Galaxy Forum, Galaxy, 21st Century Education,

1. LAMOST 介绍
郭守敬望远镜

2. 大天区面积多目标光谱光学天文望远镜
The Large Sky Area Multi-Object Fiber
Spectroscopic Telescope Project (LAMOST)

3. 望远镜发明 400 年后的天文仪器和技术
由于观测手段的迅速发展，天文学观测向着
“全波段、大样本、巨信息量”的方向发展。
追求更大的集光本领和更大的视场。
追求更高的空间、时间和光谱分辨率。

4. 天文观测的瓶颈—大规模光谱巡天
光学波段光谱的物理信息含量最大、积累最多、
运用也最成熟，有了光谱才能精确研究天体的化
学成分和物理状态 ( 温度、压力、磁场、电场、
视向速度 ) ；
大规模的成像巡天已经记录下数以百亿计的天文
目标，但只有很小一部分（约万分之一）进行过
光谱测量，大天区范围的光谱巡天已成为天文观
测的突破口。

5. 大口径兼备大视场望远镜
大天区范围内的大规模光谱测量，必须具备两
个条件：一是望远镜的口径必须足够大； 二
是望远镜必须有足够大的视场 。
长期以来，由于材料和工艺的限制，“大口径
和大视场难以兼备”是天文学上的一个难题。

6. 大视场兼备大口径的突破

7. LAMOST— 中星仪式主动反射施密特
望远镜——王 - 苏反射施密特望远镜
 巧妙地将光轴固定在子午面内（即镜筒固定不做跟踪），
用反射施密特改正镜跟踪观测天体
 创新地用主动光学产生常规方法不能实现的望远镜光学系
统，在观测跟踪天体的过程中实现一系列的不同的非球面
面形的大反射镜；
 此方案解决了国际上大视场的施密特望远镜口径做不大的
难题，与目前国际上已有的方案比真正突破了大视场不能
兼顾大口径的瓶颈。

8. Structure of LAMOST

9. 法国天文光学专家
Gerard R. Lemaitre 教授
Observatoire Astronomique
Marseille Provence, France
对天文光学来说最不寻常的是 LAMOST
这种大口径望远镜的设计和建造并没
有从任何该类型的小望远镜那里获益
，因为过去没有这种望远镜。

10. 主要指标

11. LAMOST 的观测能力

12. 主要技术挑战
 主动光学技术 （薄镜面 + 拼接镜面主动光学）
 4000 根光纤的定位 （分区并行，无线控制）
 大口径六角形高精度超薄镜面的磨制和检测
（环抛 + 主动检测）
 大口径超薄镜面的高精度主动支撑技术
（系统分层，主被动叠加，串并控制结合）
 8 米地平式机架的精确跟踪控制系统 ( 包括焦面象场旋转补
偿)
 16 台多目标光纤光谱仪和 32 台 4kX4kCCD
 40 米光路上气流影响的改善
 海量数据自动处理

13. Xinglong Station, NAOC
the site
Beijing: NAOC
Project HQ
Instruments & Software
Science
Nanjing: NIAOT (NAOC)
Telescope
Instruments
Hefei: USTC
Science

15. MB: 37 块子镜 （ 6.67 米 X6.05 米）

16. MA: 24 块子镜 （ 5.72 米 X4.4 米）

17. 24 块 MA 子镜和 37 块 MB 子镜
的主动光学控制

18. April 25, 2009
 FWHM<10pixel,
about 2 arc seconds
Active corrected to 0.3-0.4 arcsec
With Seeing 1.7-2 arcsec

19. 2008.12.15-16 测试光学像质
与国际上 8-10 米望远镜成像质量相当
！
Statis tics
30
25 80% 光浓度平均值 =0.531 角
秒，
20
80% 光浓度最好值 =0.189 角
Tim es 15
秒
10
5 观测跟踪时间： 180 分钟
0
2
8
2
5
8
1
4
7
2
3
6
9
5
3
0.
0.
0.
1.
1.
1.
2.
2.
2.
3.
3.
3.
8.
EE80(arcs ec)

20. 创新的光纤定位技术
 创造性地提出并实现了 4000 根光纤在焦面
上的快速精确定位的并行可控式光纤定位系
统，大胆地采用无线遥控，使 LAMOST 的光
纤定位水平在国际上提高一个数量级的。
LAMOST 的分
小区并行可控双
回转光纤定位技
术
光纤精度小于
40um
定位时间小于
英澳 2dF ：磁扣式光纤定位系 15 分钟
统。 400 根光纤固定在微小的
磁扣上 , 由机器人手臂布置磁
扣。
美国 SDSS ：打孔式
光纤定位系统，完
成所有的观测任务
需要约 2000 块焦面
板。观测前手工将
640 根光纤植入孔中。

