新华报业网 > 江苏 > 科技 > 正文
探索 | 突破世界技术难题,“光谱之王”LAMOST让银河系有了新“画像”
2020/04/14 19:24  新华报业网  

  交汇点讯  4月以来,郭守敬望远镜(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,英文缩写LAMOST)捷报频传:中国LAMOST发现目前银河系中自转最快恒星,LAMOST巡天光谱总数达1448万条成为光谱之王,LAMOST去年收获“发现恒星级黑洞”等11项代表成果……

  累累硕果背后,“LAMOST的核心创新和关键技术”正是来自中国科学院南京天文光学技术研究所。近期,该项目获得江苏省科学技术一等奖。新华日报《科技周刊》记者独家采访了项目负责人之一崔向群院士,听她讲述国家重大科学工程LAMOST的科技创新故事。

  开辟一块属于我们的“首猎”区

  在河北燕山山脉深处,坐落着东亚大陆规模最大的光学天文观测基地——中国科学院国家天文台兴隆观测站。每个晴朗的夜晚,观测站内的LAMOST都会打开穹顶,默默守望星空。而在观测站另一侧,我国自主研制的第一台两米级光学望远镜——2.16米望远镜与LAMOST遥遥相对。故事就要从这座2.16米望远镜说起。

  “30多年前,国内2.16米望远镜即将竣工,我国天文设备正面临一个极其困难又非常关键的时刻。”崔向群回忆,当时国际上都已经在研制8—10米的望远镜了,“我们难以跟外国拼经费投入,但又不愿意也不能跟在别人后面。”

  面对经费与技术上的双重挑战,时任中国科学院北京天文台研究员、名誉台长王绶琯院士提出,如果能找到一个突破点,把有限的力量集中起来,也有可能开辟一块属于我们的“首猎”区。几经讨论,多年来天文学研究中经过诸多尝试仍未能解决的难题——建造一种大视场兼备大口径的能够开展一次观测数千天体光谱的大规模光谱巡天天文望远镜被迅速聚焦。

  望远镜之所以越做越大,是因为天文学家在追求它的大视场和大口径。“大视场是指望远镜可观测到的星空的面积足够大,这样就可以同时观测更多星星。大口径是指镜面直径大。”崔向群院士向记者打了个比方,这就如同当光线暗时眼睛瞳孔会放大,增加接收光的面积,就可以看清周围物体。“望远镜的大口径是为了增加接收星光的面积,这样就可以观测到足够暗的星体。”由于技术瓶颈难以突破,大视场兼大口径,似乎是个鱼和熊掌不能兼得的难题。

  彼时,南京天文光学技术研究所研究员苏定强院士创造性地提出采用主动光学实现镜面曲面形状的实时变化,从而获得大视场兼备大口径的光学系统。三易蓝图后,LAMOST大视场兼备大口径的主动反射施密特望远镜方案,在充分调动我国天文界力量和智慧的基础上横空出世,而我国以王绶琯和苏定强为首的天文学家们开始了披荆斩棘、大刀阔斧的创新之路。

  方案已经敲定,如何付诸实践并迈出下一步成了迫切问题。这一希望被寄托在崔向群身上。1993年,远在德国的崔向群收到导师苏定强来信,希望她回国参加LAMOST的建议和研制。崔向群谢绝了国外所有挽留,1994年初回国。

  “观天巨眼”将我国多项技术推至国际前沿

  崔向群介绍,当时国际上最大口径的大视场望远镜是澳洲的3.9米口径2度视场望远镜,配有400根光纤;配备光纤数最多的是美国的2.5米口径3度视场斯隆巡天望远镜,配有640根光纤;而LAMOST的目标是:最大光学镜面6米多,视场5度,并配备4000根光纤的望远镜。

  为了实现这一目标,根据方案,LAMOST光学系统是由主动光学控制的非球面的反射施密特改正镜、球面主镜和焦面组成的反射施密特系统,球面主镜及焦面固定在地基上,反射施密特改正镜作为定天镜跟踪天体的运动。其中,5.74米×4.4米的主动反射施密特改正镜由24块1.1米的六角形主动变形子镜拼接而成,6.67米×6.05米的球面主镜则是由37块1.1米六角形子镜拼接而成的。做成这两块大镜面,技术难度堪比登天,因为这需要实现在一块大镜面上既变形又拼接的主动光学技术,以及实现在一个光学系统中同时用两块大拼接镜面。

