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中国天文台之-LAMOST - 光谱巡天望远镜 - 郭守敬天文台

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zhh894217 发表于 2015-5-4 14:12 | 显示全部楼层
光谱大数据来自耿耿星河
——探访国家天文台兴隆观测站郭守敬望远镜
本报记者 吴佳珅 高 博


    ■走近中国大科学工程

    黑暗的燕山之巅,瞪着一只亮闪闪的眼——郭守敬望远镜(LAMOST),3月底,其获得的首批220万条巡天光谱数据正式向世界发布。

    LAMOST是光谱加工厂,每个观测夜经“流水线”生产出万余条天体光谱,被誉为是实现“更大口径的大视场望远镜的最佳方案”。

    星光不再模糊

    LAMOST,是“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”的英文缩写,位于北京北边200公里的河北兴隆县,中国科学院国家天文台兴隆观测站。观测站于1968年建站,2009年LAMOST建成前已运转多年,有一架2.16米口径的光学望远镜。

    跟2.16米望远镜相比,LAMOST更大:它占据三栋6—10层高的筒状塔楼。星光经过两面镜子的先后反射,在接收端被光纤传给16台光谱仪。光谱仪像三棱镜一样,把光线分离成光谱,由32台灵敏的CCD相机记录。

    夜间穹顶打开,随地球转动的LAMOST,扫过北半球的中天。遥远的星光投到LAMOST的镜片上,开始是一团模糊;LAMOST迅速调整,让接收端出现了清晰的像斑。

    LAMOST的巨镜采用了主动光学技术。所谓主动光学,就是主动改变镜片形状,克服由于重力、温度和风力造成的镜面本身形变对成像带来的影响,使成像更加清晰。像LAMOST这样在一个光学系统中同时应用两块大口径拼接镜面,是前所未有的。

    一块大镜面做出精确微调是很难的。LAMOST的Ma镜由24块六边形镜片拼接而成,如蜂窝;每块子镜1.1米长,25毫米厚;整个Ma镜长5.7米,宽4.4米。Mb子镜长度与Ma类似,厚度为75毫米,是球面。

    国际上用光纤板打孔插光纤和机械手放置光纤只能到数百根,而LAMOST大大增加光纤数量。直径1.75米的成像焦面之上,密密麻麻地分布着4000根光纤单元(国际上同类设备仅640根)。4000根光纤的自动定位系统可在数分钟的时间内将光纤按星表位置精确定位,最大定位误差仅40微米。

    这样,每次观测可获得多达4000个天体光谱,中科院国家天文台台长严俊说,“相当于同时启动4000台望远镜”。

    LAMOST复杂的设计和制造,全部由中国科学家完成。著名的望远镜专家、主动光学发明人Wilson评价说:“LAMOST是主动光学最先进和雄心勃勃的应用,其成功对未来望远镜发展具有根本性的意义。”

    海量数据,世界分享

    宇宙浩瀚,斗转星移。众多的天体是如何产生的?数以百亿计算的星系又是怎样演化的?在这些问题的探索中,光谱的获取是揭开这些天体之谜的一把钥匙。  

    在星系探索中,包含着极其丰富信息的光谱起了非常关键的作用。其中星系的光谱可以提供距离、构成、分布和运动等信息,而恒星的光谱则包含构成、光度、温度、化学组成、空间分布和演化历史等资讯。从大量天体的光谱观测中还可以发现许多奇异的天体和天体现象。所有这些,将促进人类对宇宙演化规律、物质结构、相互作用等最基本物理规律的新认识。

    然而,对望远镜来说,“看得多”与“看得清”,是鱼和熊掌,难以兼得。但LAMOST看得又多又清。

    严俊说,LAMOST不仅是世界上口径最大的光谱巡天望远镜,也是光谱获取率最高的,是一件普查天体“户口”的利器。2011年9月至2013年6月,它完成的第一批数据集包含220万条光谱,已超过目前世界上所有已知恒星巡天项目的光谱总数。

    2014年12月,第二批数据集对国内天文学家和国际合作者发布,共有413万条天体光谱,其中高质量光谱327万,还包括一个220万颗恒星的光谱参数星表。

    与郭守敬时代不同,随着LAMOST这样的巡天望远镜的应用,如今用于天文学研究的数据非常富余。“LAMOST会给全球科学家提供一个完备的样本,供他们去研究发现。”中国科学技术大学教授褚耀泉说。

