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[原创]我国大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（图） [复制链接]

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离线hanabiii

实习生

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只看楼主倒序阅读楼主发表于: 2011-10-19

我国国家天文台大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST）是一架横卧南北方向的中星仪式反射施密特望远镜。应用主动光学技术控制反射改正板，使它成为大口径兼大视场光学望远镜的世界之最。由于它口径达4米，在曝光1.5小时内可以观测到暗达20.5等的天体。而由于它视场达5°，在焦面上可放置四千根光纤，将遥远天体的光分别传输到多台光谱仪中，同时获得它们的光谱，成为世界上光谱获取率最高的望远镜。它将安放在国家天文台兴隆观测站，成为我国在大规模光学光谱观测中，在大视场天文学研究上，居于国际领先地位的大科学装置。

　　多年来，我国天文界建设了以2.16米、1.56米光学望远镜、1.26米红外望远镜、太阳磁场和多通道望远镜、13.7米毫米波、米波综合孔径、以及甚长基线干涉射电望远镜为代表的天文学实测基础设施，有力地促进了我国天文研究的开展，提高了我国天文学在国际上的地位。LAMOST瞄准了涉及天文和天体物理学中诸多前沿问题的大视场天文学，抓住大规模光学光谱开拓的可贵机遇，以新颖的构思、巧妙的设计实现了光学望远镜大口径兼备大视场的突破。

　　LAMOST望远镜由北端的反射施密特改正板MA、南端的球面主镜MB和中间的焦面构成。球面主镜及焦面固定在地基上，反射施密特改正板作为定天镜跟踪天体的运动，望远镜在天体经过中天前后时进行观测。天体的光经MA反射到MB，再经MB反射后成像在焦面上。焦面上放置的光纤，将天体的光分别传输到光谱仪的狭缝上，然后通过光谱仪后的CCD探测器同时获得大量天体的光谱。

　　光学光谱包含着遥远天体丰富的物理信息，大量天体光学光谱的获取是涉及天文和天体物理学诸多前沿问题的大视场、大样本天文学研究的关键。但是，迄今由成像巡天记录下来的数以百亿计的各类天体中，只有很小的一部分（约万分之一）进行过光谱观测。LAMOST作为天体光谱获取率最高的望远镜，将突破天文研究中光谱观测的这一“瓶颈”，成为最具威力的光谱巡天望远镜，是进行大视场、大样本天文学研究的有力工具。LAMOST对上千万个星系、类星体等河外天体的光谱巡天，将在河外天体物理和宇宙学的研究上，诸如星系、类星体和宇宙大尺度结构等的研究上作出重大贡献。对大量恒星等河内天体的光谱巡天将在河内天体物理和银河系的研究上，诸如恒星、星族和银河系的结构、运动学及化学等的研究上作出重大贡献。结合红外、射电、X射线、γ射线巡天的大量天体的光谱观测将在各类天体多波段交叉证认上作出重大贡献。

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离线hanabiii

实习生

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只看该作者 1楼发表于: 2011-10-19

LAMOST工程分为七个子系统：光学系统；主动光学和支撑系统；机架和跟踪装置；望远镜控制系统；焦面仪器；圆顶；数据处理和计算机集成。望远镜将安放在中国科学院北京天文台兴隆观测站，项目总投资约2.35亿元，建成后将作为国家设备向全国天文界开放，并积极开展国际合作。

　　LAMOST是我国自主创新的，在技术上非常有挑战性的大型光学望远镜。全面完成后将是我国最大的光学望远镜（主镜为6米）和国际上最大口径的大视场光学望远镜。LAMOST拥有多项国际前沿水平的技术创新，例如：

　　1）拼接镜面主动光学技术及在一个光学系统中同时采用两块大拼接镜面（37块1.1米六角形子镜拼接成6.67米×6.58米的主镜，以及24块1.1米六角形子镜拼接成的5.72米×4.4米反射施密特改正镜）；
　　2）在观测中实时在一块大镜面上同时实现应用拼接和可变形镜面主动光学技术；
　　3）六角形可变形镜面主动控制和波前检测技术；
　　4）4000根光纤单元在焦面上的精确定位；
　　5）多目标光纤光谱技术；
　　6）海量数据处理技术；
　　7）大视场与大口径兼备。

工程进展

　　1992年4-5月，中国天文学会和中科院数理学部向全国天文界征集下一阶段天文重大观测设备建议。以王绶宿、苏定强院士为首的研究集体针对国内外现状和发展机遇，提出了建造LAMOST的建议，得到了天文界广泛的支持。LAMOST项目的实施，将使我国天文学在大规模光学光谱观测和大视场天文学研究上，跻身于国际领先行列。
　　
　　2001年8月，LAMOST项目开工报告获国家计委批准，项目进入正式施工阶段。
　　2004年6月15日，LAMOST观测楼在国家天文台兴隆观测站开工建设。
　　2005年5月18日，LAMOST地平式机架在南京完成机电初联调，经过对跟踪精度和指向重复定位精度的初步检测，各项指标均达到设计要求。