  LAMOST光路图

  LAMOST的前瞻性科学思想和创新性科学方案得到了国际天文学界的赞许,但是,不少国内外同行又觉得难度太大,做不出来。这让建设者们认识到了LAMOST的科学价值,也让他们有了必须研制成功的决心。

  苏定强院士说:“搞LAMOST需要敢死队。”崔向群硬是接下了“敢死队长”的任务,成为项目总工程师,负责项目的立项和预研中的技术工作。崔向群的坚持有了回报,团队经过十多年分秒必争、艰苦卓绝的努力,突破了天文望远镜大视场与大口径难以兼得的世界性技术难题。燕山深处,“观天巨眼”拔地而起,洁白壮观的建筑在苍翠的山脉间格外耀眼。

  LAMOST于2008年落成,2009年6月正式通过国家验收。它是我国自主创新的新型大视场兼大口径望远镜,也是世界上目前口径最大的大视场望远镜和光谱获取率最高的巡天望远镜。

  2013年9月,LAMOST正式巡天一年加上先导巡天观测共发200多万条恒星光谱,超过有史以来全世界观测到的恒星光谱数量总和,给天文界带来“超强地震”。

  LAMOST的研制成功,将我国主动光学技术、光纤定位技术和望远镜研制技术推进到国际前沿。如今,LAMOST实现了天区覆盖、巡天体积、采样密度及统计完备性等方面的重大突破,填补了我国大型天文基础数据的空白,为国际天文学开展银河系研究提供了极好的、具有传承价值的样本。其高质量、大样本光谱数据的产出和科研成果引起国际天文界的广泛关注与合作兴趣,也大大促进了我国天文学的国际交流与合作。

  “光谱之王”科研成绩单硕果累累

  LAMOST建成以来,天文学家利用LAMOST光谱数据的大样本优势,给银河系“重新画像”,成果层出不穷,不断刷新着人们对银河系的认知。

  “天体的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。这些光谱信息极有可能成为解开神秘银河系乃至整个宇宙形成和演化规律的‘密钥’。”崔向群告诉记者,在LAMOST建成之前,人类观测到的天体数目虽然已达到了上百亿,但进行过光谱观测的天体仅占总数的万分之一。

  2011年,LAMOST启动先导巡天。2012年,LAMOST进入科学巡天阶段。2018年6月,LAMOST巡天获取光谱数首次超千万量级,成为世界上第一个获取光谱数超千万的光谱巡天项目。目前,LAMOST包含先导巡天及正式巡天前7年的光谱总数已经达到近1500万条,被誉为“光谱之王”。

  不仅如此,LAMOST的2019年度科研“成绩单”也可谓硕果累累:首次发现70倍太阳质量的恒星级黑洞,超过理论预言的恒星级黑洞的质量上限;开创用化学DNA识别银河系中“星系际移民”的新方法;首次精确描绘银河系外晕中人马座星流的三位空间轨道分布……中国科学院国家天文台近日还发布消息称,LAMOST最新发现一颗目前银河系自转速度最快的恒星,这颗恒星位于银河系的外旋臂上,距太阳大约3万光年。

  “项目在世界上首先开拓了同时观测几千个天体光谱的大规模光谱巡天的新思路,以新颖的构思、巧妙的设计实现了光学望远镜大口径兼备大视场的突破,开创了我国高水平大型天文光学精密装置研制的先河。”中国科学院国家天文台研究员、LAMOST运行与发展中心常务副主任赵永恒说。

  今年初,南京天文光学技术研究所推荐的LAMOST工程研究集体,荣获2019年度中国科学院杰出科技成就奖。不久前,其推荐的“LAMOST的核心创新和关键技术”又获得江苏省科学技术一等奖。“光谱之王”实至名归。

  交汇点记者 蔡姝雯 王甜

标签:
责编:郑亚群

版权和免责声明

版权声明:凡来源为"交汇点、新华日报及其子报"或电头为"新华报业网"的稿件,均为新华报业网独家版权所有,未经许可不得转载或镜像;授权转载必须注明来源为"新华报业网",并保留"新华报业网"的电头。

免责声明:本站转载稿件仅代表作者个人观点,与新华报业网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或者承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。

read_image_看图王.jpg
娄勤俭.jpg
吴政隆 - 副本.jpg
苏言.jpg
受权.jpg
周刊 报业网小banner_wps图片.jpg
cj.jpg

相关网站

二维码.jpg
21913916_943198.jpg
jbapp.jpg
wyjbL_副本.png
jubao.jpg
网上不良信息_00.png
动态.jpg