為了成就掃描世界的中國巨眼

2009年6月4日，大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)通過國家竣工驗(yàn)收。崔向群表示項(xiàng)目能獲得成功是整個團(tuán)隊(duì)十多年鍥而不舍的結(jié)果，而中國科學(xué)院各級領(lǐng)導(dǎo)一直堅(jiān)定地支持和指導(dǎo)這樣一個創(chuàng)新和技術(shù)難度都很大的項(xiàng)目，更是他們成功的根本保證。

前行：面對質(zhì)疑的堅(jiān)定

天文學(xué)家都知道，大天區(qū)范圍的光譜巡天是天文觀測的突破口。而實(shí)現(xiàn)大天區(qū)范圍內(nèi)的大規(guī)模光譜測量，望遠(yuǎn)鏡就必須具備兩個條件：口徑必須足夠大和有足夠大的視場。然而，長期以來，由于材料和工藝的限制，“大口徑和大視場難以兼?zhèn)洹钡碾y題一直是天文學(xué)界無法突破的大困擾。

20世紀(jì)80年代，我國成功研制了2.16米望遠(yuǎn)鏡后，中科院院士王綬珀看準(zhǔn)了中國天文學(xué)應(yīng)該瞄準(zhǔn)的這個突破口，與中科院院士蘇定強(qiáng)在考慮下一步的中國天文大設(shè)備時，創(chuàng)新性地提出了LAMOST這種類型的大視場兼?zhèn)浯罂趶降闹鲃臃瓷涫┟芴赝h(yuǎn)鏡的方案。

1993年，蘇定強(qiáng)致信其學(xué)生崔向群，希望她能參與這個項(xiàng)目。其時，崔向群正在歐洲南方天文臺參加20世紀(jì)末世界上最大的天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃——4臺口徑8米望遠(yuǎn)鏡合成口徑16米望遠(yuǎn)鏡的研制工作。1994年初，崔向群為了國家的需要，攜全家回國，開始參與LAMOST的研制工作。

回國后，崔向群擔(dān)任了LAMOST的總工程師，負(fù)責(zé)項(xiàng)目的立項(xiàng)和在預(yù)研中的技術(shù)工作，中國科技大學(xué)教授褚耀泉擔(dān)任項(xiàng)目首席科學(xué)家。1994年，崔向群與褚耀泉在英國劍橋大學(xué)舉行的一個天文學(xué)國際會議上報(bào)告了LAMOST科學(xué)思想和方案。

“這次會議是LAMOST在國際上產(chǎn)生反響的開始?！贝尴蛉赫f。LAMOST前瞻性的科學(xué)思想和創(chuàng)新的方案得到了國際天文學(xué)界的贊許，這讓他們更加認(rèn)識到了LAMOST的科學(xué)價值，也讓他們有了必須研制成功的信心和決心。

然而，隨之而來的是更大聲浪的質(zhì)疑，人們大都認(rèn)為連國外都研制不出來的東西，我們也很難取得成功。對于這些質(zhì)疑，崔向群表示理解：“因?yàn)榈拇_太難了!”LAMOST在口徑、視場和光纖數(shù)目三者結(jié)合上超過了所有國際上目前已完成的或正在進(jìn)行的大視場多天體光纖光譜巡天計(jì)劃。其核心關(guān)鍵技術(shù)——主動光學(xué)技術(shù)和4000根光纖定位都屬國際首創(chuàng)；主要關(guān)鍵技術(shù)，如24塊高精度超薄六角形光學(xué)鏡面的磨制和檢測、曲率半徑一致性要求近三萬分之一的37塊球面鏡子鏡的磨制、大口徑超薄鏡面和倒掛式大口徑鏡面的精確支撐技術(shù)、40米長的光路上的氣流改善、海量光譜數(shù)據(jù)處理等也均為國際前沿。

LAMOST的團(tuán)隊(duì)就像一群立下生死狀的敢死隊(duì)員，除了設(shè)法前進(jìn)，別無選擇。

創(chuàng)新：世界天文的典范

在褚耀泉的一份PPT報(bào)告里有一幅LAMOST示意圖，通過它，我們可以清晰地看到LAMOST的結(jié)構(gòu)組成：反射施密特改正鏡MA、球面主鏡MB和焦面。

在觀測過程中，天體的光經(jīng)MA反射到MB，再經(jīng)MB反射后成像在直徑1.75米的焦面上。主鏡MB為6.67米×6.05米，反射施密特改正鏡MA為5.72米×4.40米，其視場5度，等效通光口徑為3.6米～4.9米，在直徑為1.75米的大焦面放置了4000根光纖，由光纖將天體的光分別傳輸?shù)浇姑嫦旅娴墓庾V儀房內(nèi)的16臺光譜儀的狹縫上，然后通過光譜儀后端高靈敏的CCD探測器獲得4000條光譜。

LAMOST最主要的技術(shù)難點(diǎn)就是主動光學(xué)技術(shù)和4000根光纖的定位。

崔向群說僅主動光學(xué)技術(shù)攻關(guān)就耗費(fèi)了6年時間。世界上的主動光學(xué)技術(shù)要么是拼接的要么就是變形的，但LAMOST的主動光學(xué)的難點(diǎn)是既要變形又要拼接，這是一個相當(dāng)艱難的攻關(guān)。

