LAMOST望遠鏡(英文名:Large Sky Area Multi-Object Fibre Spectroscopic Telescope,縮寫:LAMOST,中文譯名:大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡),又名郭守敬望遠鏡,是一架大型中星儀式反射施密特望遠鏡,LAMOST望遠鏡安放在河北省興隆縣連營寨的中國科學院國家天文臺興隆觀測站。
1993年4月,以天文學家王綬琯、蘇定強為首的研究集體提出了“大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡 (LAMOST)”項目。后經中國國家計劃委員會的批復,該項目于2001年8月被批準,9月,LAMOST項目正式開工,并于2008年10月建設落成。2009年,LAMOST項目通過中國科學院組織和中國國家發展和改革委員會的驗收,并于2009年下半年測試運行。自2009年10月開始,LAMOST望遠鏡對14個科學測試觀測天區反復進行了測試觀測,共計觀測和處理得到了20萬余條天體光譜。2010年4月17日,LAMOST正式被冠名為“郭守敬望遠鏡”。經過測試運行后,LAMOST望遠鏡于2011年10月正式進入先導中國空間站工程巡天望遠鏡階段,次年9月進入正式巡天階段。
LAMOST望遠鏡主要由主動非球面改正鏡MA、球面主鏡MB和焦面構成,另有光學系統、主動光學、機架和跟蹤裝置系統、望遠鏡控制系統、焦面儀器系統、觀測控制和數據處理系統等8個子系統。LAMOST望遠鏡在進行觀測時,天體的光經MA反射到MB,再經MB反射后成像在焦面上。利用主動光學技術,根據天體光不同的入射角實時加力變形MA鏡面產生一系列連續的非球面曲面校正MB的球差。
LAMOST望遠鏡的技術特點頗多,例如它有世界上最大的望遠鏡的焦面,其配備的16臺光譜儀是世界上最大的光譜儀集群等。截至2025年10月,LAMOST望遠鏡累計發布光譜數2807萬條、恒星參數1159萬組,數據量穩居全球首位,為重構銀河系形成與演化歷史提供了海量基礎數據。此外,望遠鏡核心部件——特種寬譜光纖已實現國產化。
發展歷史
提出
為了天文事業的發展,1993年4月,以天文學家王綬琯、蘇定強為首的研究集體,在分析了中國當代天文和天體物理學的發展趨勢、中國天文學的現狀,并結合中國社會發展的需要和可能性,提出了“大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡 (LAMOST)”項目,并建議作為中國天文重大觀測設備列入“九五”期間國家重大科學工程計劃。
LAMOST項目瞄準涉及天文和天體物理學中諸多前沿問題的大視場天文學,在1994年12月至1995年6月,經過中國天文學會、中國科學院、中國科學院數理學部等部門的多次評議和評審,該項目于1996年7月被列入中國國家重大科學工程首批啟動項目。同年10月,中國科學院成立國家重大科學工程“大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡”項目工程指揮部、項目科學技術委員會、項目管理委員會。后經中國國家計劃委員會的批復,LAMOST項目開工報告于2001年8月被批準,項目正式進入施工階段。
驗收
2001年9月,LAMOST項目正式開工。2004年6月,LAMOST觀測樓在國家天文臺興隆觀測站開工建設。同年12月,LAMOST的關鍵技術預研究項目—“大口徑主動光學實驗望遠鏡裝置”通過驗收和鑒定。次年6月,中國科學院組織國際著名專家對LAMOST項目進行了中期評估。9月,LAMOST項目首件大型設備(8米機架底座)在興隆觀測站成功吊裝,開始了項目主體設備安裝。2005年12月,在國家天文臺興隆觀測站安全順利地完成了反射施密特改正鏡(MA)機架、焦面機構和球面主鏡(MB)桁架三大部套的安裝,項目全面進入現場安裝調試。
