【开栏语】

习近平总书记在广东视察时强调，实现高水平科技自立自强，是中国式现代化建设的关键。科技创新对当今中国而言，不仅是发展问题，也是生存问题。然而，推动重大科技创新的利器，要不来，买不来，讨不来。

工欲善其事，必先利其器。发展建设国之重器，对推动我国经济科技高质量发展、保障国家安全意义十分重大。

中国智慧何以打造国之重器？即日起，南方+客户端推出《重器风华》系列主题报道，立足尖端科研、重大基建、健康保障等领域，探访一系列大国重器建设现场，对话参与建设的当事人、亲历者，解码大国重器的“硬核秘籍”。敬请垂注！

日前，中国科学院国家天文台研究员赵刚团队观测到了一颗古老的特殊恒星，首次证实了第一代恒星的质量可以达到260倍太阳质量，对恒星考古意义非凡。这一发现的“幕后功臣”，便是专注于光谱观测的郭守敬望远镜（LAMOST）。

LAMOST，为“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”的英文简称，是中国天文学家自主研制的大视场兼大口径的新型光学望远镜。LAMOST发布光谱数和恒星参数星表数量已连续十年稳居世界第一，它通过亮眼的观测成绩，久居世界“光谱之王”的位置。

十年巡天，遍览星河。回顾LAMOST观星历程，它取得了哪些重要成就？推动了哪些重要的天文发现？已取得丰硕成果的它，未来又将走向何方？南方+记者专访LAMOST运行和发展中心常务副主任、中国科学院国家天文台研究员赵永恒带来独家解读，并邀请了中国科学院国家天文台副研究员邢千帆分享其依托LAMOST数据发现的最新成果。

（“光谱之王”LAMOST专题采访，时长共3分08秒）

揭秘最古老恒星的“光谱之王”LAMOST，未来如何进阶？

01

最新研究：

LAMOST揭秘宇宙最古老恒星遗迹

近日，一篇发布在《自然》上的研究为天文学家恒星“考古”带来了新进展。中国科学院国家天文台研究员赵刚团队在银河系晕的一颗特殊恒星中，发现了260倍太阳质量的第一代超大质量恒星演化后坍缩形成的“对不稳定超新星”（PISN）存在的化学证据。

这项研究的发现离不开LAMOST获得的海量光谱数据。

光谱如何与恒星研究产生联系？光谱就像物体的名片，它可以告诉我们物体的组成成分。比如，通过分析太阳光，我们可以知道太阳由哪些元素组成。根据光谱来鉴别物质并确定它的化学组成，这种方法叫做光谱分析。当光谱分析应用于天文学，结合LAMOST获取的恒星光谱，便可以帮助科学家探索恒星的元素组成和元素丰度。

该论文第一作者邢千帆提到，上世纪六十年代，“第一代恒星质量可以达到太阳质量的数百倍”的理论猜想已被提出，但人们一直未能从观测上发现相关证据。

这是因为第一代恒星的寿命太“短”， 直接观测到第一代恒星的难度极大，直到今天，天文学家仍未在观测上真正看到过第一代恒星。

“早在130多亿年前，绝大部分第一代恒星就以剧烈的超新星爆发的形式结束了一生。”邢千帆说。超新星爆发，即某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。此过程将会反应产生新的金属元素，这些释放的金属元素被第二代恒星继承并保留了下来。

“在LAMOST获得的500万条光谱数据中，我们挑选了5000多颗镁元素含量异常低的恒星。之后通过与日本昴星团望远镜开展联合观测，研究团队基于高分辨率光谱数据，从这些恒星中找到了这颗特殊的恒星，并确认了其中钠、锰、钴等十几种元素的含量。”邢千帆说，“这颗恒星的种种化学基因特征与PISN理论计算结果高度吻合。因此，天文学家认为这是一颗保留了PISN化学遗迹的贫金属星，为一直以来未能露面的第一代超大质量恒星及其演化形成的PISN提供了清晰的观测证据。”

邢千帆表示，它是现在能够直接观测到的最古老的恒星，数量极其稀少。得益于LAMOST极高的光谱获取效率，天文学家对银河系开展了人口普查式的巡天，获取了大量的恒星光谱数据，增加了光谱样本覆盖到特殊恒星的概率，让天文学家有幸能够找到这颗罕见的恒星。

只有对恒星的观测覆盖面足够广，才能更全面地了解银河系历史。邢千帆表示，有些恒星在银河系边缘，覆盖到这些恒星难度比较高。“这时，就需要LAMOST的普查本领，帮助我们发现更多边缘的恒星。”

02

十年回顾：

斩获千万量级光谱，为银河系“画像”

上述研究发现，仅是LAMOST相关研究成果的冰山一角。

LAMOST兢兢业业地观测着银河系中的星星，不断刷新着光谱数据的世界纪录，天文学家借此为银河系“画像”，让我们有机会一窥银河系的更多秘密。

郭守敬望远镜（左）（2016年7月15日摄）。

在十多年前，银河系只有较少的天体获得过光谱数据。LAMOST在设计时的技术创新——4000根光纤并行可控的快速定位技术，使LAMOST成为全世界光谱获取率最高的望远镜。它可以同时观测几千个天体，在科学上开创了大规模光谱巡天的先河。

LAMOST在完成为期一年的先导巡天后，于2012年9月28日正式开启了第一期五年巡天，一步步走上了“光谱之王”的位置。

巡天第七年，LAMOST获取光谱数据量达到约1125万，成为世界上第一个获取光谱数突破千万量级的光谱巡天项目，这对LAMOST巡天而言是具有划时代意义的里程碑事件。

