太空“千里眼”--大视场多目标光纤光谱望远镜（LAMOST）

　　“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

　　点点繁星下，一架金属镜筒支撑起的望远镜在白色圆顶建筑内自由旋转，这恐怕是大多数人对地面天文望远镜的印象。然而，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，可不是什么诗情画意的事情。

　　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。

　　由于主镜和镜筒固定，LAMOST望远镜只能在天体通过天空最高点附近时进行观测。此时光线受地球大气的影响最小，因此可以获得很高的成像质量，是观测的最佳时机。

　　为了防止大气流动变化影响望远镜成像质量，望远镜的长通道上还开有百叶窗，以保证镜筒内外温度基本恒定。

　　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，加工起来并非完全不可能，但造价可能就真是天文数字了，而且可观的“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。LAMOST望远镜的主镜由37块对角线长1.1米、厚度为75毫米的六角形球面子镜组成，改正镜由24块对角线长1.1米、厚度为25毫米的六角形平面子镜组成。据了解，改正镜由中国科学院南京天文光学技术研究所自主研制。

　　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，LAM鄄OST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，但此时的小镜片就像北京奥运会开幕式上活字印刷术表演中的字模，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。

　　“随机应变”的主动光学大显身手的时候到了。

　　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。但是，由于望远镜的安装误差、加工误差、重力变形，尤其是球面主镜球差的影响，望远镜还是不能获得非常理想的图像。科学家用波前检测器实时探测光波的畸变，根据计算使改正镜的24块薄平面子镜按要求变形，以修正不断变化的像差。

　　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，在国际上尚属首次。它使得LAMOST望远镜视场更大，成像质量更优良。主持研发“大口径主动光学实验望远镜装置”的南京天文光学技术研究所也因此获2006年度国家科学技术进步二等奖。

　　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，跻身世界上光谱获取率最高的望远镜。

　　但是，如何同时控制千头万绪的光纤“瞄准”观测目标，一直是困扰科学家的问题。

　　SDSS望远镜使用的方法是在焦平面处放置一块有640个小孔的铝质面板，每个小孔都对应着要观测的目标，然后将光纤插入小孔。如果更换光测目标，就必须换上小孔位置不同的新面板并重新插光纤。虽然可以准确控制光纤位置，但SDSS望远镜使用的方法无疑费钱费时费力。

　　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作为天体光谱获取率最高的望远镜，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。

　　■新闻缘起

　　随着巨大圆顶开启时发出的阵阵铿锵金属音，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。在燕山余脉层林尽染的秋色中，雪白的望远镜屹立于碧空之下，令前来的中外科学家感慨不已。

　　有“光谱之王”美誉的LAMOST天文望远镜，即“大天区面积多目标光纤光谱望远镜”，终于在望远镜发明400周年的特殊时间竣工，个中意味引起众多专家与媒体的关注。

　　■相关链接

　　人类还有更宏伟的望远镜建造计划

　　由美国的华盛顿卡内基研究所等8个单位与澳大利亚国立大学合作的大麦哲伦望远镜计划，由7面8．4米口径反射镜片构成，每一个镜片的大小都与已在使用的大双筒望远镜（LBT）相同，计划2016年落成。

　　未来一些年，拥有492个巨大组件的30米望远镜（TMT）将睁开它的巨眼，它的分辨率将达到哈勃望远镜的10倍。

　　欧洲超大望远镜（E－ELT）巨大的镜面跨度达42米，由906块六边形的小镜片组成。它是100多位欧洲南方天文台（ESO）天文学家集体智慧的结晶。

　　中国准备利用贵州天坑建设口径500米的FAST望远镜。建成后，它将成为世界上规模最大、灵敏度最高的单口径射电望远镜，预计2014年投入使用……

　　曾获诺贝尔奖的华裔科学家李政道在不久前召开的纪念“望远镜发明400周年”大会上深情地说：“我们地球在太阳系是一个不大的行星，我们的太阳在整个银河星云系四千亿颗恒星中也不是怎么出奇的星。我们整个银河系在整个宇宙里面也是相当渺小的。可是因为我们有发扬炎黄文化的祖先，因为400年前望远镜的发明，也因为爱因斯坦在我们小小的地球上生活过，我们这个黄土蓝水的地球，就比宇宙其他部分有特色，有智慧，有人的道德……”　

来源：《科技日报》（记者 徐玢）