    中科院院士、LAMOST运行和发展中心总工程师崔向群指出,“第一期光谱巡天计划在5年时间里获得超过500万条高质量的光谱,海量的光谱数据将成为‘数字银河系’的重要基石,对于研究银河系的结构、运动、形成和演化具有不可替代的科学意义。”根据天文学界惯例,在经过一年半保护期后,这些由LAMOST光谱巡天获得的数据资料将会向世界公布。

    筛谷粒一样发现新星

    天文学家利用LAMOST完成的第一批数据集,取得了有影响力的成果,LAMOST运行和发展中心常务副主任赵永恒介绍说。

    赵永恒告诉科技日报记者,天文学家利用LAMOST在仙女星系和三角星系区域内新发现近2000颗类星体,这是目前在该天区发现的世界上数目最多的类星体样本。“这些类星体可用来探测仙女星系和三角星系及其周围子结构中星际介质的化学组成、分布和运动学信息。”

    此外,科研人员通过LAMOST发现了300多颗白矮星和28颗白矮-主序双星。白矮星的光度函数可确定恒星形成率和银河系的演化历史;从157颗天琴RR变星中探测到了3颗天琴RR变星存在超高声速激波现象。天琴RR变星对恒星结构与演化,银河系的形成和宇宙学的研究有重要意义;新发现了50颗贫金属恒星,为研究银河系形成和化学演化及早期宇宙中的恒星形成提供了观测限制。

    对LAMOST大样本光谱数据进行分析研究,发现银盘上方的恒星正在远离银河系中心运动,并伴随着沿盘向下运动的趋势;而位于银盘中间下方的恒星则进行着相反方向的运动,这表明银河系盘星的运动模式并非简单的圆周运动。

    美国合作者利用LAMOST数据发现了一颗超高速星。这是国际上已发现20颗超高速星中距离地球最近的。在赵永恒看来,研究超高速星能够帮助天文学家了解黑洞附近的情况,还能了解银河系暗物质晕的性质和暗物质的分布。

    LAMOST的科学目标集中于银河系结构和演化,星系和宇宙学,多波段目标证认三个方面,它对北天可观测的约14000平方度高银纬天区进行光谱巡天观测。

    同时,它将对数百万颗恒星进行光谱观测,用之于研究银河系晕的整体结构及亚结构、银河系的引力势与物质分布、从薄盘、厚盘到晕在反银心方向的结构特征、银河系球状星团来源及其与银河系结构的关系、银河系恒星金属丰度分布及贫金属星的搜寻等。LAMOST结合红外、射电、X射线、伽马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。
http://digitalpaper.stdaily.com/ ... t_302043.htm?div=-1
wsl20005 发表于 2016-2-25 19:09 | 显示全部楼层

    上海天文台利用LAMOST发现一个奇特恒星流http://www.bmrdp.cas.cn/gzky/kyjz/gdkt/201602/t20160225_4536701.html



        2016年02月25日 07:25:00  来源:上海天文台   

          近日,借助于我国大科学工程郭守敬望远镜(LAMOST)银河系恒星光谱巡天数据,中国科学院上海天文台博士后John Vickers和研究员Martin Smith领导的研究小组发现了一个前所未知的恒星流,他们表示该恒星流很可能是恒星星团被破坏后的残骸。该工作已于2016年1月发表在国际期刊《天体物理杂志快报》上。

