
拉斯维加斯★ღ✿,拉斯维加斯官网登录入口★ღ✿。人文学欢迎来到拉斯维加斯★ღ✿!景点规划★ღ✿!拉斯维加斯拉斯维加斯0567官方网站★ღ✿!近日★ღ✿,中国科学院国家天文台研究员★ღ✿、国家重大科技基础设施LAMOST运行和发展中心主任罗阿理在 2025 科普中国说带来演讲《光谱巡天突破★ღ✿:LAMOST 如何破解银河系密码》★ღ✿,一起了解这个支撑国家天文研究的“国之重器”★ღ✿。
LAMOST ★ღ✿,即郭守敬望远镜★ღ✿,是我国自主创新设计的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜★ღ✿,是支撑国家天文研究的重大科技基础设施★ღ✿。
什么是“光谱天文望远镜”★ღ✿,“光谱巡天”又是如何帮助我们揭开银河系奥秘的?让我们先从光谱说起★ღ✿。
说到光谱★ღ✿,大家可能都见过雨后的彩虹dabomei★ღ✿,当阳光射入水滴★ღ✿,会发生类似“穿过三棱镜” 的色散现象★ღ✿,这种被分解后形成的彩色光带★ღ✿,即为光谱★ღ✿。
恒星的光也是一样★ღ✿。不同的恒星发光颜色不同★ღ✿,反映出其光谱中不同波长光的强度存在差异★ღ✿,比如蓝白色恒星温度较高★ღ✿,红褐色恒星温度偏低★ღ✿。每条光谱上还有很多暗线★ღ✿,它们其实就是恒星大气中的原子和分子吸收特定波长的光留下的“指纹”★ღ✿,这种暗线叫做“吸收线”拉斯维加斯游戏★ღ✿,藏着恒星温度★ღ✿、压力★ღ✿、化学成分★ღ✿、年龄等重要信息★ღ✿。
即便表面温度和压力相似的两颗恒星★ღ✿,吸收线深度也可能不同★ღ✿,这通常与“金属丰度”(天文学家对恒星金属含量的称谓)相关★ღ✿。通过分析吸收线的细微差异★ღ✿,可推测恒星的元素组成★ღ✿,甚至判断这些元素是否源自超新星爆发dabomei★ღ✿、中子星并合等宇宙事件★ღ✿。
元素周期表中的元素均来自宇宙各类物理过程★ღ✿,分析光谱中的元素★ღ✿,不仅能确定恒星的年龄与质量★ღ✿,还能推断其演化阶段★ღ✿,所以说拉斯维加斯游戏★ღ✿,光谱对于理解物质世界★ღ✿、认识恒星及探索银河系意义都非常重大★ღ✿。
首先★ღ✿,这些星光通常都很暗★ღ✿,我们需要大口径的望远镜来收集足够的光★ღ✿。其次★ღ✿,如果一次只能拍一颗星★ღ✿,那效率就太低了——别忘了★ღ✿,银河系里有千亿个恒星★ღ✿!我们得能一次性地观测很多目标★ღ✿,才能用来解构银河系★ღ✿。这种观测模式★ღ✿,就是所谓的“光谱巡天”★ღ✿。
20 世纪 90 年代★ღ✿,中国科学家王绶琯★ღ✿、苏定强院士提出了一个大胆的设想★ღ✿:用 4000 根光纤同时捕捉星光★ღ✿,建造可自动定位上千颗星的望远镜★ღ✿。该望远镜被命名为 LAMOST(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜)★ღ✿,又称郭守敬望远镜★ღ✿,以纪念元代天文学家郭守敬★ღ✿,位于国家天文台兴隆观测基地(距北京约 150 公里)★ღ✿。
左侧 4 层建筑顶层装有反射镜面 MA★ღ✿,由 24 块 1 米大小的六边形镜片拼接而成★ღ✿,可转动★ღ✿、俯仰★ღ✿,观测中每块镜片能实时调整表面形状★ღ✿;
