郭守敬望遠鏡：巡天遙指，雄心未已

　　 在河北省興隆縣燕山主峰——霧靈山郁郁蔥蔥的南麓，老遠就能看到一組巨大的白色裝置靜靜佇立。誰能想到，在幾何形態的外殼里，藏著一雙巡視太空的“明眸”——24塊六角形平面子鏡（Ma）和37塊六角形球面子鏡（Mb），構成兩只巨大的“復眼”。

　　它的全稱是“大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡”，英文簡稱為LAMOST。2010年，它被正式冠名為“郭守敬望遠鏡”，名字來源于發明過多種觀測儀器的元代天文學家郭守敬。

　　建·也曾抱團取暖，一直雄心勃勃

　　上世紀90年代初，兩位中科院院士——王綬琯和蘇定強，提出了開展大規模光譜巡天的科學思想。他們所主張的“中星儀式主動反射施密特望遠鏡光學系統”方案，在世界上獨一無二。

　　LAMOST的兩大關鍵技術分別是主動光學和光纖定位。觀測中，數十塊鏡面的形狀能隨時修正、精確協調；同時，多達4000根光纖在焦面上快速定位。而在當時，國際上最先進的望遠鏡只有400根光纖，配備640根光纖的美國斯隆巡天望遠鏡還沒有竣工。

　　像所有新生事物一樣，雄心勃勃的LAMOST在一片質疑聲中起航了。1996年，LAMOST被列為國家“九五”重大基礎科學研究項目。后來成為中科院院士的崔向群，接下了“敢死隊長”的重任，帶領團隊投入到核心技術攻關中。

　　同年，32歲的中科院國家天文臺研究員趙永恒進入項目組工程指揮部，成為當時最年輕的成員。回顧LAMOST建設早期的情形，他告訴《中國科學報》記者：“每一個大科學項目，都會經歷一段困難時期。對LAMOST而言，主要是1998～2002年的實驗探索期。”

　　在南京天文光學技術研究所，研究者先建造了只有一塊Ma子鏡和一塊Mb子鏡的“小LAMOST”。其涵蓋了主要關鍵技術和有關項目望遠鏡部分的許多工程技術內容。經過一次次探索，到2002年年底，閉環控制的主動光學技術終于實現。“這時候，大家心里才覺得有把握了。”趙永恒說。

　　此外，4000根光纖的定位、數十塊鏡面的拼接……背后都是研究人員不懈的鉆研和鏖戰。終于，歷經11年的艱難求索，2008年10月，LAMOST全面落成。

　　在那段攻堅克難的“黑暗時期”，團隊成員一起“抱團取暖”，解決了一個個棘手的難題。從資深的院士專家到年輕的科技工作者，再到工人和技術人員，大家都是同一個戰壕里的戰友。

　　趙永恒忘不了，2007年，LAMOST建設的關鍵時段，他們第一次在興隆過春節。山里不能放鞭炮，好在食堂里有餃子，門楹上有春聯。之后的多年間，由于LAMOST不能中斷觀測，在山上過年成了這個團隊的常態。“現在大家連對聯都不貼了，因為覺得跟平時沒什么不同。”趙永恒笑著說。

　　用·治“大數據”如烹小鮮

　　與LAMOST相隔一條馬路，是興隆觀測中心的大樓。樓上有一間觀測室，正前方是8塊緊密排列的大屏幕。

　　大屏幕上顯示的光譜圖像，乍看去像一排琥珀色的竹簡。一條條細細的光帶整齊致密，點綴著發射線造成的白色光點。觀測與運行部主任施建榮告訴記者，每一條帶都是一根光纖傳回的天體數據，“天文學家才能讀懂其中的信息”。

　　幾位LAMOST團隊的成員說，他們最大的成就感就是拿到很多很多的數據，并利用其在全世界科學研究的浩瀚星河中帶來一些變化。

　　從2011年啟動巡天開始到2015年年底，LAMOST已經發布了455萬恒星光譜數據。這是美國斯隆巡天項目的4倍，是澳大利亞RAVE項目的8倍，在數量上已是世界第一。

　　有研究者這么形容，獲取數據只能算是把菜買回來了，接下來要像廚師那樣“烹飪數據”。最早的巡天數據回來后，其復雜程度令早期版本的軟件無法適應。為此，數據處理部的成員天天加班加點，周末不休，才有了現在可堪重用的軟件系統。

