由中國自主研制并建造的LAMOST，以其大視場、大口徑以及多目標(biāo)光譜的探測能力，在跟隨地球自轉(zhuǎn)和隨太陽公轉(zhuǎn)的過程中，可以對整個宇宙進(jìn)行全方位的掃描探測。
　　
　　2008年，中國國家重大基礎(chǔ)科學(xué)工程項目——由中科院國家天文臺承擔(dān)的LAMOST(大天區(qū)面積多目標(biāo)光譜天文望遠(yuǎn)鏡)在國家天文臺興隆觀察基地誕生。2008年末，LAMOST的落成被評為“2008年度十大科技進(jìn)展新聞”之一；2009年2月初，LAMOST再次被評為“2008年度十大基礎(chǔ)研究新聞”之一。
　　在人類文明史上關(guān)于星空的故事，可以講上一籮筐。比如古希臘哲學(xué)家泰勒斯，一味地抬頭專注天空星辰的觀察，結(jié)果不小心掉進(jìn)水坑里，仆人笑話他只專注天空而忘了腳下的路，他自己也一笑置之。來年，他利用觀察天空的知識推測出橄欖枝必得豐收，結(jié)果賺了一大筆錢，成為哲學(xué)史上的千古佳話。18世紀(jì)偉大的哲學(xué)家康德曾經(jīng)這樣說過，“世界上有兩件東西最能夠深深地震撼人們的心靈，一件是我們心中崇高的道德律，另一件是我們頭頂上燦爛的星空?！鄙衩氐男强照賳局祟悷o限的好奇和探索的熱情，正是在這召喚之下，人類的文明得以傳承和發(fā)展。
　　
　　望遠(yuǎn)鏡與天文學(xué)
　　
　　17世紀(jì)初，伽利略利用荷蘭商人發(fā)現(xiàn)的透鏡原理，發(fā)明了第一架望遠(yuǎn)鏡。當(dāng)他把這個望遠(yuǎn)鏡投向月球的時候，第一次看到了以往人們認(rèn)為完美無缺的月球“以上”的天空其實是有瑕疵的：月亮有斑斑點點的東西——環(huán)形山、木星有4個衛(wèi)星、太陽有太陽黑子。這些驚人的發(fā)現(xiàn)打破了中世紀(jì)以前人們對天空的認(rèn)識，即亞里士多德的宇宙體系——亞里士多德認(rèn)為月球以上的天空，是由完美的物質(zhì)組成的不朽的“水晶體”天球，在當(dāng)時人們用肉眼能觀察到的五大行星鑲嵌在相應(yīng)的水晶體天球上，天界(月上區(qū))和地界(月下區(qū))的區(qū)別由此形成。伽利略利用自制的望遠(yuǎn)鏡，否定了亞里士多德關(guān)于天空和宇宙的認(rèn)識，導(dǎo)致一場科學(xué)史上的“革命”，開普勒、牛頓等人的天文學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)也應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)然，那時候的科學(xué)先驅(qū)，觀察天空的最重要的動力，除了人類最原始的求知欲和好奇心，就是能帶來額外收入并且充滿神秘氣息的“占星術(shù)”，這個以天空星體的運(yùn)轉(zhuǎn)來預(yù)測人間大事和人生命運(yùn)的行業(yè)，為許多天文學(xué)家解決了衣食之憂，也讓諸如牛頓這樣近代科學(xué)的開源者神馳忘返。而天文學(xué)以及“占星術(shù)”的發(fā)展，不得不歸功于新的觀測工具的使用，即天文望遠(yuǎn)鏡。天文望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明和使用，打開了人類寬廣宏大的視野，為人類探索宇宙提供了無限的資源。