　　这意味着LAMOST地平式机架已达到分拆启运前的要求，是LAMOST研制过程中的又一个里程碑，2005年6月16日，LAMOST委托南京天文光学技术所研制的MA子镜第一批（共4块）在南京顺利通过验收。LAMOST项目的反射式施密特改正板(简称MA镜)长5.7米，宽4.4米，由24块MA子镜拼接而成。子镜的外形为正六边形，对角线尺寸为1.1米，厚度为25毫米，其特点是口径大，厚度小，面形精度要求高。验收组听取了研制报告和测试报告并进行了现场抽检，验收组认为：4块子镜均已达到合同的技术要求，其工艺流程合理，在大口径高精度薄平面光学镜面的研制方面已达到国内领先水平。

　　2005年9月20日，LAMOST首件大型设备MA机架从南京天文光学技术研究所启运，运往国家天文台兴隆观测站，标志着LAMOST的研制取得了阶段性的成果，这是LAMOST工程建设具有里程碑意义的重大事件。

　　2005年12月24日，组成LAMOST本体的反射施密特改正镜(MA)机架、球面主镜(MB)桁架和焦面机构三大部套的安装在兴隆观测站顺利完成，各项指标均达到设计要求，标志着LAMOST项目全面进入现场安装调试阶段。

　　2006年4月12日，三块对角径1.1米六角形球面MB子镜在南京天文光学技术研究所拼接成功，是LAMOST工程的又一重大进展。在世界上首次应用了在同一块大镜面上同时应用薄镜面（可变形镜面）主动光学技术和拼接镜面主动光学技术，还首次在一个光学系统中同时采用了两块大的拼接镜面。球面主镜的拼接是这个关键技术的重要组成部分，也是使项目造价大为降低的关键之一。进而言之，拼接镜面主动光学技术也是未来巨型地面光学红外望远镜的主要技术之一，掌握此技术意义重大。

　　2006年12月27日，南京天文光学技术所承担并自行研制的LAMOST30块MA子镜(其中包括6块备用子镜)于近日顺利通过验收。验收专家组听取了研制报告和验收测试报告，审阅了相关技术资料并进行了现场考察。专家组认为：30块MA子镜面的技术指标均满足合同要求，同意通过验收，这是LAMOST建设过程中又一个重要里程碑。该项工作在大口径高精度非圆形超薄平面研制方面处国内领先，并达到国际先进水平，对我国研制未来巨型望远镜和其他大型光学工程有重要意义。

　　2007年2月4日，LAMOST首批三块1.1米六角形主镜子镜在国家天文台兴隆观测站顺利安装成功。LAMOST主镜的安装难度很大，经过反复的实战模拟准备，终于安全、顺利地完成首批三块子镜的安装，标志着LAMOST项目顺利进入了光学装调阶段。

　　2007年5月28日凌晨3点，正在兴隆观测站现场调试中的LAMOST喜获首条天体光谱。随着调试的进展，随后的两天LAMOST已不断地获得越来越多的天体光谱，标志着其各个子系统（望远镜光学和主动光学、跟踪控制、光纤、光谱仪）已全部联通并达到要求的技术指标。LAMOST正处在“小系统”联调阶段，“小系统”调通后，将在此基础上扩展镜面子镜数至24/37块，光纤数至4000根和光谱仪数量至16台。

　　2007年6月29日，“LAMOST小系统验收会”在北京召开。LAMOST“小系统”包括3米口径的镜面，250根光纤和一台光谱仪，以及LAMOST完整的机架、跟踪和控制系统。中科院基础局组织了国内天文、天文仪器、光学、精密机械、电子及管理科学等领域的著名专家学者20余人对LAMOST的“小系统”进行了全面的综合评估。测试专家组于6月18日和6月28日到兴隆观测基地进行了现场测试和考察。验收专家组听取了研制报告、测试专家组的测试报告，审阅了相关技术资料。专家组认为：“LAMOST小系统的光学质量完全达到了指标要求，多目标光纤光谱系统基本达到预定目标，望远镜、光纤、光谱仪和CCD相机所组成的观测系统，集成情况良好。LAMOST小系统的研制成功证明项目总体方案是正确的，技术和工艺是可行的。同意通过验收。”

　　LAMOST小系统的成功是该项工程建设中的一个重要里程碑，标志着项目建设的所有关键技术难点已被攻克，尤其是国际领先的薄镜面及拼接镜面的主动光学技术和并行可控式光纤两项新技术的成功，为项目建设的全面成功铺平了道路。

　　2007年12月中旬，中科院上海天文台天体测量团组承担的“LAMOST天体测量支持系统”完成了在LAMOST小系统上的调试，97%以上的有效光纤得到了目标的星光光谱，为下一步科学目标的试验观测打下基础。天体测量支持系统负责为LAMOST望远镜的各运动部分提供实时的指向参数和运动参数，包括施密特改正镜法线的瞬时指向参数、焦面的瞬时位置、姿态和旋转角参数、每个光纤单元的定位参数。由于LAMOST视场大（20平方度）、焦距长（20米）、接收单元离散分布、工作原理特殊，对天体测量支持系统提出很高的精度要求（焦面上允许定位误差50微米）。

　　2007年底，LAMOST光纤定位系统的可重复的光谱出光率平均达到97%，并安装调试完成约三分之二的光学镜面（24块主镜和16块施密特改正镜的子镜）和8台多目标光纤光谱仪，使项目在2008年全面竣工有了保证，也为科学上的试观测打下了很好的基础。

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