21. 焦面 4000 根光纤及其观测跟踪系统
由焦面板、 4000 个光纤定位单元，和无线 控制驱动
的 8000 个步进电机组成

23. 多目标光纤光谱仪
 16 台中低色散多目标光纤光谱仪；
 每台狭缝可安排 250 根光纤；
 低分辨率模式（光谱分辨率 1000- 2000 ）
蓝区 370nm-590nm ，
红区 570nm-900nm ，
 每台光谱仪还可以增加中分辨率光栅，使光谱
分辨率本领达到 5000-10000 。

25. LAMOST— 高技术的光机电计
算机集成
 61 块 1.1m 六角形光学镜面和子镜支撑系统
 2 维运动 8m 直径回转平台的地平式机架
 5 维运动的焦面跟踪机架
 6m 和 7m 镜面支撑结构
 9084 只电机
 4000 根光纤（ 130km ）和光纤定位单元
 16 台多目标光纤光谱仪
 32 台 4kx4k CCD 相机
 251 台控制计算机
 80 万条（行）软

26. 国际评估
LAM ST
O
 LAM ST 将会是一个适合于研究广泛领域中重
O
大天体物理问题的世界级巡天设备。
 鉴于其集光面积和光纤数目， LAM ST 潜在的
O
功能将比 SD 数字巡天和 2dF 高出 10 到 15
SS
倍。如果能达到了这样高的指标，它将是一个
巨大的飞越，并打开了一个广阔的“探索空
间”。
 LAM ST 将会有非常好的科学产出。望远镜一
O
定能够在河外天文学与银河系天文学方面产生
世界级的研究成果。

27. 美国
《 Science
》对
LAMOST 的
报道 国际评估专家，芝加哥大学 Don. York 教授
说：
由于 LAMOST 的令人畏惧的技术挑战，并不
是每个中国的科学家都是倾心于 LAMOST ，
但我是 LAMOST 的 fan 中的一个。
LAMOST 非常漂亮，已经完成了他的工程目
标，并且即将开始科学测试。

28. Richrd Ellis ，美国加州理工学院技术研
究所天文学部的斯蒂尔教授、光学天文台
台长，曾任英国剑桥大学天文研究所所长
。。。 光谱是天文研究中最重要的一个方面。有些人
 没有注意到过去的 5 年中许多成像巡天望远镜
Multi-object spectroscopic has rich heritage but it only goes back to about 1970s on large
telescopes. My first encounter with LAMOST project was when I was in Cambridge England, and we
的开始投入使用，… 但是我们还是不断地意识
had a visitation from Chinese astronomers who were proposing the LAMOST project, the extremely
exciting ambitious, and during the time the England involved in the 2dF red shift survey which
到我们需要光谱信息才能深入研究天体。现在
was a modest 400 fibers on a 4m telescope. If I can just agress a moment we have seen so much
discovery space with the 2dF survey and it is comparative survey in United States for Sloan
中国天文界在大视场光谱巡天方面占据了强有
Digital Sky Survey. But it shows us so much value in spectroscopy. I think spectroscopy is a
fundamental aspect of astronomy. Someone neglected over the last 5 years we commissioned the
力的位置，足以让国际天文同行羡慕中国可以
large numbers of imaging telescopes, the PanStarrs, the Dark Energy Survey, VISTA UK infrared
survey, huge investment in imaging. And time to time again, we learned we need spectra to
充分利用这些新的成像巡天观测结果。
interpret the objects. And Chinese astronomy is now in tremendously powerful position to for
international envying in China to exploit these new imaging surveys. I am fully confident I have
been in a workshop that Chinese astronomy was rised for the challenge of making the extremely
important collaborate adventures with the international astronomy.
。。。

29. 国家重大科学工程 LAMOST
 2009 年 6 月通过国家发改委组织的国家验收
 2009 年 7 年至 2011 年 8 月科学测试观测
 2011 年 9 月开始光谱巡天观测
世界上光谱获取率最高、最有威力的光谱巡天望
远镜

30. 10 月 26 日
M31 天区

31. M31 星系
新的行星状星云
 （ 17 ）

32. 新发现 21
个类星体

33. LAM ST 新近取得的科学成果
O
33

34. LAMOST 概述
 LAMOST 是一架由我国自主创新的新概念望远镜，
目前唯一能够做到极大口径的大视场望远镜类型
 LAMOST 是目前世界上光谱获取率最高的望远镜
 LAMOST 的建成将使人类观测天体光谱的数目提高
一个数量级（至千万量级），为中国在大样本天
文学特别是宇宙学、暗能量探索 , 星系的形成
演化和银河系结构研究走到国际前沿创建了平台
，将使我国在该领域处于国际领先地位。