　　伽利略發(fā)明的第一架望遠(yuǎn)鏡，只有3倍的放大率，即只能把遠(yuǎn)處的物體放大3倍，第二架和第三架分別能放大8倍和20倍。1609年，伽利略制造出了可以放大30倍的望遠(yuǎn)鏡，正是利用這個望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)了天空，他才發(fā)現(xiàn)了以前人們用肉眼看不到的驚人的秘密。伽利略使用的是折射式望遠(yuǎn)鏡，也就是說光線必須透過透鏡成像，這種望遠(yuǎn)鏡受到透鏡鏡片的諸多限制，會產(chǎn)生色像差，對宇宙天體的成像質(zhì)量會產(chǎn)生難以消除的影響。牛頓在望遠(yuǎn)鏡的研制方面起到了重大的作用，他改進(jìn)了原來慣用的折射式望遠(yuǎn)鏡的不足，于1668年發(fā)明了第一臺反射式望遠(yuǎn)鏡，這架望遠(yuǎn)鏡雖然只有2.5cm的口徑，卻可以清晰地看到木星的衛(wèi)星、金星的盈虧。反射7pgS9jRFWFV4B/OuN1JwDg==式望遠(yuǎn)鏡原理的提出，為后來折反射式望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明提供了有力的支持。折反射式望遠(yuǎn)鏡也叫施密特望遠(yuǎn)鏡，由20世紀(jì)30年代德國光學(xué)家施密特發(fā)明，它結(jié)合了折射和反射原理的優(yōu)點，因此目前世界上的大型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡，都采用了施密特設(shè)計的原理。我國自發(fā)研制的LAMOST也叫反射施密特望遠(yuǎn)鏡，所以也屬于是施密特望遠(yuǎn)鏡范疇。
　　時至今日，人們對宇宙的認(rèn)識已經(jīng)達(dá)到了亙古未有的水平。雖然某些像研究星座這樣有關(guān)天上人間相互對應(yīng)和聯(lián)系的神秘學(xué)說，始終沒有終結(jié)過，但是科學(xué)界乃至普通民眾，對天空和宇宙的結(jié)構(gòu)與形成，都有接近常識的觀念?，F(xiàn)代天文學(xué)以其大量的觀測數(shù)據(jù)和合乎數(shù)據(jù)的理論模型推測出，宇宙起源于一場大爆炸。比如斯蒂芬·霍金等20世紀(jì)最杰出的科學(xué)家，對宇宙大爆炸的過程進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述；而諸如紅移現(xiàn)象、哈勃定律、宇宙背景輻射等天文學(xué)領(lǐng)域確鑿的事實，為宇宙大爆炸理論提供了有力的支持。因此，越來越多的人相信，我們生存的宇宙確實起源于一場大爆炸。在關(guān)于宇宙起源的探索中，望遠(yuǎn)鏡給科學(xué)家提供了大量的數(shù)據(jù)和無限的資源，可以說，天文學(xué)的發(fā)展依賴于望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的發(fā)展，而宇宙大爆炸理論為望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)觀察和處理提供了理論依據(jù)。
