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lamost 随着巨大圆顶开启时发出的阵阵铿锵金属音,2008年10月16日,外形怪异的庞然大物LAMOST天文望远镜在国家天文台河北兴隆观测站宣告正式落成。在燕山余脉层林尽染的秋色中,雪白的望远镜屹立于碧空之下,令前来的中外科学家感慨不已。

有“光谱之王”美誉的LAMOST天文望远镜,即“大天区面积多目标光纤光谱望远镜”,终于在望远镜发明400周年的特殊时间竣工,个中意味引起众多专家与媒体的关注。

科学家相信,这项举世瞩目的中国重大科学工程,这座酝酿、建造了近20年,耗资2.35亿元的望远镜,将会开启中国天文研究的新时代。

天文学的历史,就是望远镜的历史

早在上世纪80年代末,中国当时最先进的2.16米望远镜竣工时,天文学家就开始思考中国的下一架望远镜是什么,中国的天文学应如何突破。

天文学是以观测为基础的科学,毫不夸张地说,近代天文学的历史,基本就是天文望远镜的历史。因此中国天文学家一直在思考望远镜的未来。

其实,从发明之日起,望远镜就一次次改变了世界的格局。1608年,熟稔玻璃折射规律的荷兰眼镜商汉斯·利帕席(Hans Lippershey)偶然发现两块透镜一远一近组合后,远处教堂上的风标竟然一下子近在眼前了。汉斯·利帕席马上意识到这个发现的重要性,他随即把两块透镜装入金属管,并美其名曰“窥器”(looker)。人类历史上最重要的发明之一——望远镜出现了。

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由于荷兰人率先拥有这种先见先知的利器,荷兰海军总是匪夷所思地先发现敌人——西班牙海军。依靠这种优势,荷兰摆脱了西班牙的控制。随后,荷兰发展成为17世纪航海和贸易强国,在世界各地建立了殖民地和贸易据点。

闻讯荷兰眼镜商的奇妙发明后,1609年意大利科学家伽利略也用透镜制造出了一架“折射式望远镜”(人类第一架天文望远镜)。当伽利略第一次将望远镜指向星空时,一场对宇宙和人类自身看法的新变革开始了。

伽利略将望远镜朝向月球,发现月表坑坑洼洼,满布环形山。在被认为“宇宙中心”的地球附近,发现一个与地球相仿的世界,这在当时无疑是一个令人震惊的发现,不亚于今天发现外星人。随后,伽利略又发现了太阳也在自转,发现了银河系更多以前根本看不到的恒星,发现木星有四颗卫星……这些新发现表明古希腊天文学家、宗教神学家并没有完全掌握宇宙的真理,10年前(即1600年)在罗马鲜花广场烧死布鲁诺是不对的,一切天体都绕转地球的地心宇宙体系也不应被盲目接受。

随后,伽利略将他的发现写成24页的《星座信使》(Sidereus Nuncius),并公之于众,但并未被迅速接受,因为当时望远镜的原理尚未明确,伽利略也无法说出所以然来。

一部分学者和教会人士认为望远镜里的景象不过是光影上的幻觉,是望远镜的瑕疵造成的。直到1611年,德国天文学家开普勒出版了《天文光学》,阐述了望远镜的原理,“幻觉说”才渐渐消失。

问世之初,望远镜便让全世界经历一场变革,即使到了现在也是如此。它改变了我们观察宇宙的方式,这种改变已经整整持续了400年。

光谱中透露的宇宙密码

400年来,凝聚了人类雄心勃勃的追求与智慧,望远镜从小口径到大口径,从光学望远镜到全电磁波段望远镜,从地面望远镜到空间望远镜,不仅使天文学发生了革命,而且深刻地影响了其他科学的发展,乃至整个人类社会的进步。

然而,时至今日,天文望远镜每前进一小步,都需要背后的制造技术迈出一大步。LAMOST望远镜就是这样一个先进技术的集合体。

据专家介绍,LAMOST的成像焦面有4000根光纤,可以同时观测4000个天体。每个条件良好的夜晚,它都可以进行上万个天体的观测,每年可获得两三百万个天体的光谱,而目前世界上同类“巡天”(即对全天的天体进行户口普查)项目望远镜光纤数最多才660根。LAMOST的光纤直接与16台光谱仪相连,目标天体将直接化身为光谱,将隐藏在光谱中的宇宙秘密展示给天文学家。

更令人称奇的是,在1.5小时的曝光中,LAMOST可以观测到20.5星等的天体。20.5星等的天体极其暗弱,肉眼可见的最暗星也比它明亮50万倍。

在研制LAMOST望远镜过程中所使用的“拼接镜面主动光学技术”也属于世界前沿技术,这种技术正是20世纪90年代以后望远镜专家们日思夜想的“革命性技术”之一,它可以按需纠正变形的镜面,使成像更精准。

这些设计与技术的结合,使LAMOST成为我国目前最大的光学望远镜、世界上最大口径的大视场望远镜,也是世界上光谱获取率最高的望远镜。

自问世到现在,已经有400年历史的望远镜见证了人类改变对宇宙以及自身认识的进程,而望远镜本身也已成为科学发展水平的一种标志。

早在1666年,牛顿用三棱镜分解日光,发现白光是由不同颜色的光混合而成,透镜对不同颜色的光有不同的折射,这是导致伽利略式望远镜出现色差、让观测者恼怒的原因,因为来自宇宙的光都不单纯。而由此产生的这些彩虹般的色序就是“光谱”,日后很多天文望远镜,包括LAMOST望远镜,都专门利用这种曾令他们恼怒的东西破解宇宙密码。因为1859年,德国科学家基尔霍夫很奇妙地发现太阳光谱中有钠元素的燃烧谱线,也就是说星光中蕴含着化学元素的信息,这对研究天体构成太重要了,远比盯着星星的照片傻看有用。

