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導(dǎo) 讀
LAMOST（郭守敬望遠(yuǎn)鏡）是我國(guó)自主研制的、兼具大口徑和大視場(chǎng)的光譜巡天望遠(yuǎn)鏡。自2011年起，LAMOST巡天已經(jīng)發(fā)布了1700余萬(wàn)條天體光譜，構(gòu)建了世界上最大的天文光譜數(shù)據(jù)庫(kù)。來(lái)自LAMOST的巡天數(shù)據(jù)推動(dòng)了天文研究中諸多前沿領(lǐng)域的重要進(jìn)展，尤其是拓展了我們對(duì)于銀河系以及其中各類天體的認(rèn)知（圖1）。
圖1 圖文摘要
天文學(xué)是一門以觀測(cè)為基礎(chǔ)的科學(xué)。400年前伽利略第一次將望遠(yuǎn)鏡指向夜空，隨后天文望遠(yuǎn)鏡便成為了人類認(rèn)識(shí)宇宙的有力武器。彼時(shí)的天文觀測(cè)多是針對(duì)某個(gè)天體或某個(gè)區(qū)域，隨著天文望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展以及人類對(duì)宇宙難以抑制的好奇，天文學(xué)家不再滿足于僅僅研究特定目標(biāo)或區(qū)域，而是雄心勃勃的想要將一大片，乃至整個(gè)夜空中的所有天體全都普查一遍。這種形式的天文觀測(cè)叫做“巡天”。
不難想象，巡天需要望遠(yuǎn)鏡兼具大視場(chǎng)和大口徑，也就是既要“看的廣”，又要“看得遠(yuǎn)”。在這種需求下，LAMOST誕生了。LAMOST的全名為大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡（Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope），是天文領(lǐng)域的首個(gè)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。落成之后，它還被冠名為郭守敬望遠(yuǎn)鏡（郭守敬是我國(guó)元代著名的天文學(xué)家）。圖2是LAMOST的結(jié)構(gòu)和光路系統(tǒng)。天體的光從夜空入射到主動(dòng)改正鏡Ma，之后被反射至球面主鏡Mb，最后在焦面上成像。
圖2 LAMOST的結(jié)構(gòu)與光路示意圖
LAMOST是反射式施密特望遠(yuǎn)鏡，應(yīng)用薄變形鏡面主動(dòng)光學(xué)加拼接鏡面主動(dòng)光學(xué)技術(shù)，在有效口徑4米的情況下視場(chǎng)可以達(dá)到5度之廣。它可以同時(shí)觀測(cè)近4000個(gè)目標(biāo)，是光譜獲取效率最高的望遠(yuǎn)鏡之一。圖3展示了由LAMOST所拍攝的不同類型天體光譜和每年巡天的“足跡”范圍。LAMOST在第八次數(shù)據(jù)釋放時(shí)（DR8），已經(jīng)對(duì)外發(fā)布了1700余萬(wàn)光譜，早已成為世界上最大的天體光譜數(shù)據(jù)庫(kù)。
圖3 LAMOST光譜示例與巡天足跡
LAMOST絕大部分光譜都來(lái)自于銀河系中的天體。銀河系是人類的家園星系，但我們對(duì)其理解其實(shí)還很有限，這是“不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中”的真實(shí)寫照。同時(shí)，銀河系是為數(shù)不多的可以在單顆恒星層面進(jìn)行“解剖式”研究的星系，也是我們研究其他星系的參照標(biāo)準(zhǔn)，就像太陽(yáng)之于恒星一樣。
LAMOST最基礎(chǔ)和最核心的科學(xué)價(jià)值是其目前所觀測(cè)到的1700余萬(wàn)條光譜，以及由此所推導(dǎo)出的各類天體的基本信息（例如溫度、表面重力、元素豐度等）。它們是天文學(xué)家研究各類天體屬性的基礎(chǔ)，也正是這些數(shù)據(jù)，讓我們重新認(rèn)識(shí)了銀河系。圖4展示了LAMOST DR8中所有恒星最常用的幾組物理參數(shù)信息。