　　目前坐落在地球之上的大型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡主要有：美國夏威夷的凱克望遠(yuǎn)鏡(Keckl、Ke&2)，這是一對口徑達(dá)10m、設(shè)置在一起、完全相同的望遠(yuǎn)鏡，目的是為了作干涉試驗；歐洲南方天文臺在智利建造的巨型望遠(yuǎn)鏡(VLT)，這是由4臺排列在一條線上口徑分別是8m的望遠(yuǎn)鏡，它們組合在一起形成了一臺等效口徑達(dá)16m的大型望遠(yuǎn)鏡，以美國為首建造的分別位于北半球的夏威夷和南半球的智利的雙子望遠(yuǎn)鏡(GEMINI)，分別由兩個8m的望遠(yuǎn)鏡組成，可以進(jìn)行全天系統(tǒng)的觀察。這幾臺大型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡都是在20世紀(jì)末建成并投入使用的。而我國于1993年提出，并于2001年正式施工的重大天文項目LAMOST天文望遠(yuǎn)鏡，也可謂緊跟世界步伐，備受世界關(guān)注。
　　
　　LAMOST工作環(huán)境和歷史延承
　　
　　1957年，從法國留學(xué)歸來的天文學(xué)家程茂蘭先生踏遍北京附近的燕山山脈，就是為了尋找新中國第一個理想的天文觀測基地。幾經(jīng)坎坷，總算定址在了距河北興隆縣城10公里左右的連營寨。興隆縣地處燕山深處，遠(yuǎn)離塵埃、偏僻而安靜、四季天空如洗，正是適合天文觀測的地方。從選址到基建，再經(jīng)幾代天文工作者的努力，興隆觀測基地不斷發(fā)展壯大，目前擁有50cm以上口徑的天文望遠(yuǎn)鏡9臺，其中包括我國最大、世界領(lǐng)先的大型望遠(yuǎn)鏡LAMOST。
　　20世紀(jì)末是國際天文史上興建大型天文望遠(yuǎn)鏡數(shù)量最多的時期，我國天文學(xué)界深感國內(nèi)天文望遠(yuǎn)鏡的水平之不足，以中科院院士王綬瑁、蘇定強(qiáng)為首的研究集體提出了LAMOST研究項目，建議我國自主建造具有國際領(lǐng)先水平的大型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡。這個提議最終在2001年獲得國家計劃委員會批準(zhǔn)開工興建。歷時7年，終于在2008年10月落成，而這一年也是興隆觀測站建站40周年。
　　在中科院國家天文臺翟萌博士的陪同下，記者搭乘臺里的班車由北京出發(fā)趕赴興隆觀測基地。出了北京之后向東北方向沿著前行，約莫2個多小時到達(dá)興隆縣城，再向前行駛5公里左右，抵達(dá)興隆觀測基地的山腳下。在山下就可以看到銀白色的巨型建筑——一個半球形封頂?shù)膱A柱體和一個斜著支撐在兩個圓白柱子上蟬翼般長筒，長筒南北方向坐落，斜指蒼穹。整個建筑采用流線型設(shè)計，美麗而壯觀，這便是和觀測站里其它小型望遠(yuǎn)鏡造型均異的LAMOST大型天文望遠(yuǎn)鏡。翟萌告訴記者，由于白天會受到太陽光的影響，天文觀測一般都在天氣晴朗的夜晚進(jìn)行(射電望遠(yuǎn)鏡觀測除外)，因此白天看到的望遠(yuǎn)鏡完全處于封閉的狀態(tài)，在觀測的夜晚，半球形圓頂就會打開，長筒的低端也會打開，因此處于工作狀態(tài)的LAMOST望遠(yuǎn)鏡在白天是看不到的。
　　隨車上得山來，感覺山頂空氣清新、風(fēng)景秀麗，現(xiàn)代化的觀測基地矗立在和諧、靜謐的環(huán)境之中。據(jù)說，天文望遠(yuǎn)鏡最忌諱塵埃和多余的光線，因為塵埃落在鏡面上會影響成像效果，并且磨損鏡面；而地球上的城市燈光污染會湮沒來自宇宙遠(yuǎn)處的光線，觀測完全不能進(jìn)行。所以，基地不燒鍋爐，全部用電能取暖、照明、做飯；每到觀測的夜晚，四周漆黑一片，只有燦爛的星空呈現(xiàn)在宇宙“巨眼”之前，一次對蒼穹的解讀開始了……
　　
　　LAMOST如何工作?
