ＬＡＭＯＳＴ望远镜超人之处
崔辰州 赵永恒 本文由作者在《台北星空》同名文章基础上修改提供
LAMOST望远镜最突出的特点是大口径（4米）兼大视场（5度），以及4000根光纤组成地超大规模光谱观测系统。与国际上同类型的巡天项目，比如美国斯隆数字巡天计划（SDSS）和澳大利亚英澳天文台2dF巡天相比，LAMOST无论在望远镜口径上还是观测效率上都有极大的飞跃。表1显示了这三架望远镜的能力对比情况。
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2dF（英澳） |
SDSS（美） |
LAMOST（中国） |
口径 |
3.9米 |
2.5米 |
4米 |
视场 |
2度 |
3度 |
5度 |
光纤数 |
400 |
640 |
4000 |
获得光谱数 |
100，000 |
1，000，000 |
10，000，000 |
当前状态 |
完成 |
运行 |
试运行 |
表1 三个巡天望远镜能力比较
LAMOST望远镜由八个子系统组成，分别是光学系统、主动光学和支撑系统、机架和跟踪系统、望远镜控制系统、焦面仪器、圆顶、观测控制和数据处理系统、输入星表和巡天战略。
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。光轴南高北低，以适应台址纬度，扩大观测天区。球面主镜MB大小为6.5米×6米，由37块1.1米对角径的六角形球面镜拼接而成。反射施密特改正镜MA大小为5.7米×4.4米，由24块对角径1.1米的六角形主动非球面镜拼接而成。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。作为定天镜的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。望远镜在天体经过中天前后进行观测。
主动光学技术是LAMOST项目最有挑战性和最核心的关键技术。为了改正球面主镜MB的球差，观测时需要实时变化改正镜MA的非球面面形，主动光学系统通过结合薄镜面和拼接镜面主动光学技术使24块薄平面子镜按要求变形，并使各子镜共焦。上千个力促动器实时控制MA的各个子镜，以便达到要求的形状。MB的37块子镜直接通过主动位移促动器调节机构联接于主体桁架之上，利用拼接镜面主动光学技术实现共焦。图3是工程人员在安装MB的子镜室和桁架。
图3a 工程技术人员在安装调试MB子镜室
图3b 工程技术人员在兴隆观测站现场组装MB桁架
LAMOST系统在世界上首次应用了在同一块大镜面上同时应用薄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。球面主镜的拼接是项目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。
望远镜收集来自天体的微弱辐射，成像在焦面上，然后通过焦面仪器进行分光、探测和记录。焦面仪器是LAMOST直接获取天体光谱信息的部分，包括光纤定位装置、光纤、光谱仪和CCD探测器等几个主要部分。
“并行可控式光纤定位技术”是LAMOST又一项自主创新和关键技术。与SDSS采用的钻孔铝板和2dF采用的磁扣方式不同，LAMOST光纤定位采用了双回转光纤定位单元方案。LAMOST焦面直径1.75米，与我们吃饭用的圆桌大小相仿，如图4所示。定位系统可在数分钟的时间里将焦面上的4000根光纤按星表位置精确定位，并提供光纤位置的微调。4000个光纤定位单元在焦面上以25.6毫米等距离排列，每个单元驱动光纤在直径33毫米的范围内工作。LAMOST定位系统的优势是通过4000个定位单元并行工作，大大缩短了定位时间。也避免了SDSS那样每次观测都需要更换光纤铝板的麻烦。在一个餐桌大小的焦面板上8000个电机带动4000个光纤定位单元转到，想一想也是件震撼人心的场景。
图4 直径1.75米，带有4000个光纤定位单元的LAMOST焦面
由于LAMOST的独创型结构，其望远镜建筑也不同于一般的天文望远镜圆顶。它由MA楼、MB楼和焦面仪器楼三部分组成，如题图所示。MA的圆顶围挡为一带球冠的圆柱形，上部可向东西移开。焦面到MB围挡为一卧式长通道，开有百叶窗，以减少风对MA的影响，并使光路中温度均匀，避免恶化天然的大气视宁度。