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LAMOST十年巡天記

編者按:2009年6月,坐落在中科院國家天文台興隆觀測站的“大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡(LAMOST)”通過國家竣工驗收。

 

2009年6月,河北興隆燕山山脈深處,我國第一個天文類重大科技基礎設施——LAMOST望遠鏡,順利通過國家驗收,那一刻,LAMOST賦滿使命地睜開觀天巨眼,開啓了掃描浩瀚星空的旅程。彈指一揮間,十年風雨路。驗收後的十年,這座巍峨的LAMOST走過調試的艱辛,跨越測試的難關,趟出了一條從無到有的巡天之路,這條路從泥濘走到平坦,從草木稀疏到百花齊放。怎樣的十年讓它逐步大放異彩?

 

LAMOST,是“大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡”的英文簡稱,中國天文學家自主研制的大視場兼大口徑的新型光學望遠鏡,現冠名爲“郭守敬望遠鏡”。

 

LAMOST簡曆

 

LAMOST望遠鏡像被“上帝之手”操控,在同一塊大鏡面上采用可變形薄鏡面和拼接鏡面的主動光學技術,解決了大視場望遠鏡兼具大口徑的世界級難題。4000根光纖並行可控的快速定位技術,使LAMOST成爲全世界光譜獲取率最高的望遠鏡。LAMOST在科學上開創了大規模光譜巡天的先河。

 

LAMOST項目的研制成功得到了國內外專家的高度評價。美國著名天文學家理查德·埃裏斯曾說過:“一架大口徑天文望遠鏡是人類文明進步的最好例子,看到了LAMOST這個新家夥,我們才知道中國人都做成了些什麽。”

 

2009年,驗收專家們指出LAMOST是中國科技領域自主創新的典範,它將使人類觀測天體光譜的數目提高一個數量級至千萬量級,使中國在該領域處于國際領先地位。相信,LAMOST今後將對宇宙起源、銀河系結構、恒星形成與演化等相關研究做出重大貢獻。

 

十年後的今天,LAMOST在大家的共同努力下,無論在獲取光譜數據量還是高顯示度的研究成果方面都交上了一份收獲頗豐的答卷。

 

赴約千萬量級光譜

 

2009年6月,LAMOST望遠鏡通過國家竣工驗收,經過兩年精密調試與試觀測,2011年10月,LAMOST開始巡天觀測。2017年6月,LAMOST圓滿完成一期巡天任務,2017年9月,LAMOST中分辨率光譜巡天測試觀測啓動,2018年6月圓滿結束。LAMOST爭分奪秒抓住每一個適合觀測的星空之夜,巡天七年獲取光譜數據量達到約1125萬,其中高質量光譜達到了937萬條,約是國際上其他巡天項目發布光譜數之和的2倍,成爲世界上第一個獲取光譜數突破千萬量級的光譜巡天項目!這對于LAMOST巡天而言無疑是具有劃時代意義的裏程碑事件。

 

LAMOST获取的光谱集成为了目前世界上天区覆盖最完备、巡天体积和采样密度最大、统计一致性最好的天文数据集。中国、美国、德国、比利时、丹麦等国家和地区的124所科研机构和大学的700余位用户正在利用LAMOST数据开展研究工作。截止目前,国内外天文学家利用这些数据在国际知名天文学术期刊上发表SCI論文460余篇,引用4200余次。

 

一路花開

 

LAMOST數據助力天文學家在銀河系的形成和演化、恒星物理的探究、特殊天體的搜尋及河外星系的研究等方面均取得了突破性進展。

 

LAMOST給銀河系“重新畫像”

 

盡管我們身處銀河系之內,但對銀河系的認識卻並不深刻。直到像LAMOST這樣能夠獲得百萬量級恒星光譜的項目出現,才開啓了研究銀河系結構和演化更加精准的嶄新篇章。

 

2019年4月,国际著名科学期刊《自然·天文》在线发布了我国天文学家主导的一项重大发现。国家天文台赵刚研究員领导的国际合作团队利用LAMOST数据首次揭开了银河系内快中子俘获过程元素超量恒星的“身世”之谜,为银河系并合事件提供了确切和可靠的化学证据,为基于化学DNA识别银河系中的“星际移民”提供了新的线索。

 

天文學家利用LAMOST數據兩次刷新了銀盤的大小,發現人類居住的家園銀河系比之前認識的大了一倍!

