LAMOST:巡天遥看亿千河 助中华"天文强国"梦圆

发稿时间:2009-06-07浏览次数:23

  6月4日,距离北京城东北约170公里的国家天文台兴隆观测基地,国际天文学界的目光聚焦于此:世界上光谱获取率最高、口径最大的大视场光学望远镜—— “大天区面积光纤光谱天文望远镜”(英文简称LAMOST)通过国家验收。

  为何要建LAMOST?它的“威力”何在?投入使用后将会有怎样的科学发现?请看——

  人类研究宇宙,就像蚂蚁研究人类一样困难——只有研制出既能看得“深”、又能看得“广” 的望远镜,才能对茫茫苍穹进行“人口普查”,揭示宇宙演化奥秘

  南北方向横卧在山坡上的LAMOST,像一支巨笔指向天空,乳白色的外壳在阳光下熠熠生辉。这个国家投资2.35亿建成的重大科学工程,设计、研制周期长达16年,凝聚着我国老中青三代天文学家的期望与心血、智慧与汗水!

  为什么要建LAMOST?

  “在现代天文学研究中,天体的光谱发挥着非常关键的作用。” LAMOST项目科学部负责人、中国科技大学天体物理中心教授褚耀泉告诉记者,“光谱就像识别天体身份的基因,包含着极其丰富的物理信息:星系的距离、构成、分布和运动,恒星的化学组成、温度、压力,等等……通过对光谱的分析、研究,可以推演恒星、银河系乃至宇宙的结构和演化规律。”

  “但是,人类研究宇宙,就像蚂蚁研究人类一样困难,不可能一直盯着某个星系去看它如何演化。”褚耀泉说,只有采取“人口普查”的方式,获取尽可能多的天体样本,才能得出更为准确、完整的科学认知。要想对整个宇宙进行“人口普查”,必须研制出既能看得“深”、又能看得“广” 的光谱观测望远镜。

  “要做到‘深’,望远镜必须有足够大的口径,以测量到足够暗、足够远、足够多的天文目标;要做到‘广’,望远镜必须有足够宽的视场,以满足大片天区中各类样本的观测。”LAMOST项目总工程师、中科院南京天文光学技术研究所(以下简称“南光所”)所长崔向群告诉记者,“但是,由于材料和制作工艺的限制,大口径很难兼备大视场——50多年以来,这个制约大天区天文观测的瓶颈一直没有解决。受此限制,迄今为止由‘成像巡天’记录下的数以百亿计的天文目标中,只有约万分之一的天体做过有缝光谱测量。”

  上世纪90年代初,以王绶琯院士和苏定强院士为首的天文学家敏锐觉察到国际天文界对大样本光谱观测的迫切需求,提出了“大视场与大口径兼备”天文望远镜的新概念,和LAMOST的初步方案。后经崔向群、褚耀泉、王亚男进一步的研究、细化、论证,共同提出了LAMOST的具体方案。

  “中国人不能再走模仿国外的老路,要拿出自己的观天巨眼!” 1997年4月,由原国家计委批准了LAMOST的项目建议书,并于2001年8月正式开工建设。

  在“令人畏惧”的技术挑战面前,LAMOST的研制人员没有畏惧——他们采用多项世界首创技术,把我国的望远镜研制推进到世界顶峰

  “LAMOST是一架中星仪式(即固定镜筒的)主动光学反射施密特望远镜。其视场为5度——相近口径的常规天文望远镜视场不超过1度。她的光学系统包括三大部分:口径5.7米×4.4米的反射施密特改正镜MA(由24块六角形平面子镜拼接而成),口径6.7米×6米的球面主镜MB(由37块球面子镜拼接而成),直径1.75米的焦面。”站在11层楼高的LAMOST面前,总工程师崔向群娓娓道来,向中外来宾介绍着这件“超现实主义巨著”,言语中透着自豪,“在观测过程中,天体的光经MA反射到MB,再经MB反射后成像在焦面上,焦面上的4000根光纤把天体的光分别传输到16台光谱仪的狭缝上,然后通过光谱仪后端的CCD探测器,获得4000条光谱——此前光谱获取率最高的美国斯隆巡天望远镜,只能同时获得640条光谱……”

  然而,回首15年来的漫漫长路,被苏定强院士称为“敢死队”队长的崔向群忍不住慨叹:“LAMOST是同批立项的国家大科学工程中研制周期最长、创新最多、风险最高的,建造这样的大科学工程太不容易了!”

