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郭守敬望远镜(LAMOST)

时间:2017-08-21 09:34:31  作者:中国天文快讯  来源:中国天文快讯

郭守敬望远镜(LAMOST),基本情况郭守敬望远镜(LAMOST,大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜)是一架新类型的大视场兼备大口径望远镜,即“王-苏反射施密特望远镜”。它是由反射施密特改正板MA(

基本情况

郭守敬望远镜(LAMOST,大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜)是一架新类型的大视场兼备大口径望远镜,即-苏反射施密特望远镜。它是由反射施密特改正板MA(大小为5.72×4.40米,24块对角线长1.1米,厚度为25毫米的六角形平面子镜组成)、球面主镜MB(大小为6.67×6.05米,37块对角线长为1.1米,厚度为75毫米的六角形球面子镜组成)和焦面构成。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。LAMOST应用薄镜面主动光学加拼接镜面主动光学技术,在曝光1.5小时内可以观测到暗达20.5等的天体,使其成为大口径兼大视场光学望远镜的世界之最。同时,采用并行可控的光纤定位技术,在5度视场,直径为1.75米的焦面上放置4000根光纤,同时获得4000个天体的光谱,使其成为世界上光谱获取率最高的望远镜。LAMOST安放在中国科学院国家天文台兴隆观测站,该站地处燕山主峰南麓,位于河北省兴隆县连营寨(东经7小时50分,北纬4023分),海拔960米。LAMOST在大规模光学光谱观测和大视场天文学研究方面,居于国际领先的地位。

仪器主要性能指标:

MA尺寸:5.72×4.4

MB尺寸:6.67×6.05

有效通光口径:4

视场角直径:5

焦面线直径:1.75

焦距:20

光纤数:4000

光谱覆盖范围:370-900纳米

光谱分辨率:1/0.25纳米

观测天区:赤纬-10°+90°

作为国家重大科学工程,LAMOST20019月开工,200810月落成,20094月通过了中国科学院组织的工艺鉴定和建安、财务、设备、档案四个专业组的验收,并于200964日圆满通过了国家发展和改革委员会主持的国家验收。LAMOST的建成,突破了天文望远镜大视场与大口径难以兼得难题,成为目前国际上口径最大的大视场望远镜,是我国光学望远镜研制的又一里程碑,显著提高了我国在大视场多目标光纤光谱观测设备领域的自主创新能力。

2010417日,LAMOST被冠名为郭守敬望远镜,中共中央政治局委员、国务委员刘延东出席了冠名仪式,并为郭守敬望远镜揭牌。为推动LAMOST竣工后的工程调试与科学试观测工作的顺利开展,2010531日,国家天文台成立了LAMOST运行和发展中心,下设观测运行部、技术维护与发展部、巡天与数据部和办公室。20115月,LAMOST光纤定位取得了突破性进展,总体精度优于0.45角秒,其中90%的光纤定位精度在1角秒之内,基本达到了光谱巡天观测的要求。6-9月,LAMOST光谱仪完成了定宽狭缝和CCD支架的安装调试,并对效率较低的光学元件重新镀膜。LAMOST整体效率有了明显提高,在硬件上已经具备开展先导巡天的能力。20111023日,LAMOST正式启动先导巡天,并于2012624日结束。20129月,LAMOST正式进入科学巡天阶段,并于2013615日圆满完成了LAMOST第一年的正式巡天的观测任务,包括先导巡天和正式巡天第一年的光谱数据_LAMOST DR1数据集已于20138月底对国内用户和国外合作者正式发布。20139月,LAMOST正式巡天第二年观测已经启动,201465日完成第二年观测任务。20159月再次启动第三年的正式巡天任务。