2007年6月,LAMOST完成3米口徑的鏡面、250根光纖的定位系統、1臺光譜儀及2臺CCD相機(被稱為“小系統”)以及完整的望遠鏡地平式機架、焦面機架、跟蹤和控制系統的裝調,達到望遠鏡設計的光學指標,并獲得天體光譜。后“LAMOST小系統驗收會”在北京隆重召開,順利通過中國科學院組織的專家驗收。次年8月,望遠鏡全部硬件(24塊MA子鏡、37塊MB子鏡、4000個光纖定位單元、4000根光纖、16臺光譜儀、32臺CCD相機)安裝到位,并于2008年10月建設落成。次年4月,LAMOST項目正式通過了中國科學院組織的工藝鑒定和建安、財務、設備、檔案4個專業組的驗收,并于6月通過中國國家發展和改革委員會主持的國家驗收。
2008年10月16日,中國國家天文臺興隆觀測基地迎來40周年誕辰,同時舉行了國家重大科學工程——大天區面積光纖光譜天文望遠鏡(LAMOST項目)的落成典禮。中科院常務副院長、LAMOST工程管委會主任白春禮在此次典禮上指出LAMOST是由中國投資2.35億建成的重大科學工程,是中國國家重大科學工程中最具挑戰性和創新性的項目之一。2008年末,LAMOST的落成被評為“2008年度十大科技進展新聞”之一;2009年2月初,LAMOST再次被評為“2008年度十大基礎研究新聞”之一。
測試
2009年下半年,LAMOST望遠鏡進入測試運行階段。在測試準備階段,LAMOST項目組與河外星系中國空間站工程巡天望遠鏡、銀河系巡天兩個工作組進行了交流和合作,并根據之后巡天觀測的需要,選定了測試天區和測試目標,制定了詳細的測試方案。 測試方案包括儀器性能試觀測和科學試觀測兩部分。
自2009年10月開始,LAMOST望遠鏡對14個科學測試觀測天區反復進行了測試觀測,觀測的目標涵蓋各種類型的恒星、星系、類星體等天體,共計觀測和處理得到了20萬余條天體光譜。此外,項目組還對望遠鏡的指向跟蹤、光纖定位精度、平場和波長定標方法及精度、光譜分辨率、光譜成像質量等性能參數進行了測試。 通過科學和儀器性能測試,測定了望遠鏡工作的性能參數,找出了影響觀測總體效率和光譜質量的各種因素,并且分析和嘗試找出解決的辦法。
命名
2010年4月17日,LAMOST正式被冠名為“郭守敬望遠鏡”,劉延東出席了LAMOST冠名儀式,并指出“用郭守敬命名LAMOST望遠鏡,不僅可以使現代人和后人銘記中國古代天文研究史上曾經有過的輝煌,更激勵當代的天文科技工作者奮起直追,勇攀世界天文研究的高峰”。5月31日,中國科學院國家天文臺成立了LAMOST運行和發展中心(現已更名為“郭守敬望遠鏡(LAMOST)運行和發展中心”)。同年10月,國家天文臺發文將LAMOST中國空間站工程巡天望遠鏡觀測計劃遴選與設計委員會更名為郭守敬望遠鏡(LAMOST)科學委員會,主要負責評議LAMOST的運行工作計劃、運行和利用情況、重大合作計劃等。
經過測試運行后,LAMOST望遠鏡于2011年10月正式進入先導巡天階段。次年6月,LAMOST望遠鏡完成先導巡天,并于9月進入正式巡天階段。
研究任務
天文學家們為充分發揮LAMOST的威力,獲得最大的科學回報,他們結合望遠鏡的功能和特點,為其制定了一系列的觀測計劃,設計了三大核心研究課題,主要如下:
基本構造
