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  2. 科學(xué)前沿

LAMOST望遠鏡



★ LAMOST開創(chuàng)了一種新的望遠鏡類型(大視場兼大口徑望遠鏡)
★ 打破了大視場望遠鏡不能兼有大口徑的瓶頸
★ 被國際上譽為“建造地面高效率的大口徑望遠鏡最好的方案”


LAMOST示意圖

LAMOST示意圖


        多年來,我國天文界建設(shè)了以2.16米、1.56米光學(xué)望遠鏡、1.26米紅外望遠鏡、太陽磁場和多通道望遠鏡、13.7米毫米波、米波綜合孔徑、以及甚長基線干涉射電望遠鏡為代表的天文學(xué)實測基礎(chǔ)設(shè)施,有力地促進了我國天文研究的開展,提高了我國天文學(xué)在國際上的地位。LAMOST項目于1996年列為國家重大科學(xué)工程項目,1997年4月得到國家計委關(guān)于項目建議書的批復(fù),1997年8月得到國家計委關(guān)于項目可行性研究報告的批復(fù),2001年8月國家計委下達開工通知。該項目是一架我國自主創(chuàng)新設(shè)計、在技術(shù)上非常有挑戰(zhàn)性的大型光學(xué)望遠鏡,在多項技術(shù)和科學(xué)上走在國際前沿,是有望獲得世界矚目科學(xué)成就的國家重大科學(xué)工程。

        LAMOST望遠鏡

        大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡(簡稱LAMOST)是一架橫臥南北方向的中星儀式反射施密特望遠鏡,因為主動光學(xué)技術(shù)的應(yīng)用,使其成為大口徑兼大視場光學(xué)望遠鏡的世界之最(主鏡口徑等效圓直徑為6米)。由于它的大口徑,在曝光1.5小時內(nèi)可以觀測到暗達20.5等的天體。而由于它的大視場,在焦面上可以放置4000根光纖,將遙遠天體的光分別傳輸?shù)蕉嗯_光譜儀中,同時獲得它們的光譜,成為世界上光譜獲取率最高的望遠鏡,其觀測能力是目前世界同類望遠鏡的15倍。
        LAMOST擁有多項國際前沿水平的技術(shù)創(chuàng)新,如:拼接鏡面主動光學(xué)技術(shù)及在一個光學(xué)系統(tǒng)中同時采用兩塊大拼接鏡面(37塊1.1米六角形子鏡拼接成6.67米×6.58米的主鏡,以及24塊1.1米六角形子鏡拼接成的5.72米×4.4米反射施密特改正鏡);在觀測中實時在一塊大鏡面上同時實現(xiàn)應(yīng)用拼接和可變形鏡面主動光學(xué)技術(shù);六角形可變形鏡面主動控制和波前檢測技術(shù);4000根光纖單元在焦面上的精確定位;多目標光纖光譜技術(shù);海量數(shù)據(jù)處理技術(shù);大視場與大口徑兼?zhèn)涞取?BR>        LAMOST望遠鏡由北端的反射施密特改正板MA、南端的球面主鏡MB和中間的焦面構(gòu)成。球面主鏡及焦面固定在地基上,反射施密特改正板作為定天鏡跟蹤天體的運動,望遠鏡在天體經(jīng)過中天前后時進行觀測。天體的光經(jīng)MA反射到MB,再經(jīng)MB反射后成像在焦面上。焦面上放置的光纖,將天體的光分別傳輸?shù)焦庾V儀的狹縫上,然后通過光譜儀后的CCD探測器同時獲得大量天體的光譜。
        LAMOST工程分為七個子系統(tǒng):光學(xué)系統(tǒng);主動光學(xué)和支撐系統(tǒng);機架和跟蹤裝置;望遠鏡控制系統(tǒng);焦面儀器;圓頂;數(shù)據(jù)處理和計算機集成。該項目由中國科學(xué)院國家天文臺南京天文光學(xué)技術(shù)研究所為主研制,總投資約2.35億元,將于2008年建成投入使用。建成后將安放在國家天文臺興隆觀測站,作為國家設(shè)備,向全國天文界開放,并積極開展國際合作。LAMOST將成為我國在大規(guī)模光學(xué)光譜觀測中,在大視場天文學(xué)研究上,居于國際領(lǐng)先地位的大科學(xué)裝置。

