郭守敬望遠(yuǎn)鏡

今天要介紹的是一座由我國(guó)自主設(shè)計(jì)研制的大型望遠(yuǎn)鏡，建成于2008年，它位于河北省興隆縣的燕山之中，距離北京只有一百千米左右。

說起這座望遠(yuǎn)鏡，“三絕”不得不提——

第一絕：名字長(zhǎng)

它的中文名字叫作

大天面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡，英文名更長(zhǎng)，叫

Large Skg Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope.

長(zhǎng)到當(dāng)哈勃同學(xué)、開普勒同學(xué)都做完三道選擇題了，它還在寫名字，所以它更喜歡大家叫它的首字母縮寫——LAMOST，結(jié)果有好事者就據(jù)此給它取了個(gè)綽號(hào)——拉磨！

總是被叫綽號(hào)當(dāng)然不開心，所以在它兩歲那年（2010年）終于有人給它起了個(gè)大名，叫“郭守敬望遠(yuǎn)鏡”，以此來紀(jì)念元代著名的天文學(xué)家郭守敬。

這個(gè)外觀是不是很讓人摸不著頭腦？

它到底要從哪里“看”呢？

菌菌大膽地猜想了一下……大概是從這里看？

不過，雖然有了大名，但大家還是喜歡叫它的綽號(hào)——拉磨。

第二絕：外形怪

拉磨不僅名字長(zhǎng)，長(zhǎng)相也很獨(dú)特，此乃“第二絕”。

我們印象中的望遠(yuǎn)鏡都長(zhǎng)這樣：

可是這么一想不對(duì)呀！這個(gè)”鏡筒”是固定不動(dòng)的，天天看同一個(gè)位置，那還有啥意思！

其實(shí)，拉磨之所以有這樣獨(dú)特的外觀，是緣于它那創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)！

拉磨的左邊是一個(gè)圓頂.圓頂里面藏著一塊反射鏡.叫Ma，而最右邊是一座塔，塔頂藏著另一塊更大的反射鏡，叫Mb。

然而拉磨長(zhǎng)這樣：

觀測(cè)時(shí)，星光首先進(jìn)到圓頂里，經(jīng)過Ma的反射，穿過鏡筒，到達(dá)主鏡Mb，再經(jīng)過Mb反射匯聚，成像在中間的焦面上。

這種設(shè)計(jì)妙在哪里呢？為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)“大視場(chǎng)”和“大口徑”，拉磨的“鏡筒”長(zhǎng)度超過了20米，Ma到Mb的距離更是達(dá)到了40米。

傳統(tǒng)的施密特望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)不同目標(biāo)時(shí)，需要整體旋轉(zhuǎn)鏡筒，所以體量不能太大，否則就難以兼顧視場(chǎng)和口徑。

拉磨采用了反射改正鏡+臥式子午儀的組合。

鏡筒固定不動(dòng)，不僅能實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)，還能通過旋轉(zhuǎn)Ma觀測(cè)大范圍目標(biāo)。

解決完了結(jié)構(gòu)性難題，拉磨還有一個(gè)“成長(zhǎng)的煩惱”需要面對(duì)，那就是，當(dāng)反射鏡長(zhǎng)得太大時(shí)，難免“樹大招風(fēng)“，重力、溫差等因素都會(huì)使鏡子變形，從而影響成像質(zhì)量。

這就需要拉磨拿出它的又一個(gè)絕活兒——

第三絕：主動(dòng)變

既然鏡子會(huì)變形，那我就主動(dòng)變回來。

人們想到，在反射鏡下面接上一堆可以伸縮的裝置（叫作促動(dòng)器），就能主動(dòng)調(diào)節(jié)鏡面的形狀，從而改進(jìn)成像質(zhì)量。

這種技術(shù)叫作“主動(dòng)光學(xué)”技術(shù)。

從前，人們創(chuàng)造出兩種可變形鏡面：

單個(gè)薄鏡面直接變形

拼接鏡面旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)單個(gè)鏡面來變形

而拉磨結(jié)合了兩者的優(yōu)勢(shì)！Ma的每個(gè)六邊形鏡面都設(shè)置了37個(gè)促動(dòng)器，Mb的每個(gè)六邊形鏡面都設(shè)置了3個(gè)促動(dòng)器。

這樣就能達(dá)到精確地修正反射鏡誤差的效果！

這些精準(zhǔn)聚焦的光線來到焦平面，再經(jīng)過光纖傳輸，最后，會(huì)變出4000個(gè)天體的光譜來。

那反，什么是“光譜”呢？同時(shí)拍4000條光譜很了不起嗎？聽說拉磨通過拍攝光譜，能夠繪制銀河系地圖、搜尋地外行星、研究恒星物理，還能探尋宇宙大尺度結(jié)構(gòu)形成演化的線索……

這是怎么做到的呢？接著往下看！

恒星是如何誕生和演化的？星系、星系團(tuán)、類星體，它們長(zhǎng)什么樣？宇宙有著怎樣的大尺度結(jié)構(gòu)？它又是怎么變化的？這些“終極難題”從古至今一直困擾著人類。