LAMOST望遠鏡是由主動非球面改正鏡MA(也稱反射施密特改正鏡MA)、球面主鏡MB和焦面構成。其中反射施密特改正板MA的大小是5.72米×4.40米,由24塊對角線長1.1米、厚度為25毫米的六角形非球面子鏡(曲面形狀由平面實時變形成非球面的“活的”非球面)拼接而成;球面主鏡MB的大小為6.67米×6.05米,是由37塊對角線長為1.1米,厚度為75毫米的六角形球面子鏡組成。LAMOST望遠鏡是由光學系統、主動光學和支撐系統、機架和跟蹤裝置系統、望遠鏡控制系統、焦面儀器系統、圓頂機構系統、觀測控制和數據處理系統、輸入星表和中國空間站工程巡天望遠鏡戰略系統等8個子系統組成。
光學系統
LAMOST望遠鏡的光學系統是由在南端的球面主鏡MB 、在北端的反射施密特改正鏡MA構成,焦面在中間。兩鏡分別由37塊和24塊子鏡拼接而成。天體的光經MA反射到MB,再經MB反射后成像在焦面上。其主鏡MB口徑6.67米×6.05米、反射改正鏡MA口徑5.72米×4.40米、等效通光直徑3.6米-4.9米(不同的天區和跟蹤位置)、5度視場和20米焦距。望遠鏡光軸與地平呈25°角,南高北低,以適應臺址緯度,擴大觀測天區。觀測天區范圍覆蓋緯度從-10°到+90°。位于北端的反射施密特改正鏡MA和位于南端的球面主鏡MB都是拼接鏡面,分別由24塊和塊37子鏡拼接而成。
主動光學系統
LAMOST望遠鏡應用了中星儀式主動反射施密特光學系統,用主動光學技術實時得到一個在觀測過程中用傳統方法不能得到的變化非球面面形的施密特改正鏡MA。為了降低造價,LAMOST的反射施密特改正鏡MA和球面主鏡MB均采用了分別用24塊和37塊六角形子鏡拼接的鏡面。該望遠鏡的主動光學系統能夠實時校正光學系統的球差,還能校正結構的重力變形、熱變形、制造和安裝誤差。
主動光學技術是LAMOST項目的關鍵技術,其創新和技術難點是:
機架和跟蹤系統
LAMOST望遠鏡作為一架準中星儀式的望遠鏡,因它的球面主鏡MB是固定的,所以對天體的指向跟蹤運動完全由MA擔任。MA采用地平式機架,其指向和跟蹤由方位和高度兩個方向旋轉實現。觀測主要在子午面附近進行,整個跟蹤運動過程較緩慢且運動速度變化較少。同時采用靜壓軸承,方位用摩擦驅動,高度用粗、細兩套驅動系統并用帶狀碼盤測角。相應地焦面也要旋轉,需有像場旋轉補償機構,另外還有調焦機構和焦面板的傾斜機構等。
望遠鏡控制系統
LAMOST的望遠鏡控制系統包括超低速、高精度的跟蹤指向控制(其中有MA的高度角和方位角驅動,以及焦面板的像場旋轉),上千個力促動器實時控制(要求響應快,精度高),實時準確地故障診斷和實時的環境監測和報警等。該控制系統的設計采用現代控制理論和技術,具有分布性、實時性、可靠性和擴展性。主要有如下三個子系統組成:
焦面儀器系統
LAMOST通過望遠鏡收集來自天體的微弱輻射并成像在焦面上,焦面上的光纖將天體的光分別傳輸到光譜儀的狹縫上,通過光譜儀分光后由CCD探測器同時獲得大量天體的光譜。焦面儀器是LAMOST直接獲取天體光譜信息的部分,包括:4000個光纖定位裝置、4000根光纖、16臺光譜儀和32臺探測器等主要部分。
觀測控制和數據處理系統
LAMOST望遠鏡將觀測上萬個天體的光譜,數據量達到數京字節;而整個的計劃是觀測上千萬條光譜。LAMOST望遠鏡是一個全自動地進行觀測運行和數據處理的系統,可以有效地獲得觀測數據和取得最大的科學成果。為此目的,LAMOST設計了一套完整的自動化觀測和數據處理與存儲的軟件系統,其中主要包括中國空間站工程巡天望遠鏡戰略系統(SSS)、觀測控制系統(OCS)、數據處理、分析和存儲系統(DPS)。
性能指標
工作原理