　　
　　人們之所以能看到物體，是因為攜帶物體信息的光線進(jìn)入人的眼睛并在視網(wǎng)膜上成像。如果人的眼睛出了問題，比如近視眼或者遠(yuǎn)視眼，只要配戴上合適的眼睛，仍可以清晰地看到我們周圍的物體。然而，人眼睛的視力范圍是有限的，我們不能直接看得太過切近細(xì)小(比如細(xì)菌、細(xì)胞)，也不能直接看得太過遙遠(yuǎn)宏大(比如銀河系外的星系、月亮上的環(huán)形山)。為了解決這些問題，人類發(fā)明了顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡，它們與近視眼鏡和遠(yuǎn)視眼鏡對改善人類眼睛的視力方面，作用是類似的。
　　當(dāng)攜帶有宇宙深處天體信息的光線傳到地球上的時候，已經(jīng)是十分微弱的了。這些光線正如生物體的“DNA'’，它們可以標(biāo)識出天體的組成成分、天體離我們的距離等等，我們?nèi)羰悄芙邮盏剿鼈儾⑶疫M(jìn)行物理光譜分析，就可以解讀遙遠(yuǎn)天體的基本情況。
　　LAMOST的半球形圓頂內(nèi)，設(shè)置有稱為反射施密特改正鏡(也叫Ma)，它由24塊正六邊形的鏡片拼接而成，有效通光口徑達(dá)3.6～4.9m。其作用是：接收來自宇宙深處的天體光譜光線，然后經(jīng)過自身的形變和反射，即篩選處理(所謂“改正”鏡便是此意)，將調(diào)整后的光線反射到球面主鏡(也叫MB)上。
　　球面主鏡是整體建筑的另外一個重要部分，它設(shè)置在長筒之中，由37塊正六邊形鏡片拼接而成。其作用是：將來自改正鏡的光線進(jìn)行聚焦，并投射在成像焦面上。如果把焦面比作一張電影屏幕的話，那么望遠(yuǎn)鏡所觀測到的宇宙深處的局部就可以在屏幕上清晰地成像。然而，在LAMOST的焦面之，上，卻不是簡單的一張屏幕或膠片，而是密密麻麻分布著的光纖探頭。
　　分布在直徑達(dá)1.75m的圓盤上的焦面光纖探頭，像馬蜂窩上勞碌的工蜂，唯一的區(qū)別就是缺少嗡嗡嚶嚶的噪聲。這些探頭達(dá)4000個之多，每一個都是可以活動的(小型電機(jī)驅(qū)動)，并且在觀測時隨著目標(biāo)的轉(zhuǎn)變而隨時調(diào)整方向，每一個探頭對應(yīng)的是一個天體，即是說，望遠(yuǎn)鏡看到的每個天體都由一個光纖探頭來對應(yīng)成像，記錄其“DNA”信息。
　　光纖探頭所連接的終端是觀測控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，配有16臺光譜儀和32臺CCD相機(jī)，負(fù)責(zé)光譜記錄和分析，用于科學(xué)研究的光譜分析數(shù)據(jù)圖表由此得到。至此，作為一臺大型光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的LAMOST基本工作原理也就介紹完畢了。
　　這臺完全由我國自主研制的天文望遠(yuǎn)鏡，具備許多領(lǐng)先世界水平的技術(shù)和特點。
　　其一，鏡面拼接技術(shù)。在制造望遠(yuǎn)鏡的過程中，對鏡片的要求是最高的。鏡片越大，相應(yīng)口徑也就越大，這樣看到的天區(qū)光信息越多，也就是說功能越強(qiáng)大；但是鏡片越大，研磨起來越困難，對技術(shù)的要求越高，即是說大鏡片意味著高成本和高技術(shù)。如果使用拼接鏡片，造價低，但是技術(shù)的要求會更高。LAMOST工程總工藝師李國平研究員說，“由于我們在投資初期受到資金的限制，所以在設(shè)計的過程中，兩個主要鏡面都使用了拼接技術(shù)，這在目前為止大型天文望遠(yuǎn)鏡設(shè)計史上是沒有前例的，誰也沒有想到，缺錢卻促發(fā)了我們技術(shù)的創(chuàng)新，壞事最終變成了好事?！崩顕窖芯繂T帶領(lǐng)記者參觀了兩個巨大的拼接鏡面，每個正六邊形的鏡片單元后面都有相應(yīng)的加力操縱系統(tǒng)，可以隨時進(jìn)行微調(diào)，達(dá)到整體協(xié)調(diào)一致的效果。