35. LAMOST 科学观测计划
 国家天文台“ LAMOST 科学委员会”确定了 LAMOST 总
的利用计划是：
LAMOST 具有在 20 平方度视场内一次曝光获取 4000 条
天体光谱的能力，考虑到 LAMOST 巡天计划安排（包括
其他大型巡天）和观测台址兴隆的气象条件，计划利
用 LAMOST 在北银冠 7700 平方度（ SDSS 测光巡天区域
）和南银冠 3500 平方度的天区（ LAMOST 天区），在
正式观测的 5 年周期内分别完成银河系内（河内）及
银河系外（河外）光谱巡天：即计划得到 750 万条的
银河系恒星光谱和 650 万个河外天体的光谱。

36. 137 亿
10 亿年 年
1亿
100 万 年
大 年
爆
炸 宇宙背景辐射
黑暗时期
第一代恒星
WMAP Team 星系并合
现代星系
当代天文学要解决的科学问题
暗物质
暗能量
黑洞
宇宙起源
物质起源
生命起源

37. 河外星系光谱巡天
 Spectroscopic Surveys in the NGC of 7700 sq
degrees (SDSS sky) and in the SGC of about
3500 sq degrees:
 Galaxies of r<19.5 in 3700 sq deg; 90 min ；
 Galaxies of r<18.8 in the rest 7500 sq deg ；
30 min
 Luminous Red Galaxies (LRGs) of ideV<20.0
；
 QSOs of i<20.5, combining UKIDSS if
available;
 A data base of 7 million extragalactic spectra

38. 研究宇宙近 40 亿年的演化
系统比较高红移（较远、较早）和低红
移（较近、较晚）星系及空间分布，研
究宇宙近期的演化
宇宙年龄 130 亿年，在最近 40 亿年的演
化是缓慢的，所以需要大样本。
LAMOST 的优势：
大样本 ( 数目 10 倍于 SLOAN ）
大时间跨度（ 2 倍于 SLOAN ）

40. LAMOST 主星系样本预研究
距今 24亿
年 暗
星
系
星 SLOAN 样
系 本
的 SLOAN 的
分 两
距今 49亿
布 年
点
相
关
函
数
LAMOST
LAMOST

41. Simulations of NGC LRGs 距今 42亿
年
SLOAN 2
Tw
SLOAN 2
o-poi nt CF
距今 67亿
年
LAMOST LAMOST
赤道两侧 3度范围内的亮红
Cheng LI 星系的分布情况（模拟）

42. Constraining the EOS of dark energy,
e.g.,w(z)=w0+w1 z/(1+z)
Wang,X, Chen,X et al. Hong LI et al.

43. QSO sample
 Since part of the QSO sample is based on
UKIDSS , it is very useful for studying
obscured quasars, testing the unified model
of AGN and constraining the growth history
of super massive black holes;
 Will probably detect the luminosity
dependence of QSO clustering, and be very
powerful to study the coevolution of
galaxies and central black holes
 Will be an ideal sample to explore DE at
z=2;

44. 银河系恒星光谱巡天
 高银纬巡天
 银盘和疏散星团巡天
 反银心巡天

45. 为什么需要上百万的恒星光谱回答关于星系形
成和演化方面的一些以前不能回答的重大问题 ?
 只有在银河系里，我们才可以得到海量恒星的三维空间分布和三维空间
速度；
 只有在银河系，我们才有可能通过位置、运动学、年龄和金属丰度等天
体物理信息识别那些可以跟某些既往并合事件耦合起来的恒星；
 只有对银河系我们可以测量三维的引力势结构；
 只有在银河系，我们可以在足够高分辨本领下观测足够亮的恒星用以探
究真正第一代恒星的秘密。
 星系的形成是通过观测遥远的河外星系来研究的，因为他们可以提供一
幅宏观的图像。大视场多光纤望远镜的出现，使得我们第一次可以实现
对银河系的足够大的区域在足够高的细节上逐一对恒星进行测量，从而
把以前关于银河系整体结构与并合过程的片段历史粘接在一起

46. 银河系结构
银晕
核球
银盘
金星
水星
地球

47. LAMOST 获得的恒星光谱
恒星光谱：
 恒星类型
 恒星距离  空间分布
 视向速度
 物理条件：温度、密度、压强
 化学组成
 年龄等

48. 银河系结构
麒麟座星流
人马座矮星系
潮汐流
SD 发现的潮汐流
SS

49. Sun
潮汐流证据

50. LAMOST 恒星光谱
巡天范围
“ 广度”和“深 LAMOST
度” 12,000 平方度
SEGUE
1,000 平方度

51. 银河系化学演化
星系演化过程的化学丰度分布
物质元素是在 锂丰度
什么时候、
什么地方、
通过什么方式 不同元素起源的天特定的元素
体物理环境 可以探索不
形成和如何演化的 同天体形成
的物理环境
关键：建立大样本恒星光谱观测数据