LAMOST望遠鏡的球面主鏡及焦面固定在地基上,反射施密特改正板作為定天鏡跟蹤天體的運動,望遠鏡在天體經過中天前后時進行觀測。天體的光經MA反射到MB,再經MB反射后成像在焦面上。利用主動光學技術,根據天體光不同的入射角實時加力變形MA鏡面產生一系列連續的非球面曲面校正MB的球差。LAMOST應用薄鏡面主動光學加拼接鏡面主動光學技術,在曝光1.5小時內可以觀測到暗達20.5等的天體,主光軸在子午面內與地平面傾斜25度,可觀測赤緯10°到+90°的天區。同時,采用并行可控的光纖定位技術,隨觀測天區變化的等效圓通光口徑是3.6~4.9米,在5度視場,直徑為1.75米的焦面上放置4000根光纖,將天體的光分別傳輸到16臺光譜儀的狹縫,通過光譜儀分光后由CCD探測器記錄下多至4000個天體的光譜。
技術特點
LAMOST望遠鏡的技術特點如下:
應用成果
自2012年9月,LAMOST望遠鏡正式進入科學巡天階段,并于2013年6月15日圓滿完成了LAMOST望遠鏡第一年的正式巡天的觀測任務。2017年6月,LAMOST望遠鏡完成了為期五年的第一期光譜巡天任務,共獲取了約900萬的光譜數據,其中高質量光譜數(信噪比大于10)約725萬,恒星參數約492萬組,截至2023年6月,LAMOST望遠鏡共觀測了8666個天區。已發布的DR10數據集中光譜總數達到2229萬條,還包括一個約961萬組的恒星光譜參數星表,部分恒星首次增加了碳、鎂、鈣等12種化學元素的金屬豐度參數。截至2023年5月,天文學家利用LAMOST數據已發表科研成果1300余篇,引用15000余次。天文學家利用LAMOST望遠鏡觀測的數據在銀河系結構與演化、恒星物理研究、特殊天體搜尋等領域取得了一系列研究成果。截至2025年10月,LAMOST望遠鏡累計發布光譜數2807萬條、恒星參數1159萬組,數據量穩居全球首位,為重構銀河系形成與演化歷史提供了海量基礎數據。此外,望遠鏡核心部件——特種寬譜光纖已實現國產化。
銀河系結構與演化
LAMOST望遠鏡獲取的銀河系大樣本光譜數據得到了一系列有關銀河系結構的新成果,其主要成果如下:
恒星物理研究
LAMOST數據在恒星物理研究方面的應用,其主要成果如下:
特殊天體搜尋
天文學家利用LAMOST光譜,可以搜尋奇異天體:
捕獲來自遙遠宇宙的信息
LAMOST望遠鏡在幾年來獲得了大量河外天體的光譜,發現了上千顆新的類星體,為擴充類星體樣本起到了重要作用,其主要成果如下:
數據政策
在LAMOST望遠鏡項目的運行組織框架中,有中國科學院國家天文臺已經設立“郭守敬望遠鏡科學委員會”,負責組織和評審LAMOST望遠鏡具體的運行和利用情況、重大合作計劃等。LAMOST望遠鏡的數據使用政策如下:
公開前數據使用政策
公開前數據是供項目正式參與者及合作者使用,違反政策者將可能被科學委員會取消數據使用權。要點如下:
對郭守敬望遠鏡建設和中國空間站工程巡天望遠鏡計劃做出過重要貢獻的個人將被定義為建設者,他們將有權利在所有巡天科學文章上署名。建設者的名單由LAMOST望遠鏡運行和發展中心提出,并對每位建設者的貢獻和職位給出簡要說明。參與利用LAMOST數據進行研究的境外單位或個人,主要分成三種類型,即合伙人、參與者、合作者,其中國際合伙人(上述第一類)和參與者(上述第二類)由郭守敬望遠鏡科學委員會討論決定,并通過國家天文臺與之簽訂正式協議,明確雙方的義務和權利,確定正式參與的人員名單。
觀測數據(指一維光譜和星表數據)的完成情況,包括目標情況、觀測內容、存放位置等,應由郭守敬望遠鏡運行中心定期按規定格式通報所有參與成員,以便及時利用;特殊情況隨時通報。