其工作原理为★ღ✿:MA 把星光反射到 MB ★ღ✿,从 MB 再聚焦到焦面板上★ღ✿,光纤再把光导到光谱仪★ღ✿,最终由 CCD 相机记录这些光谱★ღ✿。整个过程都是自动控制的★ღ✿,所以一次观测可以得到 4000 个星的光谱★ღ✿,每个晚上可以得到几万条的天体的光谱★ღ✿。
这个复杂的观测流程是事先规划好的★ღ✿。天文学家提出感兴趣的目标并汇总成巡天星表★ღ✿,软件再通过优化算法挑出每晚最适合观测的对象★ღ✿,充分利用这4000 根光纤★ღ✿,尽可能多地获取光谱★ღ✿。计算机会实时控制各系统协同工作并判断光谱是否达标★ღ✿。
2012 年至今的 12 年间★ღ✿,LAMOST 巡天覆盖了北半球约17000 平方度区域★ღ✿。LAMOST 的原始数据中★ღ✿,每一条竖白条纹即为一条光谱(单张图含250 条光谱dabomei★ღ✿,来自两台 CCD 相机记录的不同波段)★ღ✿,32 台相机同时记录 4000 条光谱的两个波段★ღ✿。所有处理后的数据都公开发布★ღ✿,供天文学家使用★ღ✿。到最新的第 12 期发布★ღ✿,我们已经有了 2800 万条光谱对科学家开放★ღ✿,成为科学研究最重要的数据基础★ღ✿。
这些数据推动了大样本天文学在恒星★ღ✿、星系★ღ✿、类星体等多个方面的研究★ღ✿,尤其是在银河系结构★ღ✿、恒星物理方面贡献比较突出拉斯维加斯游戏★ღ✿,帮助我们研究银河系的整体结构★ღ✿、化学动力学演化以及重元素合成等等问题★ღ✿。同时★ღ✿,因为这个样本足够大★ღ✿,我们也有机会捕捉到那些非常罕见的特殊的一些天体★ღ✿。
一是关于银河系的时空“画像”★ღ✿。过去科学家认为银河系 “半径” 为 5 万光年★ღ✿,但 LAMOST 数据显示★ღ✿,银河系的诸多子结构可延伸至距银心 10 万光年之外★ღ✿,类似 “北京城从二环扩至五环”★ღ✿。同时★ღ✿,科学家还发现了银河系的晕结构★ღ✿,内侧呈扁球形★ღ✿,向外逐渐变圆★ღ✿,这一清晰的观测结果推翻了 “恒星晕是扁球体” 的传统猜测★ღ✿,确立了银晕的早期新图像★ღ✿。
二是关于银河系的“成长历程”★ღ✿。传统假设认为银河系不同时期形成的恒星质量分布大致相同★ღ✿,但 LAMOST 光谱分析显示★ღ✿:宇宙早期形成的恒星★ღ✿,大质量恒星占比更高★ღ✿;近期形成的中小质量恒星中★ღ✿,小质量恒星分布更广★ღ✿。科学家们还通过分析恒星运动速度★ღ✿,推算出银河系总质量约等于 8 千亿个太阳★ღ✿。
结合 LAMOST 与欧空局 Gaia 卫星数据★ღ✿,科研人员计算出了 25 万个有代表性的恒星的年龄★ღ✿,利用这些数据★ღ✿,清晰还原了银河系的成长史★ღ✿:138 亿年前宇宙大爆炸★ღ✿,130 亿年前厚盘开始形成dabomei★ღ✿,110 亿年前银晕出现★ღ✿,80 亿年前至今为薄盘形成与成熟阶段★ღ✿。
什么是厚盘★ღ✿,什么是薄盘呢?由于银河系是一个盘状的星系★ღ✿,薄盘是银盘中非常扁平★ღ✿,密度非常高的区域★ღ✿,是恒星诞生的主要场所dabomei★ღ✿,就是我们太阳系所在的位置★ღ✿。而厚盘是包裹在银盘之外的一个更加弥散★ღ✿、更加古老的恒星区域★ღ✿,像是薄盘外一个蓬松的外罩★ღ✿。《自然》的撰稿人评价说★ღ✿,这个成果第一次如此清晰地描绘了银河系的形成历史★ღ✿。
