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LAMOST十年巡天记

编者按:2009年6月,坐落在中科院国家天文台兴隆观测站的“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)”通过国家竣工验收。

2009年6月,河北兴隆燕山山脉深处,我国第一个天文类重大科技基础设施——LAMOST望远镜,顺利通过国家验收,那一刻,LAMOST赋满使命地睁开观天巨眼,开启了扫描浩瀚星空的旅程。弹指一挥间,十年风雨路。验收后的十年,这座巍峨的LAMOST走过调试的艰辛,跨越测试的难关,趟出了一条从无到有的巡天之路,这条路从泥泞走到平坦,从草木稀疏到百花齐放。怎样的十年让它逐步大放异彩?

LAMOST,是“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”的英文简称,中国天文学家自主研制的大视场兼大口径的新型光学望远镜,现冠名为“郭守敬望远镜”。

LAMOST简历

LAMOST望远镜像被“上帝之手”操控,在同一块大镜面上采用可变形薄镜面和拼接镜面的主动光学技术,解决了大视场望远镜兼具大口径的世界级难题。4000根光纤并行可控的快速定位技术,使LAMOST成为全世界光谱获取率最高的望远镜。LAMOST在科学上开创了大规模光谱巡天的先河。

LAMOST项目的研制成功得到了国内外专家的高度评价。美国著名天文学家理查德·埃里斯曾说过:“一架大口径天文望远镜是人类文明进步的最好例子,看到了LAMOST这个新家伙,我们才知道中国人都做成了些什么。”

2009年,验收专家们指出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。相信,LAMOST今后将对宇宙起源、银河系结构、恒星形成与演化等相关研究做出重大贡献。

十年后的今天,LAMOST在大家的共同努力下,无论在获取光谱数据量还是高显示度的研究成果方面都交上了一份收获颇丰的答卷。

赴约千万量级光谱

2009年6月,LAMOST望远镜通过国家竣工验收,经过两年精密调试与试观测,2011年10月,LAMOST开始巡天观测。2017年6月,LAMOST圆满完成一期巡天任务,2017年9月,LAMOST中分辨率光谱巡天测试观测启动,2018年6月圆满结束。LAMOST争分夺秒抓住每一个适合观测的星空之夜,巡天七年获取光谱数据量达到约1125万,其中高质量光谱达到了937万条,约是国际上其他巡天项目发布光谱数之和的2倍,成为世界上第一个获取光谱数突破千万量级的光谱巡天项目!这对于LAMOST巡天而言无疑是具有划时代意义的里程碑事件。

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论文460余篇,引用4200余次。

一路花开

LAMOST数据助力天文学家在银河系的形成和演化、恒星物理的探究、特殊天体的搜寻及河外星系的研究等方面均取得了突破性进展。

LAMOST给银河系“重新画像”

尽管我们身处银河系之内,但对银河系的认识却并不深刻。直到像LAMOST这样能够获得百万量级恒星光谱的项目出现,才开启了研究银河系结构和演化更加精准的崭新篇章。

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员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。

天文学家利用LAMOST数据两次刷新了银盘的大小,发现人类居住的家园银河系比之前认识的大了一倍!

天文学家利用LAMOST大样本的光谱数据改写了银河系晕的面貌,发现银晕是个内扁外圆的十足“胖子”。

大显神通的LAMOST,用多种方法精确称量出银河系的体重约为太阳质量的9千亿倍。

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与银河(国家天文台供图)

LAMOST不断发现的星海珍品

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。

天文学家利用LAMOST数据发现了万余颗贫金属星,拥有了目前世界上最大的、适合现有大望远镜跟踪观测的宇宙化石样本。

天文学家借助LAMOST光谱获取了上百万颗恒星的年龄,为银河系演化研究提供了基础数据。

发现了五颗超高速星,目前世界上已证认的超高速星仅有20余颗;完成了史无前例的OB星集结号,挑选出世界上最大的OB星星表。

另外,近两年天文学家利用LAMOST数据在行星研究领域也取得了重大发现:

天文学家发现约八成的行星轨道都如同太阳系一样是近圆形,这在某种程度上增强了人类寻找另一个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。

 

这一系列奇异天体和新理论的发现,不断刷新着人类的认知。

锂含量最高的恒星示意图(国家天文台信息中心供图)

捕获来自遥远宇宙的信息 

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数据助力天文学家在星系对方面开展研究,一定程度上揭示了本地宇宙中星系是如何成双成对的。LAMOST巡天工作除了在银河系研究方面大展身手之外,在河外星系的研究上同样做出了重要贡献。

一个典型星系对的观测和证认过程(上海天文台供图)

类星体中心超大质量黑洞吸积盘的示意图。(图片来自网络)

LAMOST未来新动作

2018年9月至2023年6月期间,LAMOST启动二期中分辨率光谱巡天计划,将开启中、低分辨率光谱巡天交替进行的观测模式,即亮月夜进行中分辨率光谱观测,暗月夜继续开展低分辨率光谱观测。相对低分辨率光谱巡天,中分辨率光谱巡天的光谱分辨率增加4倍、视向速度精度增加5倍、恒星基本参数测量精度增加1倍。简单的讲,低分辨率巡天是给天体拍照,中分辨率巡天则是给天体拍视频。

LAMOST二期的科学目标也非常值得期待:LAMOST通过“天体微电影”探测恒星内部结构及双星的演化;LAMOST发挥侦探作用“寻宗问祖”,揭秘天体化学组成DNA和家族史。

 

LAMOST继续搜寻地外文明,通过探测系外行星宿主恒星及其性质,加快系外行星的搜寻及对地外生命的探索;LAMOST观测恒星“幼儿园”,揭示恒星“幼年期”的性质等等。

天体化学组成示意图(图片来自网络)

LAMOST在一批批天文学家和实测天文工作者的传承接力中不断成长,守望着星空,见证着我国天文学的发展,也记录着中国第一个天文类重大科技基础设施走过的路程和留下的风采。