          研究人员指出,被发现的奇特恒星流有可能诞生于同一时刻。
          John Vickers是该研究工作的第一作者,他说:“我们拖网似地搜索了LAMOST的数据,发现了一小群恒星的运动方向与同一区域其它恒星的运动方向相反。经过进一步的调查,我们发现这群特殊的恒星具有相同的化学组成,这很好地表明了它们可能属于一个群体。”这群奇特的恒星位于天龙座天区附近,距离太阳9400光年。
          另一个判定这群恒星是否关联的方法是研究它们的年龄是否相当。“星团中的恒星几乎诞生于同一时刻,因为一旦第一批恒星诞生后,它们产生的辐射压会将诞生气体的必需物——气体吹出去,同一区域想要继续诞生恒星就很难。”Vickers解释说。
          当恒星变老时,其颜色(可以推算出温度)和亮度会发生变化,主要取决于恒星的质量。不同质量的恒星以不同的速度经历成长,成长过程中温度—亮度变化的关系是不同的。因此,给定一个恒星年龄,就可以估算出恒星的温度和亮度,不论它的质量比太阳质量更大、相当或更小。“年龄相同的不同质量恒星在温度和亮度空间的分布,在天文上称作恒星等时线。我们发现的这群奇特恒星在温度—亮度空间内的分布接近等时线,表明这些恒星很可能年龄相似。”Vickers说。
          那么,这群恒星来源于哪里呢?
          “基本来说有两种可能的诞生地:星团和星系。星团形成于单次集中的恒星诞生,接着恒星会将附近的气体都吹走,不给下一代恒星的诞生留余地。而星系的质量足够大,保证气体不会全被吹跑,仍能为持续的恒星形成提供原料。”Smith说。
          “根据恒星流中的恒星数目,我们估计它们来源于一个相对小的群体,有可能是个矮星系或一个星团。”Vickers说。
          该研究发现的这些恒星金属丰度较高,表明它们并不是第一代恒星,它们诞生时所使用的气体已经被上代甚至更早代的恒星演化处理和丰富过。这里的“丰富”指恒星演化过程中通过核聚变形成了更多的金属(除氢和氦之外的元素),在恒星演化晚期以星风或超新星爆炸等方式释放到星际介质中,从而丰富了气体的元素组成。
          “如果恒星来源于一个具有持续恒星形成的矮星系,将期待着我们观测到的恒星金属丰度更低,或者数目更多。可实际上我们的观测结果与这一预测不符,这表明这些恒星很可能来源于一个星团,因为星团通常形成于星系内的气体云块,而星系内气体已被之前的恒星演化丰富过。”Smith说。
          银河系内的星团又分为两类:疏散星团和球状星团。“我们关注的这些恒星距离银河系盘面4000光年,且它们中的大部分彼此聚集在一起,说明了它们很可能属于一个球状星团。”Vickers博士说。



zhh894217 发表于 2016-7-26 18:03 | 显示全部楼层
巡天遥指,雄心未已



■本报见习记者 李晨阳

在河北省兴隆县燕山主峰——雾灵山郁郁葱葱的南麓,老远就能看到一组巨大的白色装置静静伫立。谁能想到,在几何形态的外壳里,藏着一双巡视太空的“明眸”——24块六角形平面子镜(Ma)和37块六角形球面子镜(Mb),构成两只巨大的“复眼”。

它的全称是“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”,英文简称为LAMOST。2010年,它被正式冠名为“郭守敬望远镜”,名字来源于发明过多种观测仪器的元代天文学家郭守敬。

建·也曾抱团取暖,一直雄心勃勃

上世纪90年代初,两位中科院院士——王绶琯和苏定强,提出了开展大规模光谱巡天的科学思想。他们所主张的“中星仪式主动反射施密特望远镜光学系统”方案,在世界上独一无二。

LAMOST的两大关键技术分别是主动光学和光纤定位。观测中,数十块镜面的形状能随时修正、精确协调;同时,多达4000根光纤在焦面上快速定位。而在当时,国际上最先进的望远镜只有400根光纤,配备640根光纤的美国斯隆巡天望远镜还没有竣工。

像所有新生事物一样,雄心勃勃的LAMOST在一片质疑声中起航了。1996年,LAMOST被列为国家“九五”重大基础科学研究项目。后来成为中科院院士的崔向群,接下了“敢死队长”的重任,带领团队投入到核心技术攻关中。

同年,32岁的中科院国家天文台研究员赵永恒进入项目组工程指挥部,成为当时最年轻的成员。回顾LAMOST建设早期的情形,他告诉《中国科学报》记者:“每一个大科学项目,都会经历一段困难时期。对LAMOST而言,主要是1998~2002年的实验探索期。”

在南京天文光学技术研究所,研究者先建造了只有一块Ma子镜和一块Mb子镜的“小LAMOST”。其涵盖了主要关键技术和有关项目望远镜部分的许多工程技术内容。经过一次次探索,到2002年年底,闭环控制的主动光学技术终于实现。“这时候,大家心里才觉得有把握了。”赵永恒说。

此外,4000根光纤的定位、数十块镜面的拼接……背后都是研究人员不懈的钻研和鏖战。终于,历经11年的艰难求索,2008年10月,LAMOST全面落成。

在那段攻坚克难的“黑暗时期”,团队成员一起“抱团取暖”,解决了一个个棘手的难题。从资深的院士专家到年轻的科技工作者,再到工人和技术人员,大家都是同一个战壕里的战友。

赵永恒忘不了,2007年,LAMOST建设的关键时段,他们第一次在兴隆过春节。山里不能放鞭炮,好在食堂里有饺子,门楹上有春联。之后的多年间,由于LAMOST不能中断观测,在山上过年成了这个团队的常态。“现在大家连对联都不贴了,因为觉得跟平时没什么不同。”赵永恒笑着说。