LAMOST實(shí)現(xiàn)了在一塊鏡面上(MA)同時應(yīng)用薄變形鏡面和拼接鏡面的主動光學(xué)技術(shù)，在一個光學(xué)系統(tǒng)中同時應(yīng)用兩塊大口徑拼接鏡面。而且在觀測使用中要實(shí)時依靠主動光學(xué)系統(tǒng)精確地變成需要的非球面——這就是薄鏡面主動光學(xué)加拼接鏡面主動光學(xué)技術(shù)。這一創(chuàng)新技術(shù)在國際上還沒有先例。

同類的光譜望遠(yuǎn)鏡，世界上目前最大的光纖數(shù)也就是660根，而LAMOST創(chuàng)新地提出分小區(qū)、并行可控的光纖定位方案將光纖數(shù)提高了一個數(shù)量級，使其光纖數(shù)達(dá)到4000根，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過世界現(xiàn)有水平。

“通過LAMOST，我國的天文望遠(yuǎn)鏡研制已經(jīng)逐步走向創(chuàng)新發(fā)展?！瘪乙f。LAMOST被專家稱贊為我國科技創(chuàng)新的典范。它是我國最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡(主鏡>6米)，是國際上最大口徑的大視場望遠(yuǎn)鏡、國際上光譜獲取率最高的望遠(yuǎn)鏡。其研制規(guī)模和技術(shù)難度與國際上8～10米級光學(xué)望遠(yuǎn)鏡相當(dāng)，主要關(guān)鍵技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，同時也為我國研制極大口徑望遠(yuǎn)鏡打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

目前LAMOST已開始調(diào)試工作，明年進(jìn)入試觀測，2011年開始正式觀測。崔向群也表示，今后LAMOST巡天獲得的資料將對國內(nèi)外天文學(xué)界公開，這將大大推動天文學(xué)各個領(lǐng)域研究工作的蓬勃發(fā)展。

人才：成長中的收獲

LAMOST是國家“九五”期間投資的重大科學(xué)工程之一，1997年4月經(jīng)國家計(jì)委批準(zhǔn)LAMOST立項(xiàng)。項(xiàng)目由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)與國家天文臺、南京天文光學(xué)技術(shù)研究所三方共同承擔(dān)。

經(jīng)過十多年的方案論證到最終批準(zhǔn)立項(xiàng)，本是件令人欣慰的事情。然而這種欣慰立即被隨之而來的人才難題所取代。

20世紀(jì)90年代中期可以說是國內(nèi)各學(xué)科人才斷檔的時期，各類人才青黃不接，LAMOST任務(wù)也面臨幾乎無人可挑的困境。即使是崔向群和褚耀泉當(dāng)時也不過40多歲，都沒有管理大型科學(xué)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)。

“我們很多工作只能靠剛畢業(yè)的大學(xué)生和研究生來做?！贝尴蛉赫f。然而，讓他們痛心的是，因?yàn)楫?dāng)時條件較差，幾乎90％的學(xué)生都走掉了，有的甚至連在職博士都不讀就走了。

為了解決人才稀缺的問題，他們想盡各種辦法，包括返聘退休的老專家承擔(dān)重任和帶年輕人。南京天文光學(xué)技術(shù)研究所的研究員王亞男、姚正秋、徐欣圻、陳海元、陶慶陞等都是他們返聘的專家。

“1998年到2004年是我們最困難的時期，技術(shù)攻關(guān)難題、人才青黃不接、機(jī)構(gòu)調(diào)整帶來的矛盾等一系列問題都集中在這個時期，當(dāng)時我們心里的苦可想而知?！贝尴蛉赫f。

2004年以后，隨著國家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程的不斷深入，情況逐步開始好轉(zhuǎn)。不僅中國科學(xué)院的科研環(huán)境得到很大改善，人員待遇提高，而且知識創(chuàng)新工程提出的“面向世界科學(xué)前沿”的號召，對很多有志于科學(xué)的年輕人產(chǎn)生了很大的吸引力。

“現(xiàn)在我們已經(jīng)形成了一支穩(wěn)定的隊(duì)伍，年輕人迅速成長，不少已可獨(dú)當(dāng)一面?！贝尴蛉赫f。一些年輕人已經(jīng)成長為副研究員或研究員，他們可以擔(dān)當(dāng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，獨(dú)立申請基金項(xiàng)目、知識創(chuàng)新工程的重點(diǎn)項(xiàng)目等。

面對LAMOST的成功，國際主動光學(xué)技術(shù)權(quán)威雷·威爾遜評價說：“中國的新設(shè)備是主動光學(xué)技術(shù)最先進(jìn)和雄心勃勃的應(yīng)用?！泵绹煳膶W(xué)家理查德·埃里斯更是贊嘆不已：“一架大口徑天文望遠(yuǎn)鏡是人類文明進(jìn)步的最好例子，看到了這個新家伙，我們才知道中國人都做成了些什么。”我們也有理由相信，在質(zhì)疑聲中成長出來的LAMOST必定會給世界天文學(xué)帶來寶貴的研究財(cái)富。