  为突破望远镜“大口径不能兼备大视场”这一世界难题,她带领科研人员以非凡的勇气和惊人的毅力,攻克了一道道技术难关——

  首次在一块大镜面上同时应用薄变形镜面主动光学技术和拼接镜面主动光学技术(控制镜面面形精度为头发丝的三千分之一);首次在世界上实现六角形的主动可变形镜;首次在世界上在一个光学系统中同时采用两块大口径的拼接镜面;首次在世界上应用4000根光纤的定位技术……

  芝加哥大学的Don. York教授,在接受美国《科学》记者采访时,用四个字来形容这些高难度的技术挑战:“令人畏惧”!

  LAMOST的技术创新,赢得了国际天文学界的广泛赞誉——

  LAMOST项目国际评估委员会认为:LAMOST独一无二地结合了为数众多的光纤、大视场以及大口径望远镜几个方面的优势,从而一定能够在下个十年中的光谱巡天方面处于领先地位;

  主动光学之父、欧洲南方天文台国际著名天文望远镜光学专家R.Wilson说:LAMOST的成功,不但是中国科技界的胜利,也是整个国际天文界的胜利……中国应该祝贺支持了这样一个伟大的技术,以及鼓励和成长了这样一只杰出的光学队伍,他们实现了LAMOST,并将中国的望远镜技术水平推进到世界顶峰……

  崔向群激动地说:“LAMOST开创了望远镜的一个新类型,使望远镜观天400年来中国第一次在望远镜类型上占有一席之地。同时,LAMOST的研制成功,使我国独立自主研制或参与国际合作研制30米以上口径的巨型天文望远镜成为可能。”

  根根光纤牵动星辰,条条谱线解读苍穹——追随先人的光辉足迹,续写天文新辉煌

  “LAMOST通过国家验收只是跑完了‘接力赛’的第一棒,后面的人要跑好第二棒、第三棒,把这一观测平台利用好,拿出令人满意的研究成果!”满头银发的苏定强院士言辞切切,道出了他对用好LAMOST的殷切期望。

  据介绍,LAMOST还将进行两年左右的调试,包括技术调试和观测调试,之后即可开展正式观测。LAMOST以其强大的观测能力,可在全天球一半的广大天区内,对上千万个星系、类星体等河外天体进行光谱巡天;她它每晚可以完成上万个目标的观测,每年可获得数百万个天体的光谱。

  “前不久,国家天文台刚刚完成了LAMOST‘巡天计划’的国际评估。” 国家天文台副台长赵刚告诉记者,“巡天计划”主要锁定星系红移巡天、恒星以及银河系结构和多波段天体目标证认等三大科学目标,开展银河系内研究和银河系外研究:前者包括银河系的演化、不同星族的研究、寻找宇宙诞生后的第一代恒星等,后者包括整个宇宙的大尺度结构,暗物质、暗能量的性质研究等。

  “我们将按照国际惯例,把研究数据向国内外同行开放,同时与国外专家开展合作研究——美、德、英等国家的专家已经提出了初步的合作设想。”

  在世界科学史上,中国的天文学曾占有相当显赫的一席之地。但是,当400年前当伽利略首次利用望远镜观测太空、西方天文学迅速崛起之时,我国的天文学发展却陷入停滞甚至衰退的局面。

  400年后,LAMOST横空出世。 “‘扫描大天区,根根光纤牵动星辰;分析多目标,条条谱线解读苍穹’”。中科院常务副院长、LAMOST工程项目领导小组组长白春礼院士动情地说:“我相信,以LAMOST为起点,我们会追随我们先人的光辉足迹,重拾振兴中华民族天文学的信心,为世界天文学发展做出独特的贡献!”

  现代中国的“天文强国”之梦,将不再遥远……