1米，厚25毫米。整个马镜长5.7米，宽4.4米。Mb副镜的长度与Ma相似，厚75毫米，呈球形。

在世界上，只有几百根光纤可以通过光纤板上的孔插入并由机械手放置，而LAMOST大大增加了光纤的数量。在直径为1.75米的成像焦平面上，有4000个密集分布的光纤单元(世界上只有640个类似的装置)。4000根光纤的自动定位系统能在几分钟内根据目录位置准确定位光纤，最大定位误差仅为40微米。

这样，每次观测可以获得多达4000个天体光谱。中国科学院国家天文台台长严军说，“这相当于同时启动4000台望远镜”。

LAMOST复杂的设计和制造都是由中国科学家完成的。著名望远镜专家、主动光学发明者威尔逊评论道:“LAMOST是主动光学最先进、最具雄心的应用，它的成功对望远镜的未来发展具有根本性的意义。”

海量数据，全球共享

宇宙是巨大的，从一颗恒星到另一颗恒星。多少天体形成了？数十亿个星系是如何进化的？在探索这些问题的过程中，光谱的获取是解开这些天体之谜的关键。

在星系探索中，包含极其丰富信息的光谱起着非常关键的作用。星系光谱可以提供距离、成分、分布和运动等信息，而恒星光谱包含成分、光度、温度、化学成分、空间分布和演化历史等信息。许多奇怪的天体和现象也可以从大量天体的光谱观测中发现。所有这些都将促进人类对最基本的物理规律的新理解，如宇宙进化、物质结构和相互作用的规律。

然而，对于双筒望远镜来说，“看得多”和“看得清楚”是鱼和熊掌，很难两者兼得。但是LAMOST看得越来越清楚。

严军说，LAMOST不仅是世界上最大的光谱望远镜，也是最高的光谱采集率。它是天体普查的利器。从2011年9月到2013年6月，它完成的第一个数据集包含220万个光谱，超过了世界上所有已知恒星调查的光谱总数。

2014年12月，向国内天文学家和国际合作伙伴发布了第二批数据集，共有413万个天体光谱，包括327万个高质量光谱和220万颗恒星的光谱参数目录。

与郭守敬的时代不同，随着LAMOST等望远镜的应用，用于天文研究的数据非常丰富。" LAMOST将为全世界的科学家提供一个完整的样本来研究和发现."中国科技大学的朱耀权教授说。

中国科学院院士、LAMOST运行与发展中心总工程师崔指出:“第一阶段光谱测量计划在5年内采集500多万个高质量光谱。海量光谱数据将成为“数字银河系”的重要基石，对研究银河系的结构、运动、形成和演化具有不可替代的科学意义。”根据天文学界的惯例，经过一年半的保护，这些从LAMOST光谱勘测中获得的数据将向世界公布。

像筛谷一样发现新恒星

LAMOST运营与发展中心执行副主任赵永恒说，天文学家利用LAMOST完成的第一组数据取得了有影响力的成就。

赵永恒告诉《每日科学》记者，天文学家已经利用LAMOST在仙女座星系和三角星系区域发现了近2000个新类星体，这是目前世界上在天空区域发现的数量最多的类星体样本。这些类星体可用于探测仙女星系和三角星系及其周围亚结构中星际介质的化学成分、分布和运动信息

此外，研究人员通过LAMOST发现了300多颗白矮星和28颗白矮星——主要的双星。白矮星的光度函数可以决定恒星的形成速率和银河系的演化历史。在157个秦天RR变量中的3个中检测到超高声速冲击波现象。秦天的RR变星对研究恒星的结构和演化、银河系的形成和宇宙学都具有重要意义。50颗新发现的贫金属恒星的发现为研究银河系的形成和化学演化以及早期宇宙恒星的形成提供了观测限制。

对LAMOST大样本光谱数据的分析和研究表明，银盘上方的恒星正沿着银盘向下运动，远离银河系中心。位于银盘中部和下部的恒星正以相反的方向运动，这表明银盘中恒星的运动模式不是简单的圆周运动。

美国合作伙伴利用LAMOST数据发现了一颗超高速恒星。这是世界上发现的20颗超高速恒星中离地球最近的一颗。赵永恒认为，研究超高速恒星可以帮助天文学家了解黑洞附近的情况，以及银河系中暗物质晕的性质和分布。

LAMOST的科学目标集中在银河系的结构和演化，星系和宇宙学，以及多波段目标识别。它进行大约14，000平方高银纬度天空区域的光谱天空调查，可以在北部天空中观察到。

同时，它将对数百万颗恒星进行光谱观测，用于研究银河系晕的整体结构和亚结构、银河系的引力势和物质分布、反银河系中心方向从薄盘、厚盘到晕的结构特征、银河系中球状星团的起源及其与银河系结构的关系、银河系中恒星金属丰度的分布以及寻找贫金属恒星等。LAMOST将通过将大量天体的光谱观测与红外、无线电、X射线和伽马射线测量相结合，为各种天体的多波段交叉识别做出巨大贡献。