巡天遥看一千河 郭守敬望远镜完成一期光谱巡天观测

中国科学院国家天文台7日宣布,由其管理和运行的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST)已完成一期光谱巡天观测,共发布光谱901万条,其中高质量光谱(信噪比大于10)777万条。郭守敬望远镜发布的光谱数是世界上其他巡天项目发布光谱数总和的1.8倍,该数据集已于2017年12月31日对国内天文学家和国际合作者发布。

国家天文台研究员、郭守敬望远镜运行和发展中心主任赵刚介绍,郭守敬望远镜是我国科学家自主创新研制的一架主动反射施密特天文望远镜,突破了天文望远镜大口径与大视场难以兼得的瓶颈,是目前世界上口径最大的大视场望远镜。大样本统计与寻找奇异天体,是郭守敬望远镜的两大“定位”。

在一期光谱巡天观测中,郭守敬望远镜利用大样本优势,给银河系“重新画像”,两次刷新银盘半径大小,让天文学家重新审视星系形成及宇宙演化的一般规律。同时,该望远镜取得的数据改写了银河系晕的结构特征,确立为内扁外圆的新结构,这一清晰的证据推翻了前人关于恒星晕是一个轴比不变的扁球体的猜测。

年老的贫金属星就像化石一样记录了宇宙化学演化的最初历史,对它们的分析,可以实现对第一代恒星和早期宇宙本质的“恒星考古”。天文学家在郭守敬望远镜光谱中已发现万余颗金属含量低于太阳百分之一乃至万分之一的贫金属星,构建了目前世界上最大的、适合现有大望远镜跟踪观测的“宇宙化石”样本。

据了解,郭守敬望远镜一期光谱巡天从2012年9月开始,于2017年6月结束。二期光谱巡天即将从2018年9月开始,持续至2023年6月。

【新闻延伸】

查温度 查质量 查成分 堪称宇宙“户籍警”

——郭守敬巡天望远镜构建世界最大恒星光谱库

以郭守敬命名的光谱巡天望远镜(全称:大天区面积多目标光纤光谱望远镜)探寻宇宙又获得重要进展。郭守敬望远镜巡天4年来,已捕获700余万条高质量恒星光谱,超过此前全球所有已知光谱巡天项目获得数据的总和。

什么是光谱?天文学家说,光谱包含着关于恒星各种特性的信息,能够揭示星星们的运动状态、温度、质量和化学成分,类似籍贯、住址、年龄、性别、职业等每家每户的户籍信息……因此,巡天望远镜堪称宇宙“户籍警”。

畅想变成现实

世界上首台大视场兼大口径光学天文望远镜在中国建成

拍摄大户人家的“全家福”照片,离不开广角镜头。想象一下,如果一次要给4000颗恒星拍摄“全家福”,这个广角镜头究竟得有多大?

答案是6.5米。

在河北省兴隆县境内燕山主峰,一座巨大的白色建筑斜架在南麓山顶,指向天空,这就是我国自主创新研制的天文大科学装置——郭守敬望远镜。郭守敬望远镜主镜由37块边长1.1米的六角形镜子拼接而成,相当于直径6.5米的圆镜,等效通光口径最大4.9米,视场(视野)直径最大5度,焦面上容纳了4000根光纤,每次观测可获得多达4000个天体的光谱。

什么是巡天望远镜?为什么要一次性观测4000颗星?

这得从中国两位“急性子”天文学家——王绶琯院士和苏定强院士说起。

上世纪80年代,王绶琯和苏定强提出一个畅想:“如果仅靠现有的望远镜巡查天体的光谱,星空浩瀚,天文学家穷尽一生也无法观测完成,我们必须看得既远又快。”

“我们需要一台大视场兼大口径光学天文望远镜,视场要非常大,否则无法让足够多的星星出镜;同时又要看得非常远,否则不可能观测到银河系甚至河外星系。通俗点说,就是一台同时大广角加深焦距的超级照相机。”郭守敬望远镜项目总工程师、中国科学院院士崔向群说。

2012年,这一畅想变成现实:世界上第一台大视场兼大口径光学天文望远镜在中国科学院国家天文台兴隆观测基地建成。

领先国际水平

第一次让我国在银河系科学研究领域站在世界前沿

每当夜幕降临,巨大的穹顶缓缓打开,由24块边长1.1米的六角形镜片拼接而成的跟踪反射镜巨大镜头开始工作。每隔一段时间,镜片下的力促动装置就会调整镜片形状,对准一个新的天区。

类似蜂巢的大镜头拼接技术、4000根光纤的并行可控定位技术、主动光学技术……中国天文学家的创新,可以更精确、更高效地获取天体光谱信息,被国际天文界誉为“建造地面高效率的大口径望远镜最好的方案”。它的效率是此前世界第一的美国斯隆巡天计划的5倍半。

“天文巡天,数据为王。郭守敬望远镜第一次让我国在银河系科学研究领域站在世界前沿,从数据产出来看,2012年正式巡天其水平就领先了国际10年。”国家天文台副研究员刘超说。

成果超越世界

郭守敬望远镜构建迄今为止最大的恒星光谱样本库

在郭守敬望远镜观测室,记者看到,屏幕上一排排灰白相间的条纹闪闪烁烁,不仅与想象中浩瀚的星云、斑驳的星光毫无交集,甚至与七彩的光谱也相距甚远。

“这些条纹不起眼,但每一条都包含着一颗恒星的身份信息。如果说漂亮的星云图是星星的剪影,光谱图就是它们的证件照、户口簿,包含了真实、‘具有法律意义\’的信息。”中科院南京天文光学技术研究所研究员侯永辉指着屏幕向记者介绍,比较亮的条纹就代表这颗恒星亮度较高,通过数据处理得出的一维光谱图,就能够分析出恒星的温度、质量,甚至其所含的化学成分,例如不同的三重线代表钙或镁。

自2012年9月启动巡天以来,郭守敬望远镜共观测了近3000个天区,获得了700万条高质量光谱,比世界上所有已知光谱巡天项目获取的数据总数还要多,构建了迄今为止最大的恒星光谱样本库。文图均据新华社

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