給星星做普查

2024-05-20 00:00:00張君波

知識就是力量 2024年5期

郭守敬望遠鏡是我國天文領域的第一個大科學工程項目，它的主要任務是對星星進行“星口”普查。

郭守敬望遠鏡建在了哪里？長什么樣子？又為什么叫“郭守敬望遠鏡”？它的“普查”成果有哪些？讓我們一起走進郭守敬望遠鏡。

引頸凝視天空的“白天鵝”

從位于北京的中國科學院國家天文臺總部出發，驅車大約2小時即可抵達位于河北省興隆縣的國家天文臺興隆觀測站。這里群山環繞，環境優美，郭守敬望遠鏡就靜靜地矗立于此，猶如美麗的白天鵝引頸凝望天空。所有初次見到郭守敬望遠鏡真容的朋友，都會為它高大的外表所震撼，紛紛感嘆從未見過造型如此獨特的光學望遠鏡。

寓意深遠的命名

1276年，我國元代科學家郭守敬奉命修訂歷法，發明簡儀、高表等12種觀天儀器，其制定的《授時歷》是當時世界上最先進的一種歷法，在古代通行360多年，在我國天文史上鐫刻下了璀璨的一筆。

2010年4月17日，大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡（LAMOST）正式被冠名為“郭守敬望遠鏡”。用“郭守敬”來命名LAMOST望遠鏡意義深遠，不僅可以使后人銘記我國古代天文研究史上的輝煌成績，更可以激勵當代人勇攀世界天文研究的高峰。

奇特的光路

郭守敬望遠鏡造型獨特，主要由3根柱形建筑由北向南依次從低到高排列。3根柱形建筑的頂部分別放置著郭守敬望遠鏡的3個最主要的組成部分：主鏡Ma，焦面和主鏡Mb。

晴朗的夜晚，當夜幕降臨時，Ma的天文圓頂會被打開，將Ma主鏡完全暴露在星空之下，焦面附近的焦面大門也會徐徐放倒，使

Ma-gt;Mb-gt;焦面之間的光路貫通起來。

本領不凡多個世界之最

郭守敬望遠鏡獨特的外表似乎也預示著它不凡的本領。確實，郭守敬望遠鏡自2008年建成后便創下了多個世界之最：首次在一個光路里，采用兩面大主鏡（Ma和Mb）；首次在一塊主鏡（Ma）上，同時應用了薄鏡面主動光學和拼接鏡面主動光學技術；成為大口徑兼大視場光學望遠鏡的世界之最；焦面上密布4000根光纖，理論上一次曝光即可獲得4000顆天體的光譜；率先在國際上采用并行可控的光纖定位技術，成為當時世界上光譜獲取率最高的望遠鏡，并領跑達10年之久。

不斷創新的建設之路

郭守敬望遠鏡的建設之路，也是一條不斷創新之路。

“取經”之路

在郭守敬望遠鏡之前，國際上最成功的光譜巡天項目之一是美國的斯隆數字巡天項目，該項目是基于一臺2.5米口徑望遠鏡開展的，焦面處原本設置640根光纖，后來升級成1000根光纖。采用焦面板替換的方法切換不同天區，即根據當晚的觀測計劃，提前在不同的鋁板上進行打孔，每塊鋁板代表望遠鏡一次可觀測的天區，每個小孔對應該天區的一顆星星。白天，工作人員對這些鋁板進行插光纖操作。

推陳出新

當郭守敬望遠鏡進行焦面設計時，曾經也考慮參考斯隆數字巡天項目的經驗，每天制作不同的天區鋁板，人工手動插光纖。但該方案很快便被否決掉，代之以更加高效、環保的并行可控光纖定位技術。

郭守敬望遠鏡在觀測前，4000根光纖可以在很短的時間內受控精準地“走”到預設的位置。值得驕傲的是，在郭守敬望遠鏡建成之前，我國技術人員常到國外“取經”；郭守敬望遠鏡建成后，國外研究人員紛紛來我國學習望遠鏡建造技術。

技能值拉滿的觀天利器

天文學是一門基于觀測發展起來的學科，從郭守敬望遠鏡技能值拉滿這一點不難看出，它一定是一柄“觀天利器”——基于它的觀測數據，已經在很多方面刷新了人們對銀河系的認知。

銀河系直徑新解

郭守敬望遠鏡建成之前，在人們的傳統認知中，銀河系的直徑約為10萬光年。可是，科研人員基于郭守敬望遠鏡的巡天數據發現，真實的銀河系要比我們之前認識的大一倍，也就是銀河系的直徑至少有20萬光年。

還原銀河系的成長史

我們并不知道銀河系早期形成歷史是怎樣的一幅場景，但是科研人員利用郭守敬望遠鏡觀測的光譜數據，結合歐洲航天局蓋亞衛星發布的天體觀測信息，即恒星位置、距離和運動信息，獲得了25萬顆恒星精確的年齡，從時間軸上真實地還原出銀河系幼年和青少年時期的成長史。

“打撈”銀河系里的璀璨珠寶

銀河系就像個大寶藏，郭守敬望遠鏡通過巡天的方式“打撈”里面璀璨的珠寶，發現的奇珍異寶還真不少。例如：它發現了迄今最大的恒星級黑洞，其發現過程表明，利用郭守敬望遠鏡尋找黑洞大有可為；發現了一顆迄今為止最為古老的第二代恒星，推斷其第一代恒星是約260倍太陽質量的超大質量恒星，刷新了人們對第一代恒星質量分布的認知；發現了新的系外行星族群——熱海星；發現了人類已知鋰元素豐度最高的恒星，被譽為“宇宙最大充電寶”……