科学意义

宇宙是如何形成和演化的?宇宙中数百亿个星系是如何分布和演化的?银河系——我们自己的星系——包含有一千亿颗恒星,他又是如何形成和演化的?在整个人类文明发展史中,这些基本而又深奥的问题始终激励着人们对自然界进行不断的探索。 天体在光学波段的光谱包含丰富的物理信息。星系的光谱可以给出他们的距离、构成、分布和运动信息。恒星的光谱可以确定它们的分布和运动、光度、温度、化学组成等物理状态。从大量天体的光谱观测中还会发现其一的天体和天文现象,将导致人类对宇宙天体的新认识。 近年来,国际上大样本光谱巡天方面取得了长足的进展,特别是英澳天文台的2dF和美国的SDSS计划的成功实施,获得了空前丰富的星系和恒星光谱资料,推动了天文学各个分支的蓬勃发展。 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在口径、视场和光纤数目三者结合上超过了国际上目前已经完成或正在进行中的大视场多天体光谱巡天计划,其科学目标集中在河外星系的观测,银河系结构和演化,以及多波段目标证人三个方面。它对近千万个星系、类星体等河外天体的光谱观测,将在宇宙学模型、宇宙大尺度结构、星系形成和演化等研究上作出重大贡献。对大量恒星的光谱巡天将在银河系结构与演化及横行物理的研究上作出重大贡献。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。

中心领导

为了推动国家重大科学工程LAMOST竣工后的工程调试与科学观测的顺利开展,2010531日,中国科学院国家天文台成立了LAMOST运行和发展中心(现已更名为郭守敬望远镜(LAMOST)运行和发展中心),下设观测运行部、技术维护与发展部、科学巡天部与数据处理部和办公室。中心设置主任、常务副主任、总工程师和副主任职位,具体安排如下:
中心主任:赵刚
中心常务副主任:赵永恒
中心总工程师:崔向群
中心副主任:褚耀泉、李国平

组织框架

郭守敬望远镜(LAMOST)运行和发展中心下设观测运行部、科学巡天部与数据处理部、技术维护与发展部和中心办公室。 各部门职能如下:

观测运行部:负责LAMOST在兴隆站的观测运行工作。 主任:施建荣 施建荣 男,国家天文台研究员、博士生导师。研究领域:恒星元素丰度的确定,特别是晚型恒星大气中元素的非局部热动平衡效应的研究,银河系的化学演化,实验室天体物理 

技术维护与发展部:负责LAMOST在兴隆站的设备维护,对LAMOST的软件、硬件系统提供技术支持,包括修理、更换和更新等工作,进行相关的技术发展工作。主任:张勇    张勇 男, 南京天文光学技术研究所研究员 硕士生导师。研究领域:天体物理、光学工程 

科学巡天部:根据审定的巡天计划,编制输入星表,并制定观测计划和确定观测目标; 主任:王钢 王钢 研究员,博士生导师,LAMOST焦面仪器负责人,负责光纤定位,光纤、探测器、导星定位等部分的工作。常务副主任:张昊彤  

数据处理部LAMOST观测数据进行处理和分析;对LAMOST的海量数据进行存储、管理和发布;支持相关科学用户的研究,确定定标方法。主任:罗阿理 罗阿理 男 国家天文台研究员,博士生导师。研究领域:天文数据的处理与分析。主要从事大样本光谱数据的测量与统计分析工作,包括海量光谱的自动分类和识别、星系和类星体的红移测量、恒星大气的物理参数测量、海量光谱的数据挖掘和稀有天体搜寻等。其它研究领域还包括望远镜的自动观测、天文软件的开发和计算机与网络系统集成等。  

办公室:负责中心日常行政事务,包括质量认证、合同档案、财务管理、对外联络、国际合作、各类报表、文件收发、会议会务、通讯后勤、考勤等工作。主任:王丹

系统构成

LAMOST工程建设及项目运作初期,为了更好更快、保质保量的完成工程建设任务,为了方便对工程建设及项目初期运作进行系统化管理,LAMOST项目共划分为8个子系统,分别为:光学系统、主动光学和支撑系统、机架和跟踪装置系统、望远镜控制系统、焦面仪器系统、圆顶机构系统、观测控制和数据处理系统、输入星表和巡天战略系统。

项目验收之后,为了推动国家重大科学工程LAMOST竣工后的工程调试与科学观测的顺利开展,2010531日,中国科学院国家天文台成立了LAMOST运行和发展中心(现已更名为郭守敬望远镜(LAMOST)运行和发展中心),下设观测运行部、技术维护与发展部、巡天与数据部和办公室。