用·治“大数据”如烹小鲜

与LAMOST相隔一条马路,是兴隆观测中心的大楼。楼上有一间观测室,正前方是8块紧密排列的大屏幕。

大屏幕上显示的光谱图像,乍看去像一排琥珀色的竹简。一条条细细的光带整齐致密,点缀着发射线造成的白色光点。观测与运行部主任施建荣告诉记者,每一条带都是一根光纤传回的天体数据,“天文学家才能读懂其中的信息”。

几位LAMOST团队的成员说,他们最大的成就感就是拿到很多很多的数据,并利用其在全世界科学研究的浩瀚星河中带来一些变化。

从2011年启动巡天开始到2015年年底,LAMOST已经发布了455万恒星光谱数据。这是美国斯隆巡天项目的4倍,是澳大利亚RAVE项目的8倍,在数量上已是世界第一。

有研究者这么形容,获取数据只能算是把菜买回来了,接下来要像厨师那样“烹饪数据”。最早的巡天数据回来后,其复杂程度令早期版本的软件无法适应。为此,数据处理部的成员天天加班加点,周末不休,才有了现在可堪重用的软件系统。

凭借LAMOST太空普查、海量数据的特点,科学家有了源源不断的新发现,包括新的富锂巨星、高速星、极端贫金属星等有重要研究价值的特殊天体;构建了迄今最大的恒星光谱样本;在恒星演化、银河系演化和暗物质分布方面,取得大样本研究重要成果……

2014~2015年的观测季,利用LAMOST数据发表的SCI论文及论文引用数,有了大幅增加,分别增长了100%和140%。

一位运用LAMOST数据进行研究的中国学者笑称,现在,他的论文好像比以前更难发了:“过去,我们总是用国外的数据发文章。现在,我们用自己的数据研究第一手的问题,有时还会推翻国际上已有的结论。国外审稿人都不习惯了!”

从LAMOST获益的,不只是中国学者。今年年初,丹麦和比利时科学家在《自然—通讯》杂志上发表了一篇论文,通过对5648颗类太阳恒星的观测,指出了太阳可能产生的超级耀发。成果一出,便受到全世界广泛关注。

赵永恒说:“我们建立了不少中美、中欧等合作项目,希望LAMOST数据的公开释放能促进国内外天文学家的合作研究。”

变·从未停下改进的步伐

几年来,LAMOST的仪器性能、观测效率、光谱质量等,都在不断提高。

在2012年前的先导巡天阶段,LAMOST获得光谱的达标率只有48%。在技术维护与发展部门的努力下,望远镜的性能得到有效改善。与此同时,观测运行部的人员也用心统筹规划,摸索出一套观测技巧。到2015年,也就是常规巡天第三年时,观测成功率已经达到70%以上,效果非常理想。

即便是那些观测失败后被扔进“垃圾堆”的数据,研究人员也没有放弃。在数据部主任罗阿理及成员的共同努力下,通过建模、模拟、验证等过程,抢救那些之前可能丢弃的数据。

这项工作很难,但成果令人欣喜。相对于今年7月13日国际发布的DR2数据集的400多万数据,研究人员采用最新版本,增加了好几万条“死而复生”的数据。

现在,LAMOST每年获取的数据量都会增加150万条左右。而高精度的仪器设备也并未随岁月表现出明显的老化。

然而,昂首前行的LAMOST也并非没有隐忧。与上世纪90年代相比,今天的兴隆,天文观测条件逐渐变差。经济发展带来的光污染、雾霾下逐渐降低的透过率,全球气候变化导致的空气湿度增加……一系列变迁让原本犀利的“眼睛”,很难看到更远、更暗的星体。

目前,科学家正在探讨LAMOST二期工程。他们希望,能在条件更好的天文观测地修建一个升级改造的LAMOST望远镜,将光纤数量提高到史无前例的1万条。

20年过去了,LAMOST依然雄心勃勃。它对无尽长空的巡天之旅,只是刚刚开始。

记者手记

“无用”之用

全世界的大科学装置,都面临一个反复被提起的问题。那就是,花这么多钱,建这么多装置,对国民经济有用吗?有人甚至说,造大科学装置,还不如建希望小学。

不可否认的是,绝大多数大科学装置,甚至包括很多基础研究,都无法产生直接的经济效益。但这些看似“无用”的研究,从长远来看,变革了人们对世界的认知,推动了人类文明的进步甚至飞跃,塑造了社会面貌和历史格局。

