互动科普

LAMOST是“Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope”部分首字母的缩写，中文名称是“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”。LAMOST是我国重大科学工程之一，2008年，它将在国家天文台怀柔观察站投入试运行。LAMOST的建成,将使我国在大规模光学光谱天文观测和大视场天文学研究领域居于国际领先地位。

历史回眸

上个世纪80年代中期，以王绶琯、苏定强和陈建生院士为首的一批天文学家,开始思考我国天文学的未来战略发展问题。虽然当时我国自主研制的2.16米望远镜即将竣工，但国际上多个大型观测项目已经纷纷上马，如哈勃空间望远镜、10米凯克望远镜等。我国天文学该从哪里突围？结合我国国情，王绶琯院士等老一辈天文学家历经十数寒暑，多次论证，三易蓝图，终于在1994年将方案确定在“LAMOST”身上。

LAMOST最重要的科学任务是进行“大视场多目标”的光谱巡天。传统的望远镜设计方案不是口径大视场小，就是视场大口径小。“大口径兼具大视场”是天文学家多年来的追求。我国天文学家开创性地将“卧式子午仪”和施密特望远镜巧妙结合，并通过主动光学技术保证成像质量，提出了LAMOST的总体方案。应用主动光学技术控制反射改正板，这台横卧南北的子午仪式反射施密特望远镜，将成为大口径兼大视场光学望远镜的世界之最。子午仪在天体通过子午（即南北）方向时进行观测。这时天体的方位离地平最高，成像质量受地球大气的影响最小，运行的轨迹也最平坦，因此是最佳的选择。由于口径巨大，经过1.5小时曝光，它就可以观测到暗达20.5等的天体，这比肉眼可见的最暗恒星还要暗淡约50万倍。由于视场巨大，它的焦面上可以放置4,000根光纤，每根光纤都可以将一个遥远天体的光传输到某台光谱仪中，同时获得4,000个天体的光谱，这将使LAMOST成为世界上光谱获取率最高的望远镜。

超人之处

LAMOST望远镜最突出的特点是大口径（4米）兼大视场（5度），以及4,000根光纤组成的超大规模光谱观测系统。与国际上同类型的巡天项目，比如美国斯隆数字巡天计划（SDSS，口径2.5米，视场3度，660根光纤）和澳大利亚英澳天文台2dF巡天（口径3.9米，视场2度，400根光纤）相比，LAMOST无论在口径上还是观测效率上都有极大的飞跃。

LAMOST望远镜由8个子系统组成，分别是光学系统、主动光学和支撑系统、机架和跟踪系统、望远镜控制系统、焦面仪器、圆顶、观测控制和数据处理系统、输入星表和巡天战略。

光学系统由南端的球面主镜MB和北端的反射施密特改正镜MA构成，焦面在中间。光轴南高北低，以适应台址纬度，扩大观测天区。球面主镜大小为6.5米×6米，由37块1.1米对角径的六角形球面镜拼接而成。改正镜大小为5.7米×4.4米，由24块对角径1.1米的六角形非球面镜拼接而成。球面主镜是固定的，改正镜则采用地平式机架，可以在方位和高度两个方向上转动，实现对天体的指向和跟踪。望远镜在天体经过中天前后进行观测。

为了改正球面主镜的像差，观测时需要实时改变改正镜的镜面形状。通过结合薄镜面和拼镜面主动光学技术，主动光学系统的上千个力促动器实时控制着改正镜的24块薄平面子镜，前者使它们按要求变形，后者使各子镜保持共焦。主镜的37块子镜则通过拼镜面主动光学技术实现共焦。

LAMOST系统是世界上首次在同一块大镜面上同时应用了薄镜面和拼接镜面两种主动光学技术，还首次在一个光学系统中同时采用了两块大型拼接镜面。这体现了我们的技术创新，也是项目中的技术难点。球面主镜的拼接是项目关键技术的重要组成部分，也是项目造价大为降低的关键之一。

望远镜收集来自天体的微弱辐射，成像在焦面上，然后通过焦面仪器进行分光、探测和记录。焦面仪器是LAMOST直接获取天体光谱信息的部分，包括光纤定位装置、光纤、光谱仪和CCD探测器等几个主要部分。“并行可控式光纤定位技术”是LAMOST又一项创新关键技术。在望远镜焦面位置上安装一个直径1.75米的面板，其上加工4,000个均匀排列、大小一致的圆孔，每个孔中安装一个可以在面板内自由移动的光纤定位单元，每个单元通过两台步进电机把脉冲信号转变成具体机械动作，带动一根光纤在一定的范围内实现准确定位。LAMOST定位系统的优势在于，4,000个定位单元各自独立地同时工作，大大缩短定位时间，也避免了SDSS那样每次观测都需要更换光纤面板的麻烦。在一个圆桌大小的焦面板上，8,000台电机带动4,000根光纤，准确地瞄准一个个遥远的天体，这是多么震撼人心的场景呀！

每个各种条件良好的夜晚，LAMOST都可以完成上万个目标的观测，每年可获得两三百万个天体的光谱，建成后将使我国在大规模天文光谱观测研究中居国际领先地位。为了充分发挥LAMOST的威力，获得最大的科学回报，天文学家结合望远镜的功能和特点,为它制定了一系列观测计划。其中最优先的科学目标是：星系的红移巡天、恒星及银河系结构、多波段天体目标的证认。

未来与影响

随着巡天观测在天文学研究中的重要性日益增强，LAMOST项目引起了国内外天文学家的广泛关注，他们对LAMOST巨大的科学潜能寄予厚望。美国《科学》（Science）杂志两次载文介绍。著名的天文科普杂志《天空与望远镜》（Sky & Telescope）在2000年第7期上提到“……LAMOST，中国的一台不寻常的望远镜，将建在中国北部长城附近的北京天文台兴隆站。3,000万美元的LAMOST拥有一个固定的4米主镜和5度的视场，一个可变形的镜面将星光引导到固定主镜上。LAMOST建成后，将是迄今最高产的光谱巡天工具。”

2005年春夏之交，中国科学院和LAMOST指挥部邀请了9位国际知名的天文仪器专家和天文学家—包括美国帕洛马天文台前台长、美国凯克天文台前台长、美国叶凯士天文台前台长、SDSS项目负责人、2dF项目负责人，对LAMOST望远镜的功能和潜在的科学意义进行评估。经过仔细的现场考察和与项目成员的深入交流，这些大腕认为：“LAMOST将是一个适合于研究广泛领域中重大天体物理问题的世界级巡天设备。鉴于它的集光面积和光纤数目，LAMOST潜在的功能将比SDSS和2dF高出10到15倍。如果能达到这样高的指标，它将是一个巨大的飞跃，并打开了一个广阔的‘探索空间’。LAMOST将会有非常好的科学产出，一定能够在河外天文学与银河系天文学方面产生世界级的研究成果。”

LAMOST独特的设计思想也对国际天文望远镜的设计产生了重要影响。2005年6月初，在北京召开的“南极DOME C/A大视场巡天望远镜研讨会”上，一些国外天文学家提议在南极建造一台更大口径的LAMOST望远镜。国家天文台LAMOST望远镜与南极LAMOST一南一北，遥相呼应，对整个天空进行完整的深度光谱观测。

目前，现场施工和安装工作已经全面展开，望远镜观测楼已经完工。按照最新的规划， 2008年中期，整个项目竣工验收，系统进入试运行阶段。LAMOST的建成将让世界更加了解中国天文和中国的天文学家。

致谢：作者感谢LAMOST项目总经理赵永恒研究员、项目科学家褚耀泉教授在本文完稿过程中提供的热情帮助。