国家天文台兴隆观测基地的大天区面积多目标光谱天文望远镜(英文简称LAMOST)。
直径1.75米的成像焦面之上，密密麻麻地分布着4000根光纤探头。本报记者 杜跃进 摄

    编者按：温家宝总理曾经说过，一个民族有一些关注天空的人，他们才有希望；一个民族只是关心脚下的事情，那是没有未来的。
    寥廓无垠的星空，看上去是离我们最遥远的所在。但对星空的探索，却使人类不断地丰富着自己，就这个意义而言，星空又离我们很近。天文学从来就不是一门孤立的科学，不仅是近代科学革命的摇篮，也是推动人类进步的源泉之一。今天，天文学作为一门基础学科，对其他自然科学的发展起着极大的推动作用，研究成果直接服务于国防、通讯、导航、测地、预报自然灾害等领域。
    中国的天文学家们经过努力拼搏，研制出了世界上口径最大的大视场光学望远镜，LAMOST以其中国原创的新概念和新方法，极具创新的技术和工艺，代表了我国大型光学精密仪器的最高水平，成为我国科技领域自主创新的典范。她使人类观测天体光谱的数目提高至千万量级，使我国在该领域处于国际领先地位。
    中国的天文学家们将借助LAMOST巡天遥看亿万星河，去发现宇宙中更多的奥秘。让我们一起共同期待。

    LAMOST：燕山深处的“中国大眼睛”

    宇宙是怎样形成的？宇宙中数以百亿计的星系是如何构成的？我们徜徉其中的银河系又是如何形成和演化的？仰观深邃浩瀚的星空，这些基本而又深奥的问题始终萦绕在古今中外无数哲人、诗人和科学家的心头。
    古希腊哲学家泰勒斯，长时间沉浸在对天空星辰的观察中，结果不小心掉进了水坑里，有人笑话他只专注天空而忘了脚下的路。后来，他利用观察天空的知识推测出橄榄树必获丰收，结果赚了一大笔钱。诸葛亮夜观天象借东风大战赤壁，已成为代代相传的千古佳话。18世纪伟大的哲学家康德曾经说过：“世界上有两件东西最能够深深地震撼人们的心灵，一件是我们心中崇高的道德律，另一件是我们头顶上灿烂的星空。”
    科学家们从未停止过对这迷人星空的探索。2008年，发生在河北兴隆燕山深处的一件事情震惊了国际天文界：一双在地面上可以观测无垠星空的眼睛———由中科院国家天文台承担的国家重大基础科学工程项目———大天区面积多目标光谱天文望远镜(英文简称LAMOST)，在国家天文台兴隆观测基地诞生。
    2009年6月4日，耗资2.3亿元的LAMOST项目顺利通过了国家发展改革委组织的竣工验收。
    天文学家的描述是：LAMOST是目前世界上口径最大的大视场光学望远镜，也是世界上光谱获取率最高、最有威力的光谱巡天望远镜。LAMOST以其大视场、大口径以及多目标光谱的探测能力，在跟随地球自转和随太阳公转的过程中，可以对整个北天球及部分南天球进行扫描探测。
    这是一项由中国天文学家自主设计、国际领先的技术创新。

    获取更多星辰的“身份密码”

    尽管科学技术在不断发展进步，但科学家们还是不得不承认，迄今为止，科学只描述了宇宙的极小部分。在浩瀚的宇宙中，人类已经认识的普通物质只占4%，而人类所不了解的暗物质和暗能量各占22%和74%。
    美国科学技术委员会提出的新世纪要解决的十一个科学难题中，暗物质和暗能量分别排名第一和第二。科学家们认为，揭开暗物质和暗能量之谜，将是继哥白尼的地心说、牛顿的万有引力定律和爱因斯坦的相对论之后，人类认识宇宙的另一次飞跃，并有可能引发现代物理学新的革命。
    探测暗物质和暗能量，“光谱巡天”是重要的手段之一。这是因为，天体光谱中蕴涵着丰富的物理信息，就像生物体的基因密码DNA一样。人们如果能接收到这些信息并对它们进行分析，就可以解读遥远天体的基本情况，知道这些天体的距离、构成、分布以及运动速度等等。
    可是，受观测手段的制约，在数以百亿计的天体中，人们只对其中的约万分之一进行过光谱测量。要加强对未知宇宙的探测和研究，大量天体光学光谱的获取便成为关键。而要在足够广阔的太空中获得足够数量的星星的光谱，首先需要具有能够观测多个天体光谱的技术，同时还必须具备两个条件：一是观测望远镜的视场必须足够大；二是观测望远镜的口径也要足够大。如果用照相机作比喻，大视场就相当于广角，口径相当于焦距。
    就口径和视场而言，目前世界上的天文望远镜可大致分为两种：一种是大口径望远镜，主要用于天体的细节观测，其视场很难做大；另一种是大视场望远镜，可同时巡天观测很多天体，但口径却很难做大，因而很难观测到暗弱的天体“大视场兼备大口径”，是长期以来天文望远镜技术的一个难题，也是众多天文学家迫切希望解决的问题。
    鱼与熊掌能否兼得？LAMOST试图解决这一世界级难题。