LAMOST望遠鏡

LAMOST望遠鏡

        進入安裝調(diào)試階段

        2005年12月24日,LAMOST的反射施密特改正鏡(MA)機架、球面主鏡(MB)桁架和焦面機構(gòu)三大部套的安裝在興隆觀測站順利完成,各項指標均達到設(shè)計要求。這標志著LAMOST項目全面進入現(xiàn)場安裝調(diào)試階段。
        MA機架的主要作用是在觀測過程中使LAMOST望遠鏡精確地跟蹤天體,同時支撐5.7米×4.4米(由24塊六角形子鏡拼接而成)的施密特改正鏡MA及其桁架結(jié)構(gòu)。近8米直徑的高精度方位轉(zhuǎn)臺是LAMOST望遠鏡中最大的高精度的運動部件,測試結(jié)果表明,徑向跳動小于0.04毫米;軸向跳動小于0.02毫米;回轉(zhuǎn)重復(fù)精度優(yōu)于0.03角秒。
        MB桁架是LAMOST望遠鏡中體積最大的構(gòu)件,裝配完成后的空間尺寸為:7.28×6×8.6米,用于支撐長6.67米、寬6.05米(由37塊六角形球面子鏡拼接而成)的球面主鏡MB及鏡室,同時承擔(dān)整體的五個自由度的微量調(diào)節(jié),桁架部分由鏡室桁架和支架組成,全部采用了螺栓節(jié)點的設(shè)計,鏡室桁架的頂層表面為半徑40.375米球面的37個切平面和安裝節(jié)點。測試結(jié)果表明,37中心節(jié)點最大誤差小于1.8毫米,優(yōu)于設(shè)計指標。
        焦面機構(gòu)用于支撐直徑為1.75米裝有4000根光纖及光纖定位機構(gòu)的球冠形焦面板,并能帶動焦面板作象場旋轉(zhuǎn)補償和精確調(diào)焦,為了鏡面面形檢測需要,還要能夠方便的移出、移進光路并精確定位。是LAMOST望遠鏡中運動自由度最多的機構(gòu)。測試結(jié)果表明,旋轉(zhuǎn)定位重復(fù)精度小于0.92角秒;旋轉(zhuǎn)跟蹤精度小于O.45角秒;調(diào)焦重復(fù)精度小于0.002毫米,優(yōu)于設(shè)計指標。

        獲得首條天體光譜

        2007年5月28日的凌晨3點,正在調(diào)試中的LAMOST喜獲首條天體光譜。隨著調(diào)試的進展,LAMOST不斷地獲得越來越多的天體光譜,如,6月18日獲120多條天體光譜。LAMOST開始產(chǎn)出光譜,標志著其各個子系統(tǒng)(望遠鏡光學(xué)和主動光學(xué)、跟蹤控制、光纖、光譜儀)已全部聯(lián)通并達到要求的技術(shù)指標。
        光學(xué)光譜包含著遙遠天體豐富的物理信息,大量天體光學(xué)光譜的獲取是涉及天文和天體物理學(xué)諸多前沿問題的大視場、大樣本天文學(xué)研究的關(guān)鍵。但是,迄今由成像巡天記錄下來的數(shù)以百億計的各類天體中,只有很小的一部分(約萬分之一)進行過光譜觀測。LAMOST作為天體光譜獲取率最高的望遠鏡,將突破天文研究中光譜觀測的這一“瓶頸”,成為最具威力的光譜巡天望遠鏡,是進行大視場、大樣本天文學(xué)研究的有力工具,將使人類觀測天體光譜的數(shù)目提高一個數(shù)量級(至千萬量級), 使我國在大視場多目標光纖光譜觀測方面處于國際領(lǐng)先地位。LAMOST對上千萬個星系、類星體等河外天體的光譜巡天,將在河外天體物理和宇宙學(xué)的研究上,諸如星系、類星體和宇宙大尺度結(jié)構(gòu)等的研究上作出重大貢獻。對大量恒星等河內(nèi)天體的光譜巡天將在河內(nèi)天體物理和銀河系的研究上,諸如恒星、星族和銀河系的結(jié)構(gòu)、運動學(xué)及化學(xué)等的研究上作出重大貢獻。結(jié)合紅外、射電、X射線、γ射線巡天的大量天體的光譜觀測將在各類天體多波段交叉證認上作出重大貢獻。

