來源：TheInnovation創新
導 讀
LAMOST（郭守敬望遠鏡）是我國自主研制的、兼具大口徑和大視場的光譜巡天望遠鏡。自2011年起，LAMOST巡天已經發布了1700余萬條天體光譜，構建了世界上最大的天文光譜數據庫。來自LAMOST的巡天數據推動了天文研究中諸多前沿領域的重要進展，尤其是拓展了我們對于銀河系以及其中各類天體的認知（圖1）。
圖1 圖文摘要
天文學是一門以觀測為基礎的科學。400年前伽利略第一次將望遠鏡指向夜空，隨后天文望遠鏡便成為了人類認識宇宙的有力武器。彼時的天文觀測多是針對某個天體或某個區域，隨著天文望遠鏡的發展以及人類對宇宙難以抑制的好奇，天文學家不再滿足于僅僅研究特定目標或區域，而是雄心勃勃的想要將一大片，乃至整個夜空中的所有天體全都普查一遍。這種形式的天文觀測叫做“巡天”。
不難想象，巡天需要望遠鏡兼具大視場和大口徑，也就是既要“看的廣”，又要“看得遠”。在這種需求下，LAMOST誕生了。LAMOST的全名為大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡（Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope），是天文領域的首個國家重大科技基礎設施。落成之后，它還被冠名為郭守敬望遠鏡（郭守敬是我國元代著名的天文學家）。圖2是LAMOST的結構和光路系統。天體的光從夜空入射到主動改正鏡Ma，之后被反射至球面主鏡Mb，最后在焦面上成像。
圖2 LAMOST的結構與光路示意圖
LAMOST是反射式施密特望遠鏡，應用薄變形鏡面主動光學加拼接鏡面主動光學技術，在有效口徑4米的情況下視場可以達到5度之廣。它可以同時觀測近4000個目標，是光譜獲取效率最高的望遠鏡之一。圖3展示了由LAMOST所拍攝的不同類型天體光譜和每年巡天的“足跡”范圍。LAMOST在第八次數據釋放時（DR8），已經對外發布了1700余萬光譜，早已成為世界上最大的天體光譜數據庫。
圖3 LAMOST光譜示例與巡天足跡
LAMOST絕大部分光譜都來自于銀河系中的天體。銀河系是人類的家園星系，但我們對其理解其實還很有限，這是“不識廬山真面目，只緣身在此山中”的真實寫照。同時，銀河系是為數不多的可以在單顆恒星層面進行“解剖式”研究的星系，也是我們研究其他星系的參照標準，就像太陽之于恒星一樣。
LAMOST最基礎和最核心的科學價值是其目前所觀測到的1700余萬條光譜，以及由此所推導出的各類天體的基本信息（例如溫度、表面重力、元素豐度等）。它們是天文學家研究各類天體屬性的基礎，也正是這些數據，讓我們重新認識了銀河系。圖4展示了LAMOST DR8中所有恒星最常用的幾組物理參數信息。
圖4 LAMOST第八次數據釋放所公開的恒星物理參數信息（圖中共~600萬顆恒星）
得益于巡天的光譜數據，現在我們已經知道銀河系盤（銀盤）并非是一個平坦的盤（圖1），相反，它在演化歷史中一直被扭曲和擾動著。與眾多較小星系（后稱矮星系）的并合被認為是形成我們今天看到的銀河系盤的一個關鍵原因。這些矮星系的物質被銀河系所吸引和剝離，最終成為分布在銀河系周圍的星流。圖1中的淺藍色星流就是此類事件的歷史遺跡之一，即人馬座矮星系的殘骸。我們通過LAMOST的數據發現或研究了很多類似的遺跡。
再舉一個LAMOST幫助我們更好地認識銀河系的例子。相當長的一段時期內，人們認為銀河系的直徑大約只有10萬光年，但在LAMOST數據的幫助下，現在我們已經清晰地知道銀河系至少有20萬光年之大。
除了改變對銀河系的認知，LAMOST海量光譜還如同蘊藏宇宙財富的寶庫一般，讓天文學家發現了大量有趣的天體。例如，LAMOST發現了一顆繞著“虛空”旋轉的恒星，并最終在“虛空”中發現了能吞噬一切的怪物——黑洞（圖5）；發現了鋰豐度最高的恒星，其鋰含量是太陽的3000多倍；發現了一類新的系外行星族群“熱海星”，為行星的形成理論提供了新線索。當然，它的發現遠不止于此，還有“宇宙活化石”貧金屬星、“銀河系的博爾特”超高速星、會“變臉”的類星體、來自其他星系的“流浪”恒星等等，限于篇幅就不一一展開了。
圖5 通過視向速度變化發現恒星級黑洞示意圖
LAMOST十年巡天，遍覽星河，寥寥千字無法盡言其科學發現。目前基于LAMOST數據所發表的科學論文已經近千篇，其中很多都改變了我們對于宇宙的認知。這些成績，即便是萬字長文恐也難以面面俱到，但終究是一件有意義的事。
總結與展望
LAMOST巡天已經進入下一個階段。自2018年開始，其已經順利啟動了新的巡天模式——中分辨率巡天。中分辨率光譜（R ≡ λ?Δλ～7500）能夠揭示更精細的譜線結構，提供天體更高精度的物理參數、化學豐度以及視向速度等信息。中分辨率數據使得LAMOST巡天在更高精度的基礎上，可以更好地進行“時域天文”研究，特別是強化在雙星演化、變星、恒星形成區、發射線星云、致密天體等熱點領域的研究。在不久的將來，LAMOST還將進一步升級改造，從而邁入高精度和超大規模數據量的新時代，以更好地拓展未來的巡天觀測及科學目標。