工程建设及项目运作初期的主要子系统介绍

光学系统——LAMOST是一架准中星仪式反射施密特望远镜,光学系统由在南端的球面主镜MB 、在北端的反射施密特改正镜MA构成,焦面在中间。两镜分别由37块和24块子镜拼接而成。天体的光经MA反射到MB,再经MB反射后成像在焦面上。其主镜MB口径6.67x 6.05米、反射改正镜MA口径5.72x 4.40米、等效通光直径3.6-4.9米(不同的天区和跟踪位置)、视场和20米焦距。望远镜光轴与地平呈25°角,南高北低,以适应台址纬度,扩大观测天区。观测天区范围覆盖纬度从-10°+90°。位于北端的反射施密特改正镜MA和位于南端的球面主镜MB都是拼接镜面,分别由24块和块37子镜拼接而成。

主动光学系统——LAMOST创新地发明了中星仪式主动反射施密特光学系统,用主动光学技术实时得到一个在观测过程中用传统方法不能得到的变化非球面面形的施密特改正镜MA(如图所示)。为了降低造价,LAMOST的反射施密特改正镜MA和球面主镜MB均采用了分别用24块和37块六角形子镜拼接的镜面。

LAMOST的主动光学系统不仅能够实时校正光学系统的球差,同时还能校正结构的重力变形、热变形、制造和安装误差。主动光学技术是LAMOST项目最有挑战性和最核心的关键技术。

其创新和技术难点是:a)在一块镜面上(MA)同时应用薄变形镜面和拼接镜面的主动光学技术;b)在一个光学系统中同时应用两块大口径拼接镜面;c)非圆形可变形子镜;d)在形状变化的入瞳上波前检测。

机架和跟踪系统——LAMOST 是一架准中星仪式的望远镜,由于它的球面主镜MB是固定的,对天体的指向跟踪运动完全由MA 担任。 MA采用地平式机架,其指向和跟踪由方位和高度两个方向旋转实现。观测主要在子午面附近进行。整个跟踪运动过程较缓慢且运动速度变化较少。采用静压轴承,方位用摩擦驱动,高度用粗、细两套驱动系统并用带状码盘测角。相应地焦面也要旋转,需有像场旋转补偿机构。另外还有调焦机构和焦面板的倾斜机构等。

望远镜控制系统——望远镜控制系统包括超低速、高精度的跟踪指向控制(其中有MA的高度角和方位角驱动,以及焦面板的像场旋转),上千个力促动器实时控制(要求响应快,精度高),实时准确的故障诊断和实时的环境监测和报警等。本控制系统的设计采用当代控制理论和技术,具有分布性、实时性、可靠性和扩展性。主要有如下三个子系统组成:(1)指向跟踪控制子系统,包括MA个高度和方位驱动、焦面板的像场旋转以及依据道行进行校正等;(2)薄镜面主动光学控制和拼接镜面主动光学控制系统,以控制数以千计的力促动器和位移促动器;(3)实时环境监测和故障诊断子系统,包括圆顶控制、观测室温度监控、风屏通风窗控制、雨露监控、安警和远程监控等。

焦面仪器系统——通过望远镜收集来自天体的微弱辐射并成像在焦面上,焦面上的光纤将天体的光分别传输到光谱仪的狭缝上,通过光谱仪分光后由CCD探测器同时获得大量天体的光谱。焦面仪器是LAMOST直接获取天体光谱信息的部分,包括:4000个光纤定位装置、4000根光纤、16台光谱仪和32台探测器等主要部分。

观测控制和数据处理系统——LAMOST每夜将观测上万个天体的光谱,数据量达到数京字节;而整个的计划是观测上千万条光谱。LAMOST是一个全自动地进行观测运行和数据处理的系统,以最有效地获得观测数据和取得最大的科学成果。为此目的,LAMOST设计了一套完整的自动化观测和数据处理与存储的软件系统,其中主要包括巡天战略系统(SSS)、观测控制系统(OCS)、数据处理、分析和存储系统(DPS)

 如需了解更多请访问http://www.lamost.org/public/

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