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世界上最大口径大视场光学天

2016-05-17 09:52 出处:未知  人气: 评论( 0
世界上最大口径大视场光学天文望远镜

  LAMOST是中国科学家自主创新设计、在技术上极具挑战性的新型大视场兼备大口径的光学天文望远镜。其视场为五度(相近口径的常规天文望远镜视场小于一度),口径大于六米,光学系统由反射改正镜、球面镜和焦面三个部分构成,单次观测最多可同时获得四千个天体光谱。LAMOST研制成功,成为目前大口径兼备大视场光学望远镜的世界之最和当前世界上获取天体光谱能力最强大的天文观测设备,将对宇宙起源、星系形成与演化、银河系结构、恒星形成与演化等研究做出重要贡献。
 
  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。
 
  中国国家重大科学工程——大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(英文简称LAMOST,中文简称拉莫斯特),2009年4月日在中国科学院国家天文台河北兴隆观测基地顺利通过国家竣工验收。
 
  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!
 
  LAMOST是中国科学家自主创新设计、在技术上极具挑战性的新型大视场兼备大口径的光学天文望远镜。其视场为五度(相近口径的常规天文望远镜视场小于一度),口径大于六米,光学系统由反射改正镜、球面镜和焦面三个部分构成,单次观测最多可同时获得四千个天体光谱。LAMOST研制成功,成为目前大口径兼备大视场光学望远镜的世界之最和当前世界上获取天体光谱能力最强大的天文观测设备,将对宇宙起源、星系形成与演化、银河系结构、恒星形成与演化等研究做出重要贡献。
 
  中国天文学家独创的LAMOST这种新型望远镜,被国际上誉为“地面大视场大口径望远镜的最佳方案”——创造性地将四十多米长的镜筒固定,并用主动光学技术实时产生非球面面形不断变化的高精度镜面——突破了半个世纪以来大口径和大视场难以兼备的瓶颈。
 
  为实现这一创新思想,中国科学家攻克大量世界级技术难题,在研制LAMOST过程中创造出多个世界首次:
 
  首次在一块大镜面上同时应用薄变形镜面和拼接镜面主动光学技术(控制镜面面形精度达发丝的数千分之一);
 
  首次实现六角形的主动可变形镜;首次在一个光学系统中同时采用两块大口径拼接镜面;
 
  首次应用四千根光纤定位技术(同类设备目前仅六百四十根);
 
  此外,LAMOST的八米高精度大型地平式跟踪机架、多目标光纤光谱技术、海量数据处理等也均为世界前沿技术。
 
  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,整个望远镜有11层楼之高,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。
 
  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……
 
  国际天文学界对LAMOST项目研制成功好评如潮:国际著名天文学家、芝加哥大学D. York 教授自称是LAMOST的‘粉丝’”;主动光学发明人、国际著名天文光学专家R. Wilson评价说,“ LAMOST包括了望远镜技术的所有方面……她的建成,将中国望远镜研制技术推到了世界前沿的顶峰”、“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”,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;
 
  验收专家认为,LAMOST全面优质完成了工程建设任务,其中望远镜光学像质、跟踪指向精度显著优于设计指标,表明LAMOST已具备甚至超过了预期能力,成为目前国际上口径最大的大视场望远镜和光谱获取率最高的望远镜。
 
  LAMOST是中国科技领域自主创新的典范,它将使人类观测天体光谱的数目提高一个数量级至千万量级,使中国在该领域处于国际领先地位。LAMOST的建设还为中国科研、生产和国防建设的发展提供人才和高技术储备,为中国研制巨型望远镜奠定坚实基础,并使中国跻身于国际天文技术前沿,成为世界上少数几个具备自主研制巨型望远镜能力的国家之一。
 
  【建造背景及意义】
 
  “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
 
  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!”
 
  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。”
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本文标签: 望远镜

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