郭守敬望远镜： 换个“看法”也不错
http://www.stdaily.com/cxzg80/kejizixun/2017-08/23/571286/images/6205a562100f487fa431f8d057d28ffe.jpg本报记者 刘亚东摄http://www.stdaily.com/cxzg80/kejizixun/2017-08/23/571286/images/a0f139f6bf824d7c8f82491c6bd96a7b.jpeg
郭守敬望远镜直径6米的主镜由37个六边形镜坯单元组成，它们是这个我国最大口径光学望远镜的核心部分。图片来自网络
在如何建设12米口径大望远镜的争论中，郭守敬望远镜躺枪了。这个我国迄今口径最大的光学望远镜屡屡被作为一个不太成功的案例提及。到底该如何评价它？参与该项目十年的研究人员有话说。
郭守敬望远镜（LAMOST）一直都是中国天文学家心中解不开的结——它是中国人主导的最大规模的天文巡天项目，在银河系研究领域走在了世界前列；它又是一个完全没有实现最初科学目标的项目。看到前一点的天文学家们会称许它的成功，看到后一点的则指摘它的失败。到底如何评价它， 是失败了还是成功了，我们从中领悟到了什么？系统总结整个项目的经验和教训对今后中国规划大科学装置有着重大参考意义。
■沉沦
星系巡天曾是LAMOST的首要目标。然而，热切的希望被残酷的现实浇灭。由于观测极限星等远低于计划值，LAMOST实际获得的河外天体光谱数仅为原计划的2%。
总体而言，LAMOST项目的经历如同坐过山车，从高端直堕低谷，再自低谷死而复生。
1997年立项期间撰写的LAMOST《项目可行性研究报告》提到，望远镜要“……达到每三年107个光谱的高生产率……在研究宇宙学、星系和恒星天文学中不断地有新的发现”。在具体阐述研究目标时，“宇宙大尺度结构”是其首要、重点目标。大多数中国实测和理论天文学家都曾经对此寄予厚望。直到2009年，项目的首要目标仍然为“包括北、南银冠区各250万个星系的巡天，150万个亮红星系巡天和约100万个类星体的观测”。然而到了2012年前后，测试观测和先导巡天的结果彻底打碎了这部分天文学家的梦，热切的希望瞬间被残酷的现实浇灭。
天文学家面临的现实情况是： 望远镜无法实现既定目标，因为极限星等只能达到约18等，远低于计划的20.5等，探测极限仅仅为计划的十分之一。由于河外天体大多很暗，这样的探测能力根本无法对其开展有效观测。截至2017年6月，LAMOST实际共观测了上百万河外天体，但最终仅获得了15万个星系和5万个类星体有效光谱，仅为原定千万河外天体光谱的2%！和SDSS这个2.5米望远镜相比，它获得的星系光谱数目小了将近一个数量级。而SDSS已经在2010年完成了为期十年的巡天，在宇宙学和星系形成与演化等领域取得大量具有划时代意义的科学成果，并在2009年被评为最具影响力望远镜，就连“网红”哈勃空间望远镜也甘拜下风。在这样的背景下，完成星系、宇宙学的初始科学目标成了不可能完成的任务。
造成实测极限星等较差的原因是多方面的，但大体上无外乎两个方面：望远镜设计、安装没有达到原定指标；望远镜台址的气象条件不符合原定设想。
《可行性研究报告》中提到，当视宁度为3角秒、天光亮度为21等／平方角秒时，LAMOST对于20.5等亮度的恒星信噪比仍可达到11.7。一般认为，信噪比超过10时光谱是可用的。实测中，在上述台址条件下，LAMOST并没有达到这一指标。仪器状态极端好的情形下曾经达到过极限星等19等。但这不具备实际价值，因为一年也没有几个晚上有如此好的运气。而LAMOST所在地河北兴隆常年监测数据表明视宁度平均在2角秒左右，无月夜的时候天光亮度也在20.5—21等/平方角秒，这与立项时对台址的预测差别不大，因此台址显然不能为观测性能下降背锅。
此外，《可行性研究报告》中提到测天体的总效率，即天体单位时间发出的光子经过镜面反射、穿过光纤和光谱仪，在CCD器件上最终检测到的比例要达到16%。而实际上在开始巡天的头两年总效率仅能达到1%—3%， 这么大的差距显然也不能全怪台址。
遗憾的是LAMOST运行6年多来没能形成一份客观、科学的技术分析报告，详细地阐述哪些问题是由于光学设计、安装调试等造成的，哪些是由台址造成的。因此，这个锅由谁来背始终难以定论。但是在没有科学依据的前提下，简单地把所有问题推给台址显然是有失公允的。
■蜕变
在国内外专家的不懈努力下， LAMOST蜕变为一台脚踏实地、给银河系做“星口普查”的望远镜。按照它的观测能力，北半球天空仍然有一亿左右的恒星可供观测，它们中的99.99%都没有光谱数据。这仍然是一项世界级的工作。
恒星光谱的观测最初只是LAMOST巡天的一个很小的附属目标。自2007年起，这个小目标开始正式进入视野。2012年正式巡天开始之前，LAMOST巡天策略逐渐由宇宙大尺度结构为重点转变成了河外天体和恒星各占一半。而第三个科学目标多波段天体证认因为涉及观测源较少，对整体巡天策略影响较小。在当时，这实在是一个无奈的选择，因为看不到比SDSS巡天更暗的星系，如果恒星也不看，那LAMOST就可以直接搬进博物馆了。为此，LAMOST低分辨率光谱仪专门进行了改进，使得分辨本领有了一定提升，以“兼顾”恒星观测。
尽管18等的极限星等依然对解决很多银河系的科学问题有很大掣肘，但在北半球天空仍然有一亿左右的恒星可供观测，它们中的99.99%都没有光谱数据。这么巨大的光谱样本仍然是一个世界级的工作。为了深入探讨LAMOST开展银河系巡天的科学意义，一个中美合作小组陆续开展了4年的预研，最终于2012年将有关银河系巡天的科学目标和巡天计划汇总成论文，发表在《天文学和天体物理学研究》上。
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