LAMOST望遠鏡研究課題分為“重點”課題與“一般”課題兩大類,由科學委員會確定。參與者相應地分為重點課題成員與一般課題成員。重點課題指依據大型中國空間站工程巡天望遠鏡計劃所確立的科學目標而開展的具有系統性研究的課題,這些課題的主要任務、負責人、課題成員由項目負責人建議科學委員會負責確定。負責人對項目的進展情況向科學委員會負責。不允許重復性課題的設立。一般課題由研究團組或個人向合作委員會申請,并由科學委員會負責批準確立。
成員單位(包括合伙人與參與者)的來訪人員必須通過與其合作的正式參與成員申請相關有限范圍內的數據。
公開數據使用政策
LAMOST望遠鏡公開的觀測數據允許自由使用,但要求致謝。數據公開的時限按類劃分,一類數據在郭守敬望遠鏡科學委員會討論后適時發布;二類數據,即每年度數據18個月后公開釋放;三類數據,即每年度數據在對應的二類數據后6個月后公開釋放。其中,二、三類數據需由郭守敬望遠鏡科學委員會確認后發布。此外,運行中心將努力保證及時的數據發布。發布的實際時間將依賴于數據是否達到發布要求。
未來展望
國際天文界包括美國、德國等國著名天文機構在內的194所國內外科研院所和大學利用LAMOST望遠鏡觀測的數據開展研究工作。LAMOST助力中國天文在銀河系結構與演化、恒星物理等研究領域走向國際前沿。例如在銀河系大規模光譜中國空間站工程巡天望遠鏡方面,LAMOST首次實現了天區覆蓋、巡天體積、采樣密度及統計完備性等方面的突破,填補了中國大型天文基礎數據的空白,為開展銀河系特別是銀盤的系統研究提供了極好的、具有傳承價值的樣本。此外,LAMOST的建成和運行推動了中國近場宇宙學的發展,同時培養了一批掌握世界最新數字巡天觀測技術的青年人才,并為發展中國新一代天文光學紅外觀測設施積累了技術力量、人才隊伍和運行管理經驗。
項目評價
由國家部委領導、學術專家們組成的國家驗收委員會評價:LAMOST以其創新的概念、設計、技術和工藝,開創了中國高水平大型天文光學精密裝置研制的先河。LAMOST的建成,突破了天文大視場與大口徑難以兼得的難題,建成了具有中國自主知識產權的、目前國際上口徑最大的大視場望遠鏡,也是國際上光譜獲取率最高的望遠鏡,成為中國光學天文望遠鏡研制的又一個里程碑。
國際天文界評價:LAMOST的建成使中國大視場多目標光纖光譜的觀測設備處于國際領先地位,并使中國望遠鏡研制技術實現了跨越式發展,顯著提升了中國在該領域的自主創新能力。
參考資料 >
LAMOST望遠鏡.中國科學院大學.2024-02-18
大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡.中國大百科全書.2024-02-17
基本情況.郭守敬望遠鏡.2024-02-17
測試運行.郭守敬望遠鏡.2024-02-17
系統構成.郭守敬望遠鏡.2024-02-17
論證提出.郭守敬望遠鏡.2024-02-17
國家驗收.郭守敬望遠鏡.2024-02-17
正式冠名.郭守敬望遠鏡.2024-02-17
科學與健康|錨定“四極”!中國科技向高水平自立自強加速邁進.今日頭條.2025-11-23
LAMOST大事記.中國科普博覽.2024-02-19
LAMOST項目新進展.中國科學院南京天文光學技術研究所.2024-02-19
LAMOST落成典禮在國家天文臺興隆觀測基地舉行(081016).中國科學院.2024-02-19
LAMOST,掃描宇宙的中國巨眼(090318).中國科學院重大科技基礎設施共享服務平臺.2024-02-19
正式巡天概述.郭守敬望遠鏡.2024-02-18
郭守敬望遠鏡(LAMOST)光譜巡天數據政策.郭守敬望遠鏡.2024-02-21