    独具特色的“中国大眼睛”

    上世纪90年代，世界天文学技术迅猛发展。为了在竞争激烈的国际天文学前沿占有一席之地，我国天文学家王绶琯院士、苏定强院士等针对天文研究中“大规模天文光谱观测严重缺乏”这一情况，提出了“大视场与大口径兼备”的天文望远镜新概念及LAMOST的初步方案。方案创造性地将40多米长的镜筒固定，并用主动光学技术(即镜面可控，实时变化)来实时产生非球面面形不断变化的高精度镜面，从而使得大口径的大视场望远镜成为可能。这一巧妙的创新设计，突破了国际上光学望远镜大口径和大视场难以兼备的瓶颈。后经中科院国家天文台南京天文光学技术研究所所长崔向群研究员、中国科技大学褚耀泉教授等人进一步的研究细化和论证，形成了LAMOST的具体方案。
    将LAMOST这一优秀的设计方案变为现实，意味着大量世界级技术难题的攻克：首次在一块大镜面上同时应用薄变形镜面主动光学技术和拼接镜面主动光学技术，并控制镜面面形精度达头发丝的数千分之一；首次实现六角形的主动可变形镜;首次在一个光学系统中同时采用两块大口径的拼接镜面；首次应用并行可控的4000根光纤的定位技术，而目前国际上同类设备仅有640根光纤……
    鉴于项目涉及多项高难度的技术挑战，曾有专家担心LAMOST的创新方案能否付诸现实。1994年2月，正在欧洲南方天文台参加VLT望远镜研制的主动光学专家崔向群，为了LAMOST的建设，毅然携全家回国，全身心地投入到了LAMOST的工作中。LAMOST立项后，这位优秀的女科学家担任总工程师，领导了整个LAMOST望远镜的研制。
    1998年4月，南京天文光学技术研究所开始了LAMOST核心关键技术———1米口径六角形薄镜面主动光学技术的攻关。这项技术的成功与否直接决定了LAMOST的成败。经过2400多个日日夜夜的奋力拼搏，在克服了波前传感器、主动支撑、精密跟踪、大气视宁度改善等一系列技术难关后，于2004年11月取得突破性的进展，获得成功。
    此后，拼接镜面主动光学技术、光纤定位技术、六边形的施密特改正镜MA子镜的研制、8米直径的高精度精密转台等一项项关键技术陆续获得突破，最后于2008年8月完成全部安装、调试，LAMOST这一宏大的具有世界前沿水平的大科学工程胜利完工。

    到LAMOST身边看个究竟

    6月4日，是LAMOST项目接受国家发改委组织的专家验收的日子。早上七时许，记者一行驱车从北京出发，沿京承高速往东北方向行驶，两个多小时后到达国家天文台兴隆观测基地。
    在兴隆县城东北约五公里的山脚下，就可看到矗立在山顶上的银白色庞然大物———一个顶部为半球形的大圆柱体连接着一个斜卧在两个圆柱上的巨型长筒。整体建筑南北方向坐落，犹如一匹昂首飞天的白色骏马。这就是蜚声中外的LAMOST大型天文望远镜了。
    汽车在山路上蜿蜒，兴隆观测基地被连绵起伏的燕山山脉包围着。山顶上树木葱郁，空气纯净，凉爽宜人。绿树簇拥着的LAMOST距我们越来越近，显得越来越大。
    乘电梯上至五层，来到了LAMOST的半球形圆顶内，被称为反射施密特改正镜(也叫MA)的巨大圆形镜面出现在眼前。MA由24块六边形的镜片拼接而成，口径是5.72米×4.40米。LAMOST项目总经理、国家天文台兴隆观测基地主任赵永恒对记者说，MA的作用是：接收来自宇宙深处的天体光谱光线，然后经过自身的形变和反射，即筛选处理(所谓“改正镜”便是此意)，将调整后的光线反射到球面主镜(也叫MB)上。
    球面主镜设置在斜卧长筒内的高端，由37块正六边形镜片拼接而成。球面主径将来自改正镜的光线进行成像聚焦，并投射在成像焦面上。
    在直径1.75米的成像焦面之上，密密麻麻地分布着4000根光纤探头。这些探头由8000个小型电机驱动，可以在观测不同的天区时按照星表的位置快速将4000根光纤精确定位，即对准4000个天体。观测时通过改正镜MA的8米的跟踪机架和焦面板的旋转，精确跟踪目标随时调整方向，保证光纤探头能始终对准星星。也就是说，望远镜看到的每个天体都由一个光纤探头来对应成像，记录其“DNA”信息。
    光纤探头所连接的终端是使天体像变成光谱的16台光谱仪和记录天体光谱的32台CCD照相机。观测控制和数据处理系统根据科学需求调整观测计划和对光谱进行分析，得到用于科学研究的光谱分析数据图表，并记录普查的天体光谱“户口”供天文学研究使用。
    当夜幕降临时，LAMOST将打开圆形穹顶，来自遥远宇宙中的星光由此进入到MA镜面上。天文家们对浩瀚宇宙中一个个神秘天体的解读便悄然开始。由于LAMOST实现了“大视场与大口径兼备”，在曝光1.5个小时内，可以观测到20.5等的暗弱天体，同时最多获得4000个天体的光谱。
    正是这一明亮的“中国大眼睛”，将中国获取天体信息的能力由“百万级”提升到了“千万级”。