　　憑借LAMOST太空普查、海量數據的特點，科學家有了源源不斷的新發現，包括新的富鋰巨星、高速星、極端貧金屬星等有重要研究價值的特殊天體；構建了迄今最大的恒星光譜樣本；在恒星演化、銀河系演化和暗物質分布方面，取得大樣本研究重要成果……

　　2014～2015年的觀測季，利用LAMOST數據發表的SCI論文及論文引用數，有了大幅增加，分別增長了100%和140%。

　　一位運用LAMOST數據進行研究的中國學者笑稱，現在，他的論文好像比以前更難發了：“過去，我們總是用國外的數據發文章。現在，我們用自己的數據研究第一手的問題，有時還會推翻國際上已有的結論。國外審稿人都不習慣了！”

　　從LAMOST獲益的，不只是中國學者。今年年初，丹麥和比利時科學家在《自然—通訊》雜志上發表了一篇論文，通過對5648顆類太陽恒星的觀測，指出了太陽可能產生的超級耀發。成果一出，便受到全世界廣泛關注。

　　趙永恒說：“我們建立了不少中美、中歐等合作項目，希望LAMOST數據的公開釋放能促進國內外天文學家的合作研究。”

　　變·從未停下改進的步伐

　　幾年來，LAMOST的儀器性能、觀測效率、光譜質量等，都在不斷提高。

　　在2012年前的先導巡天階段，LAMOST獲得光譜的達標率只有48%。在技術維護與發展部門的努力下，望遠鏡的性能得到有效改善。與此同時，觀測運行部的人員也用心統籌規劃，摸索出一套觀測技巧。到2015年，也就是常規巡天第三年時，觀測成功率已經達到70%以上，效果非常理想。

　　即便是那些觀測失敗后被扔進“垃圾堆”的數據，研究人員也沒有放棄。在數據部主任羅阿理及成員的共同努力下，通過建模、模擬、驗證等過程，搶救那些之前可能丟棄的數據。

　　這項工作很難，但成果令人欣喜。相對于今年7月13日國際發布的DR2數據集的400多萬數據，研究人員采用最新版本，增加了好幾萬條“死而復生”的數據。

　　現在，LAMOST每年獲取的數據量都會增加150萬條左右。而高精度的儀器設備也并未隨歲月表現出明顯的老化。

　　然而，昂首前行的LAMOST也并非沒有隱憂。與上世紀90年代相比，今天的興隆，天文觀測條件逐漸變差。經濟發展帶來的光污染、霧霾下逐漸降低的透過率，全球氣候變化導致的空氣濕度增加……一系列變遷讓原本犀利的“眼睛”，很難看到更遠、更暗的星體。

　　目前，科學家正在探討LAMOST二期工程。他們希望，能在條件更好的天文觀測地修建一個升級改造的LAMOST望遠鏡，將光纖數量提高到史無前例的1萬條。

　　20年過去了，LAMOST依然雄心勃勃。它對無盡長空的巡天之旅，只是剛剛開始。

　　記者手記

“無用”之用

　　全世界的大科學裝置，都面臨一個反復被提起的問題。那就是，花這么多錢，建這么多裝置，對國民經濟有用嗎？有人甚至說，造大科學裝置，還不如建希望小學。

　　不可否認的是，絕大多數大科學裝置，甚至包括很多基礎研究，都無法產生直接的經濟效益。但這些看似“無用”的研究，從長遠來看，變革了人們對世界的認知，推動了人類文明的進步甚至飛躍，塑造了社會面貌和歷史格局。

　　天文學研究帶來的科技革命，影響了后來的牛頓、愛因斯坦等科學家；普通人難以理解的量子力學，以晶體管、密碼、互聯網等形式被廣泛應用；為探測外星生命建立的遙感科學理論，讓CCD數碼照相機成為可能……不斷追求觀測極致的LAMOST，也倒逼出了一個個理念創新、技術突破乃至制造水平的進步。

　　古人云：“無用之用，是為大用。”新生事物的價值，往往無法用固有的眼光去審視。因此，朝向未知領域的科學探索，也不能用階段性的投入產出比去評判。

　　在推崇成果轉化和號召科技服務國民經濟主戰場的當下，仍有一些科研工作應留在象牙塔、在山巔、在高原、在深海……誰能說一朝走出深閨，不會艷驚天下呢？