累累碩果背后，“LAMOST的核心創(chuàng )新和關(guān)鍵技術(shù)”正是來(lái)自中國科學(xué)院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所。近期，該項目獲得江蘇省科學(xué)技術(shù)一等獎。新華日報《科技周刊》記者獨家采訪(fǎng)了項目負責人之一崔向群院士，聽(tīng)她講述國家重大科學(xué)工程LAMOST的科技創(chuàng )新故事。

　　開(kāi)辟一塊屬于我們的“首獵”區

　　在河北燕山山脈深處，坐落著(zhù)東亞大陸規模最大的光學(xué)天文觀(guān)測基地——中國科學(xué)院國家天文臺興隆觀(guān)測站。每個(gè)晴朗的夜晚，觀(guān)測站內的LAMOST都會(huì )打開(kāi)穹頂，默默守望星空。而在觀(guān)測站另一側，我國自主研制的第一臺兩米級光學(xué)望遠鏡——2.16米望遠鏡與LAMOST遙遙相對。故事就要從這座2.16米望遠鏡說(shuō)起。

　　“30多年前，國內2.16米望遠鏡即將竣工，我國天文設備正面臨一個(gè)極其困難又非常關(guān)鍵的時(shí)刻。”崔向群回憶，當時(shí)國際上都已經(jīng)在研制8—10米的望遠鏡了，“我們難以跟外國拼經(jīng)費投入，但又不愿意也不能跟在別人后面。”

　　面對經(jīng)費與技術(shù)上的雙重挑戰，時(shí)任中國科學(xué)院北京天文臺研究員、名譽(yù)臺長(cháng)王綬琯院士提出，如果能找到一個(gè)突破點(diǎn)，把有限的力量集中起來(lái)，也有可能開(kāi)辟一塊屬于我們的“首獵”區。幾經(jīng)討論，多年來(lái)天文學(xué)研究中經(jīng)過(guò)諸多嘗試仍未能解決的難題——建造一種大視場(chǎng)兼備大口徑的能夠開(kāi)展一次觀(guān)測數千天體光譜的大規模光譜巡天天文望遠鏡被迅速聚焦。

　　望遠鏡之所以越做越大，是因為天文學(xué)家在追求它的大視場(chǎng)和大口徑。“大視場(chǎng)是指望遠鏡可觀(guān)測到的星空的面積足夠大，這樣就可以同時(shí)觀(guān)測更多星星。大口徑是指鏡面直徑大。”崔向群院士向記者打了個(gè)比方，這就如同當光線(xiàn)暗時(shí)眼睛瞳孔會(huì )放大，增加接收光的面積，就可以看清周?chē)矬w。“望遠鏡的大口徑是為了增加接收星光的面積，這樣就可以觀(guān)測到足夠暗的星體。”由于技術(shù)瓶頸難以突破，大視場(chǎng)兼大口徑，似乎是個(gè)魚(yú)和熊掌不能兼得的難題。

　　彼時(shí)，南京天文光學(xué)技術(shù)研究所研究員蘇定強院士創(chuàng )造性地提出采用主動(dòng)光學(xué)實(shí)現鏡面曲面形狀的實(shí)時(shí)變化，從而獲得大視場(chǎng)兼備大口徑的光學(xué)系統。三易藍圖后，LAMOST大視場(chǎng)兼備大口徑的主動(dòng)反射施密特望遠鏡方案，在充分調動(dòng)我國天文界力量和智慧的基礎上橫空出世，而我國以王綬琯和蘇定強為首的天文學(xué)家們開(kāi)始了披荊斬棘、大刀闊斧的創(chuàng )新之路。

　　方案已經(jīng)敲定，如何付諸實(shí)踐并邁出下一步成了迫切問(wèn)題。這一希望被寄托在崔向群身上。1993年，遠在德國的崔向群收到導師蘇定強來(lái)信，希望她回國參加LAMOST的研制。崔向群謝絕了國外所有挽留，1994年初回國。

　　“觀(guān)天巨眼”將我國多項技術(shù)

　　推至國際前沿

　　崔向群介紹，當時(shí)國際上最大口徑的大視場(chǎng)望遠鏡是澳洲的3.9米口徑2度視場(chǎng)望遠鏡，配有400根光纖；配備光纖數最多的是美國的2.5米口徑3度視場(chǎng)斯隆巡天望遠鏡，配有640根光纖；而LAMOST的目標是：最大光學(xué)鏡面6米多，視場(chǎng)5度，并配備4000根光纖的望遠鏡。

　　為了實(shí)現這一目標，根據方案，LAMOST光學(xué)系統是由主動(dòng)光學(xué)控制的非球面的反射施密特改正鏡、球面主鏡和焦面組成的反射施密特系統，球面主鏡及焦面固定在地基上，反射施密特改正鏡作為定天鏡跟蹤天體的運動(dòng)。其中，5.74米×4.4米的主動(dòng)反射施密特改正鏡由24塊1.1米的六角形主動(dòng)變形子鏡拼接而成，6.67米×6.05米的球面主鏡則是由37塊1.1米六角形子鏡拼接而成的。做成這兩塊大鏡面，技術(shù)難度堪比登天，因為這需要實(shí)現在一塊大鏡面上既變形又拼接的主動(dòng)光學(xué)技術(shù)，以及實(shí)現在一個(gè)光學(xué)系統中同時(shí)用兩塊大拼接鏡面。