圖4 LAMOST第八次數(shù)據(jù)釋放所公開的恒星物理參數(shù)信息（圖中共~600萬(wàn)顆恒星）
得益于巡天的光譜數(shù)據(jù)，現(xiàn)在我們已經(jīng)知道銀河系盤（銀盤）并非是一個(gè)平坦的盤（圖1），相反，它在演化歷史中一直被扭曲和擾動(dòng)著。與眾多較小星系（后稱矮星系）的并合被認(rèn)為是形成我們今天看到的銀河系盤的一個(gè)關(guān)鍵原因。這些矮星系的物質(zhì)被銀河系所吸引和剝離，最終成為分布在銀河系周圍的星流。圖1中的淺藍(lán)色星流就是此類事件的歷史遺跡之一，即人馬座矮星系的殘骸。我們通過(guò)LAMOST的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)或研究了很多類似的遺跡。
再舉一個(gè)LAMOST幫助我們更好地認(rèn)識(shí)銀河系的例子。相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，人們認(rèn)為銀河系的直徑大約只有10萬(wàn)光年，但在LAMOST數(shù)據(jù)的幫助下，現(xiàn)在我們已經(jīng)清晰地知道銀河系至少有20萬(wàn)光年之大。
除了改變對(duì)銀河系的認(rèn)知，LAMOST海量光譜還如同蘊(yùn)藏宇宙財(cái)富的寶庫(kù)一般，讓天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大量有趣的天體。例如，LAMOST發(fā)現(xiàn)了一顆繞著“虛空”旋轉(zhuǎn)的恒星，并最終在“虛空”中發(fā)現(xiàn)了能吞噬一切的怪物——黑洞（圖5）；發(fā)現(xiàn)了鋰豐度最高的恒星，其鋰含量是太陽(yáng)的3000多倍；發(fā)現(xiàn)了一類新的系外行星族群“熱海星”，為行星的形成理論提供了新線索。當(dāng)然，它的發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)不止于此，還有“宇宙活化石”貧金屬星、“銀河系的博爾特”超高速星、會(huì)“變臉”的類星體、來(lái)自其他星系的“流浪”恒星等等，限于篇幅就不一一展開了。
圖5 通過(guò)視向速度變化發(fā)現(xiàn)恒星級(jí)黑洞示意圖
LAMOST十年巡天，遍覽星河，寥寥千字無(wú)法盡言其科學(xué)發(fā)現(xiàn)。目前基于LAMOST數(shù)據(jù)所發(fā)表的科學(xué)論文已經(jīng)近千篇，其中很多都改變了我們對(duì)于宇宙的認(rèn)知。這些成績(jī)，即便是萬(wàn)字長(zhǎng)文恐也難以面面俱到，但終究是一件有意義的事。
總結(jié)與展望
LAMOST巡天已經(jīng)進(jìn)入下一個(gè)階段。自2018年開始，其已經(jīng)順利啟動(dòng)了新的巡天模式——中分辨率巡天。中分辨率光譜（R ≡ λ?Δλ～7500）能夠揭示更精細(xì)的譜線結(jié)構(gòu)，提供天體更高精度的物理參數(shù)、化學(xué)豐度以及視向速度等信息。中分辨率數(shù)據(jù)使得LAMOST巡天在更高精度的基礎(chǔ)上，可以更好地進(jìn)行“時(shí)域天文”研究，特別是強(qiáng)化在雙星演化、變星、恒星形成區(qū)、發(fā)射線星云、致密天體等熱點(diǎn)領(lǐng)域的研究。在不久的將來(lái)，LAMOST還將進(jìn)一步升級(jí)改造，從而邁入高精度和超大規(guī)模數(shù)據(jù)量的新時(shí)代，以更好地拓展未來(lái)的巡天觀測(cè)及科學(xué)目標(biāo)。