牛顿在多次制造无色差望远镜无果后断言,透镜的色差永远也消除不掉。1668年,他另辟蹊径,用反射代替折射,亲手制造了一架“反射式望远镜”,很好地消除了色差等令人头疼的问题。现在很多大型天文望远镜都是反射式望远镜,当然技术更加先进。

不过,历史证明先贤伟人并非永远正确。18世纪英国律师兼数学家切斯特·穆尔·霍尔发现,将不同材质的凸凹透镜组合起来,可以在很大程度上消除色差。1758年,光学仪器商约翰·多朗德制造出了消色差透镜。

此后200年,折射式望远镜与反射式望远镜技术都获得了大幅提升,望远镜口径与重量不断加大,大到一个巅峰。巅峰过后,镜子自身重量、温度变化等都会导致镜面变形(要知道少许变形就足以让星空错乱)。这些问题可以解决,但需要革命性的技术。

苏联人曾在1976年制造出一架口径6米的反射式望远镜,镜体重77吨,整个可动部分重达800吨,遗憾的是这架望远镜落成之日,竟是其不尽如人意之始。

随着光学望远镜口径不断加大,收集到的星光越来越多,分辨细节的本领越来越强,但大有大的难处,其视场(高精度观测的天空范围)反而越来越小。美国2.54米胡克望远镜仅能看到满月大小的一小块星空。望远镜要完成“巡天”观测,需要几十万甚至几百万次的观测,简直要耗费人一辈子的时间。

为此,旅德俄国光学家施密特很有创意地将折射望远镜和反射式望远镜结合起来,于1930年制造出了一架“折反射望远镜”(也叫“施密特望远镜”),大大增加了望远镜的有效视场,加快了巡天的速度。

后来循着牛顿的创意,人们又发现“折反射望远镜”还可以改进成“反射式施密特望远镜”,更好地兼顾大口径与大视场,但这一直难以做到。20世纪90年代以来,天文界就一直梦想建造“反射式施密特望远镜”,直到今天LAMOST天文望远镜在中国落成,终于实现了“反射式施密特望远镜”的夙愿。

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(图:LAMOST光路模拟图)

LAMOST也一跃成为世界领先的望远镜,成为望远镜发明400周年最美好的纪念。

更宏伟的望远镜计划

诸多优点集于一身的LAMOST望远镜必将在天文望远镜历史上留下浓重一笔,建成后它将向国内外天文界开放,其设计思想也开始影响国际天文望远镜的设计。一些国外天文学家甚至开始幻想在南极再建造一架LAMOST,他们希望一北一南两架LAMOST可以对整个天空进行完整的深度观测。

人类还有更新更宏伟的望远镜建造计划。

由美国的华盛顿卡内基研究所等8个单位与澳大利亚国立大学合作的大麦哲伦望远镜计划,由7面8.4米口径反射镜片构成,每一个镜片的大小都与已在使用的大双筒望远镜(LBT)的相同,计划2016年落成。

下一个十年的中期,拥有492个巨大组件的30米望远镜(TMT)睁开它的巨眼的时候,它的分辨率将达到哈勃望远镜的10倍。

欧洲超大望远镜(E-ELT)巨大的镜面跨度达42米,由906块六边形的小镜片组成。它是100多位欧洲南方天文台(ESO)天文学家集体智慧的结晶。

中国准备利用贵州天坑建设口径500米的FAST望远镜。建成后,它将成为世界上规模最大、灵敏度最高的单口径射电望远镜,预计2014年投入使用……

曾获诺贝尔奖的华裔科学家李政道在不久前召开的纪念“望远镜发明400周年”大会上深情地说:“我们地球在太阳系是一个不大的行星,我们的太阳在整个银河星云系四千亿颗恒星中也不是怎么出奇的星。我们整个银河系在整个宇宙里面也是相当渺小的。可是因为我们有发扬炎黄文化的祖先,因为四百年前望远镜的发明,也因为爱因斯坦在我们小小的地球上生活过,我们这个黄土蓝水的地球,就比宇宙其他部分有特色,有智慧,有人的道德……” (《中国青年报》2008年10月22日,感谢周欣宇、Gerry、崔辰州、孙正凡、Sheepwhite)

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6 Responses to “坐观星河——LAMOST天文望远镜落成”

  1. looker,呵呵好可爱。做一个巨型的沙发~

  2. gerry说道:

    主角Lamost介绍的太少了,大天区,镜片拼接什么的都没提到~ 加油啊!

  3. crprince说道:

    耗时20年?
    还是最新技术不?

  4. 醉鄉子说道:

    如果说我们比古人看得更远些,那是因为我们站在了一代代巨人的肩膀上。

  5. [...] 在中国,值得一提的是,2008年10月16日,外形怪异的庞然大物LAMOST天文望远镜 (LAMOST),即“大天区面积多目标光纤光谱望远镜”,在国家天文台河北兴隆观测站宣告正式落成,成为望远镜发明400周年最美好的纪念。 [...]

  6. fexii说道:

    总算 见到了

    说了 10年 了

    不过 这个 斜帽帽 最大的 作用 是吸引了

    领导的 眼球

    为 中国 当代 的 天文事业 再 经费上 有所争取

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