理解了银河系的历史★ღ✿,我们再来看看它内部最神秘的天体之一——黑洞★ღ✿。黑洞是物质密度极高的天体★ღ✿,是重要的“宇宙实验室”★ღ✿。在地球实验室上面无法达到的极端条件★ღ✿,在这个“宇宙实验室”中都可以找到★ღ✿。
根据理论预言★ღ✿,银河系中应当有上千亿个黑洞★ღ✿,但至今我们只发现了 20 多个★ღ✿,为什么那么多黑洞没有被找到呢?主要是因为方法的限制★ღ✿。以前用X射线搜索★ღ✿,这种方法并不全面★ღ✿,漏掉了很多黑洞★ღ✿。有了LAMOST以后★ღ✿,通过光谱多普勒效应监测大批恒星移动★ღ✿,若恒星运动呈周期性摆动★ღ✿,就能推测它是围绕着一个不发光的致密天体比如黑洞★ღ✿、中子星在运动★ღ✿。
LAMOST 单次可观测 20 平方度内的 4000 个目标★ღ✿,据此★ღ✿,科研人员发起了 “黑洞猎手” 计划拉斯维加斯游戏★ღ✿,专门来搜索这类天体★ღ✿。例如★ღ✿,我们对 3000 个恒星累计进行了 40 个小时的观测★ღ✿,就幸运地发现了一个黑洞★ღ✿,如果用普通望远镜来做这样的工作要花 40 年★ღ✿。这就是大科学装置带来的革命性的效率提升拉斯维加斯游戏★ღ✿。目前该计划仍在持续发现新黑洞与中子星★ღ✿。
LAMOST 还带领科研人员开展了一场激动人心的“宇宙考古”★ღ✿。第一代恒星是宇宙黑暗时代结束后的“第一缕曙光”★ღ✿,主导早期宇宙化学演化★ღ✿,但它们寿命极短★ღ✿、直接观测到的概率极低拉斯维加斯游戏★ღ✿。天文学家通过寻找金属含量不足太阳百分之一的恒星(诞生于第一代恒星死亡后的气体云★ღ✿,化学成分保留第一代恒星演化特征★ღ✿,类似 “活化石”)研究第一代恒星★ღ✿。
通过 LAMOST 光谱★ღ✿,科研人员找到了这样一批贫金属星候选体★ღ✿,并结合更大的望远镜后续观测★ღ✿,发现了一颗质量达太阳 260 倍的第一代超大质量恒星的化学印记★ღ✿,它是一个对不稳定超新星★ღ✿,质量高达太阳的 260 倍★ღ✿。这种研究方法就是我们说的“银河系考古学”★ღ✿。
LAMOST 甚至还给我们绘制出了银河系的“尘埃地图”★ღ✿。星际尘埃是银河系中的重要组成部分★ღ✿,它会吸收和散射星光★ღ✿,改变天体的亮度★ღ✿、颜色★ღ✿,就像一层迷雾遮挡星光★ღ✿,这被称为消光效应★ღ✿。不同波长的光★ღ✿,消光程度不同★ღ✿,其变化规律就叫做消光曲线拉斯维加斯游戏★ღ✿。
科研人员结合 LAMOST 测得的数百万颗恒星参数与 Gaia 卫星数据★ღ✿,通过机器学习确定 1.3 亿颗恒星的消光曲线★ღ✿,构建首幅覆盖全天★ღ✿、深度达 16000 光年的银河系三维尘埃消光分布图★ღ✿,首次实现银河系尘埃分布与消光规律的三维测绘★ღ✿,助力天文学家清晰探索银河系★ღ✿。
宇宙奥秘无穷★ღ✿,LAMOST 这类国之重器是探索星空与宇宙的“眼睛”★ღ✿,也许下次当你抬头仰望星空的时候★ღ✿,看到的不仅仅是璀璨的群星★ღ✿,还有一个正在被中国科学家一步步解码的更加壮丽的银河★ღ✿。