 

天文學家利用LAMOST大樣本的光譜數據改寫了銀河系暈的面貌,發現銀暈是個內扁外圓的十足“胖子”。

 

大顯神通的LAMOST,用多種方法精確稱量出銀河系的體重約爲太陽質量的9千億倍。

 

LAMOST 以一个个崭新的科学发现,让天文学家得以重新审视银河系。

 

LAMOST與銀河(國家天文台供圖)

 

LAMOST不斷發現的星海珍品

 

天文学家在LAMOST的星海浪潮里精挑细选,2018年8月,发现一颗目前人类已知锂元素丰度最高的恒星,约是同类天体的 3000 倍。该成果发表在国际著名期刊《自然·天文》上。

 

天文學家利用LAMOST數據發現了萬余顆貧金屬星,擁有了目前世界上最大的、適合現有大望遠鏡跟蹤觀測的宇宙化石樣本。

 

天文學家借助LAMOST光譜獲取了上百萬顆恒星的年齡,爲銀河系演化研究提供了基礎數據。

 

發現了五顆超高速星,目前世界上已證認的超高速星僅有20余顆;完成了史無前例的OB星集結號,挑選出世界上最大的OB星星表。

 

另外,近兩年天文學家利用LAMOST數據在行星研究領域也取得了重大發現:

 

天文學家發現約八成的行星軌道都如同太陽系一樣是近圓形,這在某種程度上增強了人類尋找另一個地球和地外生命的信心。 

 

利用 LAMOST 数据发现了一类新的太阳系外行星族群——热海星。

 

這一系列奇異天體和新理論的發現,不斷刷新著人類的認知。

 

锂含量最高的恒星示意圖(國家天文台信息中心供圖)

 

捕獲來自遙遠宇宙的信息 

 

类星体是银河系外发光巨大的遥远天体,其能源来自于其中心超大质量黑洞所吸积周围物质释放的巨大引力能,是研究遥远宇宙的重要探针。在LAMOST光谱中已发现了4.2 万余颗类星体。同时估算出其中心黑洞的质量。这些类星体的发现将对大样本类星体的统计研究提供重要帮助。

 

LAMOST數據助力天文學家在星系對方面開展研究,一定程度上揭示了本地宇宙中星系是如何成雙成對的。LAMOST巡天工作除了在銀河系研究方面大展身手之外,在河外星系的研究上同樣做出了重要貢獻。

 

一個典型星系對的觀測和證認過程(上海天文台供圖)

 

類星體中心超大質量黑洞吸積盤的示意圖。(圖片來自網絡)

 

LAMOST未來新動作

 

2018年9月至2023年6月期間,LAMOST啓動二期中分辨率光譜巡天計劃,將開啓中、低分辨率光譜巡天交替進行的觀測模式,即亮月夜進行中分辨率光譜觀測,暗月夜繼續開展低分辨率光譜觀測。相對低分辨率光譜巡天,中分辨率光譜巡天的光譜分辨率增加4倍、視向速度精度增加5倍、恒星基本參數測量精度增加1倍。簡單的講,低分辨率巡天是給天體拍照,中分辨率巡天則是給天體拍視頻。

 

LAMOST二期的科學目標也非常值得期待:LAMOST通過“天體微電影”探測恒星內部結構及雙星的演化;LAMOST發揮偵探作用“尋宗問祖”,揭秘天體化學組成DNA和家族史。

 

LAMOST繼續搜尋地外文明,通過探測系外行星宿主恒星及其性質,加快系外行星的搜尋及對地外生命的探索;LAMOST觀測恒星“幼兒園”,揭示恒星“幼年期”的性質等等。

 

天體化學組成示意圖(圖片來自網絡)

 

LAMOST在一批批天文學家和實測天文工作者的傳承接力中不斷成長,守望著星空,見證著我國天文學的發展,也記錄著中國第一個天文類重大科技基礎設施走過的路程和留下的風采。 

 

作者:赵永恒 王丹 李双

來源:中國科學院國家天文台