52. 研究银河系化学演化历史
丰度的确定，使我们可以推 不同组成成份的恒星的元
断天体在演化过程中所处的 素丰度是不同的，利用此
阶段及年龄等信息 性质可区分恒星所属成份

53. 利用丰度研究银河系并合历史
低 [α /Fe] 和运动学参数异常的贫金属恒星被认为是
银河系与附近星系的并合等相互作用过程的观测证据

54. 银河系暗物质分布

55. 重子物质分布 暗物质分布
银河系引力势
海量恒星的
恒星运动轨迹 动力学信息

56. 特殊天体的发现：海量光谱的自动分析
 提取恒星光谱的特征并进行分类，并计算恒星的基本
物理参数：有效温度、重力加速度和金属丰度；
 参考所获取的物理参数并结合其它性质，利用数据挖
掘技术，搜索贫金属星和极端贫金属星的候选体；
 优化视向速度的自动计算方法并测量所有观测恒星的
视向速度，根据视向速度寻找银河系中的高速星；
 通过非监督聚类，寻找特殊离群数据点，从而挖掘出
银河系内的特殊天体。

57. 搜寻特殊天体——贫金属星、高速星
[Fe/H] = 0.0
大
爆
炸 [Fe/H] = -4.0
后 HE 1327-2326
的 Fe/H ＝ 1/8,700,000,000
[Fe/H] = -5.45
时
标
[Fe/H] = −∞
寻找“第一代恒星”

58. 高速星（ HVS ）
估计银河系中共有约 1000 颗高
速星， 2005 年在 SDSS 巡天
光谱中发现了第一个后，到目
前共发现了 10 几颗。
高速星：银河系中心黑洞、暗
物质的引力势
LAM ST 将发现超过 50 颗
O
高速星 .
MPIA, January 09

59. Anticenter Survey
In the region |b|<30°, 150°<l<210°:
(1) We will use a weighted random selection of 2MASS
objects with J<15.8. Proper motion and color may be
used in the weighted selection. About one in five
objects will be observed, making sure that each
population of stellar type is well sampled statistically.
The goals of the anticenter survey are to study the
composition, kinematics and structure of the thin and
thick disks and their interface with the halo; and to
study disk substructure (including streams). F main
sequence stars will be observed to six kiloparsecs
from the Sun (fourteen kpc from the Galactic center).

60. LAMOST Galactic Anti-Center Survey (LGACS) footprint
NGC
3/21
NP
6/21
GAC
12/21
SP
SGC
9/21
GAC: α= 05h45m37s.20 δ=28º56′10″.2

61. Disk Survey
Select bright stars (V<16) from GSC II, with
positions from 2MASS and proper motions
from UCAC3. We will not use dereddened
magnitudes for bright stars near the Galactic
plane. Note that very bright stars in GSC II
overlap with the Tycho 2 catalog, which will
supply position and proper motions without
additional cross-matching.

62. In the region |b|<20°, 20°<l<230° (but little data
for l<80°):
(1) Select all bright O, B, T Tauri, and HH stars
from a special list of known objects.
(2) Within 0.5° radius of any open cluster, select
only stars with proper motion, color, magnitude
consistent with cluster membership (these
object lists may be generated from separate
special catalogs).
(3) Observe bright (V<12) K and M stars from the
Tycho 2 catalog.
(4) Randomly select stars from the magnitude-
limited sample.

63. 2011 年度 LAMOST 光谱巡天
试观测
 利用选区观测来开展：
（ 1 ）银河系结构与演化
LAMOST 巡天光谱将用于更深入的探究银河系晕族恒
星的结构、形成与演化，并研究盘族恒星的动力学性
质、形成历史以及化学与动力学演化。
（ 2 ）河外巡天样本的观测
通过选区观测确认 LAMOST 的大规模、大范围的光谱
巡天观测的一致性，同时开展河外天文学（如类星体
的观测）的研究。

64. 基于 LAMOST 巡天的国际合作
 与美国斯隆数字巡天（ SDSS ）合作
 与美国主导的全景巡天望远镜和快速反应系统 （ Pan-
STARRS ）合作
 与欧洲全球天体测量卫星（ GAIA ）合作
 与德国视向速度实验巡天（ RAVE ）合作
 日本国立天文台 SUBARU/ 国家天文台 LAMOST 合作
 韩国天文与空间科学研究院
 河外巡天计划的合作