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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    一舉拿下這么多世界之最,LAMOST到底是個啥?

                    2019-07-21 23:08:00

                      好消息!好消息!來自中科院國家天文臺的好消息!2019年3月27日,LAMOST的7年巡天的光譜數據正式向全球發布了!

                      這是世界上第一個獲取光譜數突破千萬量級的光譜巡天項目。此次發布的LAMOSRT DR6數據集共包含1125萬條光譜,其中高質量光譜達到了937萬條,約是國際上其他巡天項目發布光譜數之和的2倍。同時,此次公布的數據還包括一個636萬組恒星光譜參數星表,是目前世界上最大的恒星參數星表。

                      那么問題來了,LAMOST是個啥?

                      宇宙從哪里來?時間有沒有起點?時間旅行是否成為可能?有沒有另外一個星體也存在生命?面對這些疑問,科學家希望在從星空中尋求答案。在國家天文臺北京興隆觀測站,有一座造價2.35億的望遠鏡。它就是LAMOST。

                      對天體進行光譜分析

                      國家天文臺興隆觀測站地處燕山主峰南麓,位于河北省興隆縣連營寨,海拔960米。每當夜色降臨,觀測站內的LAMOST的穹頂慢慢打開,天文學家便借助它來窺探銀河系的秘密。

                      LAMOST,是大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡(Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope)的英文簡稱。它的中文名字,叫作郭守敬天文望遠鏡。這是我國目前口徑最大的望遠鏡。它由我國自主創新設計,在多項技術上位于國際前沿,是我國國家重大科學工程之一。LAMOST在大規模光學光譜觀測和大視場天文學研究方面,居于國際領先的地位。

                      LAMOST現階段的使命是“巡視”銀河系。LAMOST可以同時觀測4000個天體,而目前世界上同類“巡天”項目望遠鏡,最多才可同時觀測 640個天體。與我們印象中的天文望遠鏡不同的是,天文學家不是通過LAMOST直接觀測星體,而是捕捉天體的可見光波段的光譜??茖W家靠光譜分析來獲知遙遠星體的信息。

                      如我們所見的彩虹,光被空氣中的水汽反射以及折射,在空中形成七彩的圖案。這些彩虹般的色序就是“光譜”。1666年,牛頓發現白光是由不同顏色的光混合而成,他用三棱鏡分解日光,并獲得日光中的可見光的光譜。

                      猶如人的指紋各不相同,化學物質在燃燒時,物質中不同的元素會呈現出獨特的光譜和顏色。因此天文學家只要能得到天體的光,就可以通過光譜分析,知道這個星體到底由什么物質構成,哪怕它遠在宇宙的另一端。

                      根據光譜分析的方法,我們得知太陽的組成元素中按質量計算大約四分之三是氫,剩下的幾乎都是氦,包括氧、碳、鐵和其他的重元素質量少于2%;離太陽最近的恒星——4.2光年之外的比鄰星,有大量的鎂;冬季夜空中最亮的星星天狼星,鐵的含量是太陽的 316%。

                      國家天文臺興隆觀測站地處燕山主峰南麓,位于河北省興隆縣連營寨,海拔960米。每當夜色降臨,觀測站內的LAMOST的穹頂慢慢打開,天文學家便借助它來窺探銀河系的秘密。

                      LAMOST,是大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡(Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope)的英文簡稱。它的中文名字,叫作郭守敬天文望遠鏡。這是我國目前口徑最大的望遠鏡。它由我國自主創新設計,在多項技術上位于國際前沿,是我國國家重大科學工程之一。LAMOST在大規模光學光譜觀測和大視場天文學研究方面,居于國際領先的地位。

                      LAMOST現階段的使命是“巡視”銀河系。LAMOST可以同時觀測4000個天體,而目前世界上同類“巡天”項目望遠鏡,最多才可同時觀測 640個天體。與我們印象中的天文望遠鏡不同的是,天文學家不是通過LAMOST直接觀測星體,而是捕捉天體的可見光波段的光譜??茖W家靠光譜分析來獲知遙遠星體的信息。

                      如我們所見的彩虹,光被空氣中的水汽反射以及折射,在空中形成七彩的圖案。這些彩虹般的色序就是“光譜”。1666年,牛頓發現白光是由不同顏色的光混合而成,他用三棱鏡分解日光,并獲得日光中的可見光的光譜。

                      猶如人的指紋各不相同,化學物質在燃燒時,物質中不同的元素會呈現出獨特的光譜和顏色。因此天文學家只要能得到天體的光,就可以通過光譜分析,知道這個星體到底由什么物質構成,哪怕它遠在宇宙的另一端。

                      根據光譜分析的方法,我們得知太陽的組成元素中按質量計算大約四分之三是氫,剩下的幾乎都是氦,包括氧、碳、鐵和其他的重元素質量少于2%;離太陽最近的恒星——4.2光年之外的比鄰星,有大量的鎂;冬季夜空中最亮的星星天狼星,鐵的含量是太陽的 316%。