        小系統(tǒng)順利通過驗收

        LAMOST的“小系統(tǒng)”包括3米口徑的鏡面,250根光纖和一臺光譜儀,以及LAMOST完整的機架、跟蹤和控制系統(tǒng)。2007年6月29日“LAMOST小系統(tǒng)驗收會”在北京隆重召開。驗收會上,專家們一致認為:“LAMOST小系統(tǒng)的光學(xué)質(zhì)量完全達到了指標要求-星像的80%光能量集中在2角秒直徑的圓內(nèi),3度視場內(nèi)具有良好的星像;小系統(tǒng)的多目標光纖光譜系統(tǒng)基本達到預(yù)定目標,系統(tǒng)工作正常;望遠鏡、光纖、光譜儀和CCD相機所組成的觀測系統(tǒng),集成情況良好;LAMOST小系統(tǒng)的任務(wù)已經(jīng)完成。LAMOST小系統(tǒng)的成功是該項工程建設(shè)中的一個重要里程碑。小系統(tǒng)的研制成功標志著項目建設(shè)的所有關(guān)鍵技術(shù)難點已被攻克,尤其是國際領(lǐng)先的薄鏡面及拼接鏡面的主動光學(xué)技術(shù)和并行可控式光纖兩項新技術(shù)的成功,為項目建設(shè)的全面成功鋪平了道路。
        LAMOST開創(chuàng)了一種新的望遠鏡類型(大視場兼大口徑望遠鏡),打破了大視場望遠鏡不能兼有大口徑的瓶頸,被國際上譽為“建造地面高效率的大口徑望遠鏡最好的方案”。LAMOST首次在世界上在一塊大鏡面上同時應(yīng)用薄鏡面(可變形鏡面)主動光學(xué)技術(shù)和拼接鏡面主動光學(xué)技術(shù);首次在世界上實現(xiàn)六角形的主動可變形鏡面;首次在世界上在一個光學(xué)系統(tǒng)中同時采用兩塊大口徑的拼接鏡面;首次在世界上應(yīng)用4000根光纖的定位技術(shù)(目前同類設(shè)備僅640根光纖)。  
        LAMOST將對人類認識宇宙的起源、星系的形成與演化、銀河系的結(jié)構(gòu)、恒星的演化等諸多的研究領(lǐng)域作出重大的貢獻。在建設(shè)LAMOST過程中發(fā)展起來的新技術(shù)大大的推動了我國在光學(xué)儀器的制造、精密機械、電子技術(shù)、海量數(shù)據(jù)處理等技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展,并為我國正在預(yù)研的下一代30-100米極大光學(xué)/紅外望遠鏡,為我國的科研、生產(chǎn)和國防建設(shè)的發(fā)展提供可靠的技術(shù)儲備。 也誠如2007年3月歐洲南方天文臺42米極大光學(xué)紅外望遠鏡的項目科學(xué)家和項目經(jīng)理在國家天文臺興隆觀測基地參觀LAMOST后所說的那樣,“中國已完全有能力獨立研制極大望遠鏡”。
        LAMOST項目的建設(shè),不僅是中國天文界也是國際天文界共同關(guān)注的焦點,承載著天文學(xué)家的期待和項目組全體成員的艱辛努力。小系統(tǒng)的完成并順利通過驗收,初戰(zhàn)告捷,極大鼓舞了項目建設(shè)人員全面按時完成項目建設(shè)的信心。在未來的一年多時間里,LAMOST項目將在目前小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上將兩塊大鏡面的子鏡數(shù)擴展至24和37塊,將光纖數(shù)擴展至4000根,將光譜儀數(shù)量擴展至16臺,從而實現(xiàn)LAMOST項目的全面建成。

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