　　其二，鏡面支撐系統(tǒng)的桁架結(jié)構(gòu)。雖然在天文觀測的過程中，球面主鏡是固定不變的，變化的僅僅是每個鏡片單元的焦距和整個球面鏡的焦距，可以通過給鏡片背面加力形變達(dá)到效果，但是改正主鏡在觀察的整個過程中卻要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動；而且球面主鏡和改正鏡本身也不能太過厚重，因為太重會造成自身的重力形變，從而影響拼接鏡面的焦距和成像質(zhì)量。LAMOST設(shè)計時使用了桁架結(jié)構(gòu)。最大的好處就是輕盈易控，便于操作。李國平研究員說，這種結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑技術(shù)和天文精密要求結(jié)合的產(chǎn)物，也是設(shè)計中最為值得稱道的創(chuàng)新之一?？梢赃@么說，如果沒有桁架結(jié)構(gòu)，那么兩個拼接鏡面的調(diào)整和協(xié)調(diào)就會相當(dāng)困難。
　　其三，焦面光纖裝置。LAMOST在焦面上設(shè)計了4000個光纖探頭，可以同時對4000個天體進(jìn)行光譜采集，是目前世界上同時獲取光譜目標(biāo)最多的望遠(yuǎn)鏡，在國際天文望遠(yuǎn)鏡行列中遙遙領(lǐng)先。李國平告訴記者，目前國際上能同時獲取最多天體光譜目標(biāo)的數(shù)目是600個(美國新墨西哥州Apache Point觀測站數(shù)字巡天SDSS望遠(yuǎn)鏡)，LAMOST一下子達(dá)到了4000個，可謂望遠(yuǎn)鏡史上長足的進(jìn)展。當(dāng)記者問道，在我國研制的望遠(yuǎn)鏡上，這個數(shù)目能否更多些的時候，李國平研究員回答說，技術(shù)上當(dāng)然可以，只是沒有太大的必要。
　　其四，大視場和大口徑兼?zhèn)?。王綬琯和蘇定強(qiáng)院士最初的設(shè)計理念是，鑒于國際國內(nèi)天文觀測缺乏“大規(guī)模天文光譜觀測”，所以提議建造一臺“大口徑和大視場兼?zhèn)涞亩嗄繕?biāo)光譜天文望遠(yuǎn)鏡”，這個初衷在LAMOST之中得到了完美的體現(xiàn)。所謂望遠(yuǎn)鏡的視場，也稱視野、視界，指在一定距離內(nèi)所能清楚觀測到的范圍的大?。豢趶绞侵竿h(yuǎn)鏡通光的直徑大小，口徑越大接收的光線也就越多，信息量越大。但是，在一般望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計中，如果其它參量不變，那么口徑的大小和視場的大小是成反比的。以南京天文光學(xué)技術(shù)研究所為首的LAMOST技術(shù)研究人員突破了傳統(tǒng)天文望遠(yuǎn)鏡的藩籬，在改正鏡上大做文章，終于設(shè)計出了大視場和大口徑兼?zhèn)涞?、世界首例的主動光學(xué)系統(tǒng)，調(diào)和了以往視場和口徑兼?zhèn)涞拿堋＠顕礁嬖V記者，由于采用了調(diào)節(jié)施密特改正鏡的方法，隨時對鏡片加力變形以及調(diào)整桁架結(jié)構(gòu)的位置，以適應(yīng)不同天體的特殊狀況，這樣，我國在世界上首創(chuàng)了一種新類型的天文望遠(yuǎn)鏡——反射施密特天文望遠(yuǎn)鏡。在理論上講，這種望遠(yuǎn)鏡可以同時實現(xiàn)任意大的口徑和視場。