天文学研究带来的科技革命,影响了后来的牛顿、爱因斯坦等科学家;普通人难以理解的量子力学,以晶体管、密码、互联网等形式被广泛应用;为探测外星生命建立的遥感科学理论,让CCD数码照相机成为可能……不断追求观测极致的LAMOST,也倒逼出了一个个理念创新、技术突破乃至制造水平的进步。

古人云:“无用之用,是为大用。”新生事物的价值,往往无法用固有的眼光去审视。因此,朝向未知领域的科学探索,也不能用阶段性的投入产出比去评判。

在推崇成果转化和号召科技服务国民经济主战场的当下,仍有一些科研工作应留在象牙塔、在山巅、在高原、在深海……谁能说一朝走出深闺,不会艳惊天下呢?
《中国科学报》 (2016-07-26 第1版 要闻)
http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2016/7/314406.shtm
hkhtg090201 发表于 2016-7-26 21:14 | 显示全部楼层
wsl20005 发表于 2016-9-2 17:53 | 显示全部楼层

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ssizz 发表于 2018-1-20 19:52 | 显示全部楼层
 http://www.chinanews.com/gn/2018/01-20/8429202.shtml
中新社北京1月20日电 (记者 张素)中国科学家近日获得两项有关“热”的研究成果。一项“上天”,中国科学院国家天文台郭守敬望远镜(LAMOST)观测数据找到热海星;一项“入海”,中国科学院大气物理所宣布“2017年是有现代海洋观测记录以来海洋最热一年”。

    记者20日采访国家天文台获悉,北京大学科维理天文与天体物理研究所研究员东苏勃等天文学家,利用LAMOST发现一类新的太阳系外行星族群。
  人们已从上千个系外行星中找到一类特殊的存在,即热木星。它们的大小与太阳系中的木星相当,但表面温度极高,与宿主恒星的距离仅是木星距离太阳的五十分之一左右。
  天文学家说,通常每100颗恒星周围才有1颗热木星,并且它们附近难以发现其他行星,因此有关其形成和起源仍是一个谜。于是他们另辟蹊径,设法找到与热木星具有类似关键特征的其他行星族群。
  美国国家航空航天局发射的“开普勒太空望远镜”已探测到数千颗系外行星。如今,中国制造的全球光谱获取能力最高望远镜LAMOST“接棒”,对这些系外行星进行准确分类和系统研究。
  东苏勃及其研究团队利用LAMOST数据,研究了不同金属丰度情况下行星的轨道周期和行星半径分布,找到热木星的“表亲”,并将其命名为热海星。这是因为它们的平均大小与太阳系中的海王星类似。
  中国科学家认为,通过对含热海星的恒星系统进行高精度视向速度观测,可测量热海星的质量,研究其构成,或将找到热木星及其他短周期行星起源的线索。
  在海洋“热”研究方面,中国科学家分析观测数据发现,2017年全球海洋上层2000米(从海面到2000米深度)的热含量比历史第二高的年份2015年高出15万亿亿焦耳,这个数字相当于2016年中国发电量的699倍。
  “全球海洋热含量变化是气候变化的一个稳健的指针。”中国科学院大气物理所副研究员成里京说,海水累积了全球变暖的主要信号。
  专家提醒,大西洋和南大洋是海洋变暖最为迅速的海区。海洋变暖将持续对脆弱的海洋生态系统造成冲击,还将进一步推动海平面上升,乃至改变洋流系统。
bestman2010 发表于 2018-1-26 17:59 | 显示全部楼层
LAMOST这个全球第一的项目真不咋的。。。或许理论设计很理想,但仪器精度、灵敏度等远没有达到能检测最佳数据的那个状态拐点!
bxdfhbh 发表于 2018-3-5 10:55 | 显示全部楼层
bestman2010 发表于 2018-1-26 17:59
LAMOST这个全球第一的项目真不咋的。。。或许理论设计很理想,但仪器精度、灵敏度等远没有达到能检测最佳数 ...

LAMOST设计时的参数那叫一个惊艳啊,吊打美国的斯隆巡天SDSS。斯隆巡天可以不用搞了。
结果现在呢,搞成这个样子。
维修了N年都维修不好之后,终于把责任一股脑推卸给了光污染。
其实LAMOST建成后并没有光污染,是维修了N年之后才出现的光污染。但毕竟没人敢得罪院士,没人敢提这茬。

现在这两个院士又要祸害中国下一代光学望远镜了。
可以预见下一代望远镜还是一个新的LAMOST。
当然说他们祸害也不恰当,毕竟经费是他们申请来的。
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