    巡天遥望河外星系

    6月4日下午，LAMOST项目顺利通过了国家发改委、科技部、国家档案局、国家自然科学基金委员会等单位专家的竣工验收。验收专家认为，LAMOST全体人员全面优质完成了工程建设任务，其中望远镜光学像质、跟踪指向精度显著优于设计指标，LAMOST已具备甚至超过了预期能力，成为目前国际上口径最大的大视场望远镜和光谱获取率最高的望远镜。
    此时，作为LAMOST工程建设领导小组组长的中科院常务副院长白春礼院士显然心情激动。他说：“今年是国际天文年，纪念伽利略首次使用望远镜进行天文观测400周年。400年来，天文望远镜经历了无数进步和创新，而LAMOST通过创造性地应用主动光学技术实现了用传统方法无法实现的光学系统，开创了望远镜的一个新类型，使中国第一次在望远镜类型上占有一席之地！”
    由于LAMOST，兴隆，这个名不见经传的燕山山脉里的小地方，一时间成为天文学家心目中的圣地。
    80多岁的国际著名天文光学家A.B.Meinel教授，是美国基特峰国家天文台第一任台长，亚利桑那大学光学科学中心创始人，曾任美国光学学会主席。他在得知LAMOST建成的消息后，在给项目总工程师崔向群的信中说：“如果我还年轻，现在我愿意和你们一起在兴隆经历这个新概念望远镜的非常时期。”他在信中还说：“在高度竞争的国际科学界中，LAMOST以其强大的能力，可让天文学家做出更好的工作来。”
    主动光学专家LotharNoethe博士，是欧洲南方天文台42米极大口径光学/红外望远镜E-ELT光学部主任。他曾任4x8.2米望远镜VLT项目主动光学负责人。作为国际评估专家，他参加了2008年10月16日在兴隆举行的LAMOST落成典礼。当别的专家都离开的时候，他要求留下来体验一下夜空群星璀璨时的LAMOST。当晚，L.Noethe在兴隆观测站与LAMOST项目人员一起跟星测试LAMOST主动光学系统控制望远镜光学成像质量的水平，测试完毕之后，他兴奋地给崔向群打电话说，LAMOST的光学像质当晚达到0.2角秒，光学成像像质与欧洲4×8.2米甚大望远镜VLT相当。此后，他在给崔向群的E-MAIL中写道：“我个人认为，望远镜不仅是一个科学仪器，还是一个光学设计创新的实验台。如果将来有建造一个更大的LAMOST的计划，如建在南极，你们将可以显示出LAMOST的光学像质能够达到0.1角秒。”
    国际著名的天文学家、芝加哥大学的Don.York教授在接受美国《科学》杂志采访时说：“由于LAMOST令人畏惧的技术挑战，并不是每个中国的科学家都是倾心于LAMOST，但我是LAMOST的‘粉丝’”。
    《LAMOST项目国际评估委员会报告》这样评价道：“LAMOST独一无二地结合了为数众多的光纤、大视场以及大口径望远镜几个方面的优势，从而一定能够在下个十年中的光谱巡天方面处于领先的地位。这一设备将使中国天文学家在银河系和河外星系天文学等领域获得无与伦比的科学研究机会。”
    主动光学发明人、欧洲南方天文台国际著名天文望远镜光学专家RayWilson说：“LAMOST不仅是惟一能使施密特望远镜的口径增大的途径，而且是主动光学的最先进和非凡的应用。”“LAMOST的成功，不但是中国科技的胜利，也将是整个国际天文界的胜利。”
    专家指出，LAMOST的科学目标将集中在河外星系巡天、银河系结构和演化以及多波段目标证认三个方面。LAMOST将对北天可观测的约14000平方度高银纬天区进行光谱巡天观测，其中包括北、南银冠区各250万个恒星、250万个星系的巡天，150万个亮红星系巡天和约100万个类星体的观测，这些资料将在宇宙模型、暗物质、暗能量、大尺度结构、星系形成和演化等研究上做出重大贡献。
    LAMOST巡天获得的资料将对国内外天文学界公开。