　　
　　在地球上掃描宇宙
　　
　　美麗的星空何其迷人，給人類無限的遐想和無盡的思索。生命來自哪里?宇宙起源于何處?宇宙中數(shù)以百計的星系又是如何形成和演化?地球所在的銀河系是何種結(jié)構(gòu)、如何運(yùn)作?這些基本卻又深奧的問題，都是千百年來人類不懈探求的迷夢。
　　從宇宙深處的天體發(fā)射而來的光譜，攜帶大量表征天體物理特性的信息，比如，星系的光譜可以給出它們的距離、構(gòu)成、分布以及運(yùn)動狀況；恒星的光譜則可以確定它們的物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、光度、溫度以及演化歷史等。LAMOST以其大視場、大口徑以及多目標(biāo)光譜的探測能力，在跟隨地球自轉(zhuǎn)和隨太陽公轉(zhuǎn)的過程中，可以對整個宇宙進(jìn)行全方位的掃描探測。我國天文學(xué)界對LAMOST的科學(xué)目標(biāo)定位包括三個方面：河外星系巡天、銀河系結(jié)構(gòu)和演化、多波段目標(biāo)認(rèn)證。在介紹LAMOST的小冊子上有這樣一段專業(yè)的描述：
　　“LAMOST將對北天可觀測的約i4000平方度高銀緯天區(qū)進(jìn)行光譜巡天觀測，其中包括北、南銀冠區(qū)各250萬個星系的巡天、150萬個亮紅星系巡天和約100萬個類星體的觀測，這些資料將在宇宙模型、暗物質(zhì)、暗能量、大尺度結(jié)構(gòu)、星系形成和演化等研究上做出重大貢獻(xiàn)。同時，它將對250萬顆恒星進(jìn)行光譜觀測，用之于研究，包括銀河系暈的整體結(jié)構(gòu)及亞結(jié)構(gòu)、銀河系的引力勢與物質(zhì)分布、從薄盤、厚盤到暈的結(jié)構(gòu)特征、銀河系球狀星團(tuán)來源及其與銀河系結(jié)構(gòu)的關(guān)系、銀河系恒星金屬豐度分類及貧金屬星的搜尋等幾個大的方向。LAMOST也將結(jié)合紅外、射電、X射線、伽馬射線巡天的大量天體的光譜觀測將在各類天體多波段交叉證認(rèn)上做出重大貢獻(xiàn)。”
　　從上面的描述可以看到，LAMOST的科ebe3a718a41adf69239af301bb6467871b401a4cabec8a0dbe8e90f2c402ff33學(xué)意義是非凡的。宇宙深處有無生命，可以通過水的光譜得以推測，如果我們的LAMOST接收到來自某個天體攜帶水的信息的光譜，就可以給地外文明提供有力的線索。銀河系的深處有怎樣的黑洞，對人類所在的太陽系有何影響，可以通過LAMOST勾畫銀河系結(jié)構(gòu)而得知。當(dāng)前備受關(guān)注的暗物質(zhì)、暗能量到底怎么回事，在宇宙中如何分布，也可以通過LAMOST的光譜探頭而勾勒出來。另外，宇宙到底是否起源于一次大爆炸，它的結(jié)構(gòu)究竟如何，也可以通過LAMOST對星系、恒星天體的運(yùn)動以及結(jié)構(gòu)而獲悉。此外，它所獲取的所有資料都會向國內(nèi)外天文學(xué)界公開，成為人類共同的財富。
　　所謂“仰觀天象，俯察地理”，我們的祖先早就認(rèn)為只有抬頭叩問天穹，然后俯身觀望大地，才能走出充滿豐富意義的人間大道。LAMOST作為中國的巨眼，它對其所承載的有關(guān)民族和人類的一切使命而言，任重而道