　　LAMOST的前瞻性科學(xué)思想和創(chuàng )新性科學(xué)方案得到了國際天文學(xué)界的贊許，但是，不少?lài)鴥韧馔杏钟X(jué)得難度太大，做不出來(lái)。這讓建設者們認識到了LAMOST的科學(xué)價(jià)值，也讓他們有了必須研制成功的決心。

　　蘇定強院士說(shuō)：“搞LAMOST需要敢死隊。”崔向群硬是接下了“敢死隊長(cháng)”的任務(wù)，成為項目總工程師，負責項目的立項和預研中的技術(shù)工作。崔向群的堅持有了回報，團隊經(jīng)過(guò)十多年分秒必爭、艱苦卓絕的努力，突破了天文望遠鏡大視場(chǎng)與大口徑難以兼得的世界性技術(shù)難題。燕山深處，“觀(guān)天巨眼”拔地而起，潔白壯觀(guān)的建筑在蒼翠的山脈間格外耀眼。

　　LAMOST于2008年落成，2009年6月正式通過(guò)國家驗收。它是我國自主創(chuàng )新的新型大視場(chǎng)兼大口徑望遠鏡，也是世界上目前口徑最大的大視場(chǎng)望遠鏡和光譜獲取率最高的巡天望遠鏡。

　　2013年9月，LAMOST正式巡天一年加上先導巡天觀(guān)測共發(fā)200多萬(wàn)條恒星光譜，超過(guò)有史以來(lái)全世界觀(guān)測到的恒星光譜數量總和，給天文界帶來(lái)“超強地震”。

　　LAMOST的研制成功，將我國主動(dòng)光學(xué)技術(shù)、光纖定位技術(shù)和望遠鏡研制技術(shù)推進(jìn)到國際前沿。如今，LAMOST實(shí)現了天區覆蓋、巡天體積、采樣密度及統計完備性等方面的重大突破，填補了我國大型天文基礎數據的空白，為國際天文學(xué)開(kāi)展銀河系研究提供了極好的、具有傳承價(jià)值的樣本。其高質(zhì)量、大樣本光譜數據的產(chǎn)出和科研成果引起國際天文界的廣泛關(guān)注與合作興趣，也大大促進(jìn)了我國天文學(xué)的國際交流與合作。

　　“光譜之王”科研成績(jì)單碩果累累

　　LAMOST建成以來(lái)，天文學(xué)家利用LAMOST光譜數據的大樣本優(yōu)勢，給銀河系“重新畫(huà)像”，成果層出不窮，不斷刷新著(zhù)人們對銀河系的認知。

　　“天體的光譜就像識別天體身份的基因，包含著(zhù)極其豐富的物理信息。這些光譜信息極有可能成為解開(kāi)神秘銀河系乃至整個(gè)宇宙形成和演化規律的‘密鑰’。”崔向群告訴記者，在LAMOST建成之前，人類(lèi)觀(guān)測到的天體數目雖然已達到了上百億，但進(jìn)行過(guò)光譜觀(guān)測的天體僅占總數的萬(wàn)分之一。

　　2011年，LAMOST啟動(dòng)先導巡天。2012年，LAMOST進(jìn)入科學(xué)巡天階段。2018年6月，LAMOST巡天獲取光譜數首次超千萬(wàn)量級，成為世界上第一個(gè)獲取光譜數超千萬(wàn)的光譜巡天項目。目前，LAMOST包含先導巡天及正式巡天前7年的光譜總數已經(jīng)達到近1500萬(wàn)條，被譽(yù)為“光譜之王”。

　　不僅如此，LAMOST的2019年度科研“成績(jì)單”也可謂碩果累累：首次發(fā)現70倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星級黑洞，超過(guò)理論預言的恒星級黑洞的質(zhì)量上限；開(kāi)創(chuàng )用化學(xué)DNA識別銀河系中“星系際移民”的新方法；首次精確描繪銀河系外暈中人馬座星流的三位空間軌道分布……中國科學(xué)院國家天文臺近日還發(fā)布消息稱(chēng)，LAMOST最新發(fā)現一顆目前銀河系自轉速度最快的恒星，這顆恒星位于銀河系的外旋臂上，距太陽(yáng)大約3萬(wàn)光年。

　　“項目在世界上首先開(kāi)拓了同時(shí)觀(guān)測幾千個(gè)天體光譜的大規模光譜巡天的新思路，以新穎的構思、巧妙的設計實(shí)現了光學(xué)望遠鏡大口徑兼備大視場(chǎng)的突破，開(kāi)創(chuàng )了我國高水平大型天文光學(xué)精密裝置研制的先河。”中國科學(xué)院國家天文臺研究員、LAMOST運行與發(fā)展中心常務(wù)副主任趙永恒說(shuō)。

　　今年初，南京天文光學(xué)技術(shù)研究所推薦的LAMOST工程研究集體，榮獲2019年度中國科學(xué)院杰出科技成就獎。不久前，其推薦的“LAMOST的核心創(chuàng )新和關(guān)鍵技術(shù)”又獲得江蘇省科學(xué)技術(shù)一等獎。“光譜之王”實(shí)至名歸。

　　本報記者 蔡姝雯 王 甜