過去，“權(quán)威”們?cè)?jīng)斷言：想知道遙遠(yuǎn)的星星上有哪些物質(zhì)，那是絕對(duì)不可能的！

直到19世紀(jì)末光譜學(xué)的誕生，終結(jié)了這句古老的斷言……

其實(shí)在三百年前，牛頓就告訴大家：太陽光通過分光鏡后，會(huì)被分解成“七色光”。

后來，一些人經(jīng)過仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)“七色光”之中還會(huì)出現(xiàn)一些“暗線”，也就是說，有一些有顏色的光不見了。

這些不見的光去哪兒了呢？答案是：被太陽上的物質(zhì)給吸收了。

構(gòu)成物質(zhì)的原子和分子，都會(huì)吸收或者發(fā)出一些特定顏色（也就是波長(zhǎng)）的光;各種不同元素的原子都對(duì)應(yīng)著獨(dú)特的一系列波長(zhǎng)：這就是它們的光譜。

通過這些亮線或者暗線在光譜中的位置，我們就能像識(shí)別“指紋”一樣，辨別出遙遠(yuǎn)的天體里存在哪種物質(zhì)，還可以知道它們的含量（豐度）有多少。

不僅如此，我們還能測(cè)出恒星的表面溫度，以及通過光譜的紅移或藍(lán)移研究天體的運(yùn)動(dòng)速度等。也就是，人類從此擁有了“隔空對(duì)話”的本領(lǐng)。

拉磨，就是這樣一座“隔空對(duì)話”的橋梁。

當(dāng)來自遙遠(yuǎn)星空的光通過主鏡匯聚到焦面后，等待它的并不是直接被“拍照”，而是要穿過細(xì)細(xì)的光纖，進(jìn)入下面的分光儀里，變身為光譜呈現(xiàn)出來。

可是一次拍一顆星的光譜，這散率多低呀！拉磨的拿手絕活兒就是：它可以一次拍出4000個(gè)天體的光譜！

拉磨的焦面并不是一塊鐵板.而是密密麻麻排布的4000根光纖。

在這4000根光纖的背后，還有默默無聞工作的8000個(gè)小電機(jī)，它們可以讓光纖動(dòng)起來，每根光纖都對(duì)準(zhǔn)一顆星，一根也不浪費(fèi)。

遙遠(yuǎn)的星光來到拉磨的身體里，穿過一條條光纖，最終來到16臺(tái)光譜儀上。

再經(jīng)過一系列復(fù)雜的處理，我們就能得到這枚星光“指紋”里包含的各種寶貴信息。

拉磨的成果

那么，拉磨到底有過哪些有趣的發(fā)現(xiàn)呢？菌菌在這里略舉兩例——

2014年，美國(guó)天文學(xué)家利用拉磨的光譜數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了距離我們最近的一顆“超高速星”，它正在以1700000km/h的速度逃離銀河系！

后來，中美天文學(xué)家合作，通過拉磨還抓住了數(shù)十顆可能的超高速星，這種超速行為已經(jīng)被上報(bào)給交警隊(duì)科學(xué)家進(jìn)一步處理。

再比如，2019年4月，國(guó)家天文臺(tái)的一個(gè)研究組，通過拉磨的光譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了一顆特別的恒星，它異常地缺少鎂元素，卻富含金、銪、鈾等重元素。

比對(duì)銀河系左鄰右舍們的化學(xué)成分后，研究組猜測(cè)，這顆星可能來自伴星系，只是后來被我們銀河系俘獲，成為銀河系中的一員。

這也就進(jìn)一步暗示了銀河系可能由眾多伴星系匯集而成的歷史。

拉磨運(yùn)行十多年來，拍攝并發(fā)布了四千多個(gè)天區(qū)，累計(jì)收集了近千萬條的光譜信息，包括恒星、星系、糞星體，還有一些未知天體。

讓我們一起期待拉磨在揭秘宇宙的征途上為我們帶來更多有趣的發(fā)現(xiàn)吧！

這個(gè)數(shù)量已經(jīng)遙遙領(lǐng)先國(guó)際上其他巡天項(xiàng)目發(fā)布的光譜數(shù)總和。

此外，拉磨發(fā)布的數(shù)據(jù)中，還包括一個(gè)534萬組恒星的光譜參數(shù)星表，是目前世界上獲取的最大恒星光譜參數(shù)星表。

迄今為止，拉磨還在持續(xù)進(jìn)行觀測(cè)和數(shù)據(jù)產(chǎn)出，也許，宇宙演化、星系形成的秘密就藏在這些數(shù)據(jù)里。

EasyNitht

EN菌，天文漫畫科普微博EasyNight博主，菌中天文愛好者，腦洞極大，晝伏夜出，通文達(dá)藝。每天一幅手繪漫畫，講述當(dāng)晚夜空看點(diǎn)。