                      普查銀河系內的天體

                      通過人口普查工作,我們可以得知居民的年齡、性別、所受教育的程度、家庭組成情況等。通過LAMOST對銀河系的巡天,科學家可以知道銀河系中恒星的化學組成,從而對銀河系有更多的了解。施建榮是LAMOST 觀測運行部主任。他說:“我們這座望遠鏡不是用于觀測某些天體,而是對銀河系進行‘人口普查’。通過對這些天體光譜的篩選,我們還可以找到一些特殊的天體?!?/font>

                      因為身處銀河系中,人沒有辦法從銀河系外部來觀測銀河系自身。直到20世紀,人們還不知道地球在銀河系中的確切位置。雖然普遍認為,銀河系是一個中心為棒狀,有著懸臂的漩渦狀星系,但關于銀河系的結構,爭論直到今天還在繼續。

                      北京大學天文系承擔了一個國家973項目,就是基于郭守敬望遠鏡的觀測數據,對銀河系進行研究。劉曉為是這個課題組的負責人。他說:“對于銀河系的懸臂,不同的人就有不同的解釋。有人說是4條旋臂,有人說是2條旋臂;有人說這個旋臂總是存在的,有人又說這個旋臂只是有時出現?!?/font>

                      這就如同一棟建筑,從外部觀測的人,很容易看清建筑的結構;身處其中的人,卻很難了解,除非你走遍每一個房間,每一個角落,借助精密的儀器及科學的計算,才能對這個建筑 有一個深入的了解。

                      既然人類無法跳出銀河系來觀察,我們就需要通過更深入地了解構成銀河系的恒星來掌握更多的細節。但是之前,由于受到望遠鏡技術的限制,我們很難對恒星進行大規模的觀測。這也正是LAMOST對銀河系恒星進行巡天的意義所在。

                      LAMOST是怎樣工作的

                      那么,LAMOST又是如何工作的呢?這座望遠鏡的光學部分由三部分組成,MA子鏡 、MB主鏡和焦面,星光首先照射到MA子鏡,經過MA子鏡的反射,到MB主鏡,再由MB主鏡反射到焦面。

                      來自天體的微弱的光成像在焦面上,5度視場、直徑1.75米的焦面與4000根光纖相連。每一根光纖負責收集一顆星體的光,星光通過光纖傳導到光譜儀的狹縫,然后通過光譜儀后的CCD探測器,同時獲得大量天體的光譜,這樣LAMOST可同時觀測4000顆天體,每晚可獲得光譜總量達一萬多條。而這個數據在方案設計之初,對于天文學家來說,幾乎是個不可想象的數字。

                      科學家設計了并行可控的雙回轉光纖定位系統,定位系統可在數分鐘的時間里將焦面上的4000根光纖按星表位置精確定位。并提供光纖位置的微調,其中90%的光纖定位精度在一角秒之內。

                      望遠鏡之所以越做越大,是因為天文學家在追求它的大口徑和大視場。大視場,是指望遠鏡可觀測到的星空的面積足夠大,這樣就可以同時觀測更多的星星。大口徑,是指望遠鏡鏡面的直徑大。如同貓的眼睛,當光線暗時,貓的眼睛瞳孔放大,增加了接收光的面積,就可以看清周圍的物體。望遠鏡的大口徑是為了增加接收星光的面積,這樣就可以觀測到足夠暗的星體。

                      在以前使用的三種常規光學望遠鏡中,意大利天文學家伽利略發明的折射望遠鏡具有較寬的視野,但它的鏡片不能做大,因此不能同時觀測足夠暗的星體。英國物理學家牛頓發明的反射式望遠鏡,可以把鏡片做大,獲得大口徑。但是它能夠觀測的范圍比較小,無法獲得大視場。后來,德國光學家施密特發明的折反射望遠鏡,能夠獲得大視場。但是,因為它的折射鏡片太復雜,無法做大,不能同時獲得大口徑。因此,大口徑兼大視場,似乎是個魚和熊掌不能兼得的難題。但是LAMOST解決了這個難題。

                      通過對施密特望遠鏡的改進,LAMOST把不能做成大口徑的折射鏡片改成了可以做成大口徑的反射鏡片,從而實現了大視場兼大口徑。這個反射改正鏡可以在水平及垂直地心的方向調整角度,以便接收不同天區的星光。這個改變看似簡單,但是在那時,絕對是一個大膽的設想,因為需要復雜的設計來支撐它的實現。

                      截至2015年6月,LAMOST共觀測了2669個天區,對外釋放了569萬條光譜數據,其中還包括314萬顆恒星的光譜參數星表。截至2015年7月,天文學家利用LAMOST數據,共發表SCI論文78篇。最重要的是,LAMOST為以后大望遠鏡的建造,提供了新的設計思路。

                    本文來自《科學畫報》

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