LAMOST伸向太空“千里眼”.docVIP

LAMOST伸向太空“千里眼” 　　 　　2008年10月16日，外形怪异的庞然大物LAMOST天文望远镜在国家天文台河北兴隆观测站宣告正式落成。“大口径、大视场”的完美组合，再加上一次能获得4000条天体光谱的高效率，有效口径4米的大视场多目标光纤光谱望远镜（LAMOST）一亮相就成为集天文学家诸多梦想于一身的“宠儿”。 　　以静代动:固定组件化解旋转难题。LAMOST望远镜由大小为 6.67米×6.05米的主镜和5.72米×4.4米的改正镜组成，其焦距更是达到20米。要让体形如此庞大的望远镜旋转起来，可不是什么简单的事情。 　　以静代动，科学家用固定的望远镜主镜和镜筒化解了难题。 　　LAMOST望远镜共分为3个部分：反射施密特改正镜、球面主镜和连接两者的长通道。科学家将望远镜的主镜固定在地基上，改正镜放置在主镜北端，40米的长通道类似镜筒，望远镜的焦平面位于长通道内：在观测不同高度的天体时，只需调整改正镜角度，就能将从赤纬-10度到+90度的天体尽收眼底。光线经改正镜和主镜两次反射，最终在焦面成像。焦平面上放置的光纤，会将光线传输到光谱仪的狭缝上，并用CCD照相机记录下这些光谱。 　　化整为零:小镜片“拼凑”大口径。望远镜的大口径，意味着科学家可以用它刺探天体所包含的更细致、深邃的信息，同时也意味着对镜片磨制技术的考验。6.67米×6.05米的主镜和5.72米×4.4米的改正镜，以及可观的“体重”还可能使大镜面在重力的作用下“身材走形”，影响成像效果。 　　化整为零，用厚度薄、面积小的镜面拼接成大镜面，是目前打造大型天文望远镜时常用的方法。例如位于美国夏威夷的凯克望远镜，其主镜由36面直径约1.8米、重约半吨的六边形镜组合而成。 　　与其他采用镜面拼接技术的望远镜相比，LAMOST望远镜更胜一筹的是在世界上首次在一个光学系统中同时采用两块大的拼接镜面。 　　大口径赋予了LAMOST望远镜超群的观测能力。如果连续曝光1.5小时，LAMOST能记录下比天狼星更是要暗上亿倍的恒星。 　　随机应变:主动光学“修正”图像畸变。小镜片拼接技术解决了大口径镜面的加工成本和易于形变等问题，但小镜片只有按照统一的目标和规划行动，才能收到和谐、精准的效果。 　　科学家在每面小镜面背部都安装上驱动装置，通过调整它们的角度和方位，使构成主镜的小镜面在同一位置聚焦，构成改正镜小镜面位于同一平面。 　　在同一镜面上同时使用控制拼镜面的共面和控制单块薄镜面变形两种主动光学技术，使得LAMOST望远镜视场更大，成像质量更优良。 　　互不干扰:4000根光纤同时捕获光谱。在直径为1.75米的焦面上放置4000根光纤，从而同时获得4000条天体的光谱，是LAMOST望远镜吸引人的另一个亮点。这使LAMOST一举打破斯隆数字巡天（SDSS）望远镜保持的“世界纪录”――同时观测640个天体。 　　科学家将望远镜的焦面分成大小相等、分布均匀的4000个圆形区域，每个区域都安装有一根光纤。如果在望远镜控制终端输入恒星位置，与人类胳膊类似的机 械臂会带动光纤在较短时间内精确定位。由于LAMOST望远镜的4000根光纤可以互不干扰地同时工作，因此定位多个观测目标所需时间大大缩短。 　　光纤的另一端连接的是16台分辨率为1/1000的光谱仪和32台CCD照相机，通过这些仪器获得的天体光谱，可以提供包括天体距离、温度以及元素结构等在内的丰富物理信息。迄今由成像巡天记录下来的数以百亿计的各类天体中，只有约万分之一进行过光谱观测。LAMOST将突破天文研究中光谱观测的这一“瓶颈”，使人类探索宇宙的目光更加犀利。 　　这些设计与技术的结合，使LAMOST成为我国目前最大的光学望远镜、世界上最大口径的大视场望远镜，也是世界上光谱获取率最高的望远镜。 　　早在1666年，牛顿用三棱镜分解日光，发现白光是由不同颜色的光混合而成，透镜对不同颜色的光有不同的折射，这是导致伽利略式望远镜出现色差、让观测者恼怒的原因，因为来自宇宙的光都不单纯。而由此产生的这些彩虹般的色序就是“光谱”，日后很多天文望远镜，包括LAMOST望远镜，都专门利用这种曾令他们恼怒的东西破解宇宙密码。因为1859年，德国科学家基尔霍夫很奇妙地发现太阳光谱中有钠元素的燃烧谱线，也就是说星光中蕴含着化学元素的信息，这对研究天体构成太重要了，远比盯着星星的照片傻看有用。 　　牛顿在多次制造无色差望远镜无果后断言，透镜的色差永远也消除不掉。1668年，他另辟蹊径，用反射代替折射，亲手制造了一架“反射式望远镜”，很好地消除了色差等令人头疼的问题。 　　不过，历史证明先贤伟人并非永远正确。18世纪英国律师兼数学家切斯特?穆尔?霍尔发现，将不同材质的凸凹透镜组合起来，可以在很大程度上消除色差。