來源：TheInnovation創(chuàng)新
導(dǎo) 讀
LAMOST（郭守敬望遠鏡）是我國自主研制的、兼具大口徑和大視場的光譜巡天望遠鏡。自2011年起，LAMOST巡天已經(jīng)發(fā)布了1700余萬條天體光譜，構(gòu)建了世界上最大的天文光譜數(shù)據(jù)庫。來自LAMOST的巡天數(shù)據(jù)推動了天文研究中諸多前沿領(lǐng)域的重要進展，尤其是拓展了我們對于銀河系以及其中各類天體的認(rèn)知（圖1）。
圖1 圖文摘要
天文學(xué)是一門以觀測為基礎(chǔ)的科學(xué)。400年前伽利略第一次將望遠鏡指向夜空，隨后天文望遠鏡便成為了人類認(rèn)識宇宙的有力武器。彼時的天文觀測多是針對某個天體或某個區(qū)域，隨著天文望遠鏡的發(fā)展以及人類對宇宙難以抑制的好奇，天文學(xué)家不再滿足于僅僅研究特定目標(biāo)或區(qū)域，而是雄心勃勃的想要將一大片，乃至整個夜空中的所有天體全都普查一遍。這種形式的天文觀測叫做“巡天”。
不難想象，巡天需要望遠鏡兼具大視場和大口徑，也就是既要“看的廣”，又要“看得遠”。在這種需求下，LAMOST誕生了。LAMOST的全名為大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠鏡（Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope），是天文領(lǐng)域的首個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。落成之后，它還被冠名為郭守敬望遠鏡（郭守敬是我國元代著名的天文學(xué)家）。圖2是LAMOST的結(jié)構(gòu)和光路系統(tǒng)。天體的光從夜空入射到主動改正鏡Ma，之后被反射至球面主鏡Mb，最后在焦面上成像。
圖2 LAMOST的結(jié)構(gòu)與光路示意圖
LAMOST是反射式施密特望遠鏡，應(yīng)用薄變形鏡面主動光學(xué)加拼接鏡面主動光學(xué)技術(shù)，在有效口徑4米的情況下視場可以達到5度之廣。它可以同時觀測近4000個目標(biāo)，是光譜獲取效率最高的望遠鏡之一。圖3展示了由LAMOST所拍攝的不同類型天體光譜和每年巡天的“足跡”范圍。LAMOST在第八次數(shù)據(jù)釋放時（DR8），已經(jīng)對外發(fā)布了1700余萬光譜，早已成為世界上最大的天體光譜數(shù)據(jù)庫。
圖3 LAMOST光譜示例與巡天足跡
LAMOST絕大部分光譜都來自于銀河系中的天體。銀河系是人類的家園星系，但我們對其理解其實還很有限，這是“不識廬山真面目，只緣身在此山中”的真實寫照。同時，銀河系是為數(shù)不多的可以在單顆恒星層面進行“解剖式”研究的星系，也是我們研究其他星系的參照標(biāo)準(zhǔn)，就像太陽之于恒星一樣。
LAMOST最基礎(chǔ)和最核心的科學(xué)價值是其目前所觀測到的1700余萬條光譜，以及由此所推導(dǎo)出的各類天體的基本信息（例如溫度、表面重力、元素豐度等）。它們是天文學(xué)家研究各類天體屬性的基礎(chǔ)，也正是這些數(shù)據(jù)，讓我們重新認(rèn)識了銀河系。圖4展示了LAMOST DR8中所有恒星最常用的幾組物理參數(shù)信息。
圖4 LAMOST第八次數(shù)據(jù)釋放所公開的恒星物理參數(shù)信息（圖中共~600萬顆恒星）
得益于巡天的光譜數(shù)據(jù)，現(xiàn)在我們已經(jīng)知道銀河系盤（銀盤）并非是一個平坦的盤（圖1），相反，它在演化歷史中一直被扭曲和擾動著。與眾多較小星系（后稱矮星系）的并合被認(rèn)為是形成我們今天看到的銀河系盤的一個關(guān)鍵原因。這些矮星系的物質(zhì)被銀河系所吸引和剝離，最終成為分布在銀河系周圍的星流。圖1中的淺藍色星流就是此類事件的歷史遺跡之一，即人馬座矮星系的殘骸。我們通過LAMOST的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)或研究了很多類似的遺跡。
再舉一個LAMOST幫助我們更好地認(rèn)識銀河系的例子。相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，人們認(rèn)為銀河系的直徑大約只有10萬光年，但在LAMOST數(shù)據(jù)的幫助下，現(xiàn)在我們已經(jīng)清晰地知道銀河系至少有20萬光年之大。
除了改變對銀河系的認(rèn)知，LAMOST海量光譜還如同蘊藏宇宙財富的寶庫一般，讓天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大量有趣的天體。例如，LAMOST發(fā)現(xiàn)了一顆繞著“虛空”旋轉(zhuǎn)的恒星，并最終在“虛空”中發(fā)現(xiàn)了能吞噬一切的怪物——黑洞（圖5）；發(fā)現(xiàn)了鋰豐度最高的恒星，其鋰含量是太陽的3000多倍；發(fā)現(xiàn)了一類新的系外行星族群“熱海星”，為行星的形成理論提供了新線索。當(dāng)然，它的發(fā)現(xiàn)遠不止于此，還有“宇宙活化石”貧金屬星、“銀河系的博爾特”超高速星、會“變臉”的類星體、來自其他星系的“流浪”恒星等等，限于篇幅就不一一展開了。
圖5 通過視向速度變化發(fā)現(xiàn)恒星級黑洞示意圖
LAMOST十年巡天，遍覽星河，寥寥千字無法盡言其科學(xué)發(fā)現(xiàn)。目前基于LAMOST數(shù)據(jù)所發(fā)表的科學(xué)論文已經(jīng)近千篇，其中很多都改變了我們對于宇宙的認(rèn)知。這些成績，即便是萬字長文恐也難以面面俱到，但終究是一件有意義的事。
總結(jié)與展望
LAMOST巡天已經(jīng)進入下一個階段。自2018年開始，其已經(jīng)順利啟動了新的巡天模式——中分辨率巡天。中分辨率光譜（R ≡ λ?Δλ～7500）能夠揭示更精細的譜線結(jié)構(gòu)，提供天體更高精度的物理參數(shù)、化學(xué)豐度以及視向速度等信息。中分辨率數(shù)據(jù)使得LAMOST巡天在更高精度的基礎(chǔ)上，可以更好地進行“時域天文”研究，特別是強化在雙星演化、變星、恒星形成區(qū)、發(fā)射線星云、致密天體等熱點領(lǐng)域的研究。在不久的將來，LAMOST還將進一步升級改造，從而邁入高精度和超大規(guī)模數(shù)據(jù)量的新時代，以更好地拓展未來的巡天觀測及科學(xué)目標(biāo)。