2023年3月31日，中国科学院国家天文台发布了LAMOST自先导巡天至2022年6月观测获取的光谱数据共2229万条，其中，中、低分辨率光谱均突破千万。LAMOST成为世界上首个发布光谱数突破两千万的巡天项目。

LAMOST创造了多个世界纪录，其发布的光谱数和恒星参数星表数量，迄今已连续十年稳居国际第一。

“天文是一个观测学科，只有看得足够多，才能找到里边各种好玩的、奇怪的事物。”赵永恒说。

LAMOST两千万量级的光谱数据对于绘制银河系“画像”意义重大。借助LAMOST，天文学家不断获得新的发现，刷新着人类对银河系的认知。

如何找到银河系中的 “星际移民”？

依托LAMOST的数据，天文学家揭开了银河系内重元素（金、铕、铀等）超量恒星的“身世”之谜，为基于化学DNA识别银河系中的“星际移民”提供了新的线索。

银河系“小时候”是什么样子？它是如何“长大”的？

天文学家利用LAMOST的光谱数据和欧空局盖亚卫星（Gaia）观测到的恒星位置、距离和运动数据，获取了银河系迄今最为精确的25万恒星的年龄信息，从时间轴上清晰还原了银河系幼年和青少年时期的成长史，刷新了人们对银河系早期形成历史的认知。

银河系家园有多大？

天文学家借助LAMOST数据两次刷新了银盘的大小，发现人类居住的家园银河系比之前认识的大了一倍。

银河系晕长啥样？

LAMOST大样本的光谱数据给出了答案——银晕是个内扁外圆的“胖子”。

除了为银河系“画像”，LAMOST也帮助天文学家搜寻着茫茫星海中那一抹特殊星光。如上文中提到的，目前观测到的最古老的、保留了PISN化学遗迹的贫金属星；还有，天文学家通过LAMOST的观测数据发现了一颗当时人类已知锂元素丰度最高的恒星，被称为“宇宙最大的充电宝”。

偶尔，LAMOST也会极力远望，看向宇宙深处。它发现了4.2万余颗类星体，并估算出其中心黑洞的质量，对河外星系的研究同样作了重要贡献……

03

来日可期：

LAMOST有望创造上亿量级光谱纪录

回首过往，LAMOST记录和见证了我国第一个天文类重大科技基础设施的发展历程。在LAMOST成绩斐然之时，再次回顾它的成长经历，对今后规划大科学装置有着重要意义。

“2009年，LAMOST通过国家验收，此后便进入了精密调试和科学试观测。试观测就是用来判断它的科学目标是否合理。”赵永恒说，“在2011年，LAMOST开始了为期一年左右的先导巡天，此时，我们一直在和科学家们讨论，这台望远镜的观测时间该如何分配。最终决定将立项时的核心科学目标进行调整，研究银河系结构和演化被调整为第一核心科学目标。”

因为在当时，世界上还未有过大规模银河系巡天，若是专注于银河系巡天，LAMOST有望在该领做出最出色的观测成果。“这并非意味着其他观测任务不再进行，但是观测的时间分配和侧重点发生了变化。”赵永恒说。

从1996年项目启动到2011年先导巡天，十五年间，天文科学研究一直发生着变化。进入21世纪以来，银河系研究掀起了全球性高潮，在此机遇下，LAMOST银河系巡天的数据价值日益凸显。

自LAMOST方案设计初期便参与其中的赵永恒评价，验收后的十年，这座巍峨的LAMOST走过调试的艰辛，跨越测试的难关，蹚出了一条从无到有的巡天之路。无论在获取光谱数据量还是高显示度的研究成果方面，它都交上了一份收获颇丰的答卷。

过去的答卷如此精彩，LAMOST能否延续辉煌，甚至创造新的奇迹？

如今，LAMOST二期正筹划着搬家——跨越2500公里去青海冷湖。

1958年，北京天文台第一任台长程茂兰筹划在北京周边兴建天文台，北京周边的兴隆晴夜数多、夜天光背景暗、大气稳定，符合台址要求。因此，上世纪60年代初便在兴隆建观测站。2008年，LAMOST也落户兴隆。

无奈随着时间的推移，兴隆站发生了不少变化，影响了天文观测的效果。“一方面由于气候变化，如今兴隆的晴夜数在减少，这意味着可用于天文观测的时间变少了；另一方面，兴隆县城越来越亮，光污染变强，这就导致许多暗的星星看不到了。以上种种因素削弱了LAMOST的科学效能。”赵永恒说。

而冷湖拥有大量的晴朗夜空，并进行了暗夜保护，可以称得上是一片“天文沃土”。

除此以外，还有一个重要因素，那便是冷湖绝佳的视宁度可到达世界级水平。光学视宁度无疑是天文观测中最受关注的台址参数。视宁度反映了大气的稳定性，通俗来说，视宁度越好（数值低），大气就越稳定，星星眨眼越慢，这时星象就越清晰。

“兴隆的视宁度平均2角秒，而冷湖的视宁度在0.75角秒附近，与目前公认的最佳天文台选址夏威夷大岛天文台的水平相当。”赵永恒说。

如果搬去冷湖，有望让LAMOST的光纤数量有望破万。赵永恒解释：“冷湖的视宁度优于兴隆两倍多，相当于星象清晰了两倍多。目前，在兴隆的16台光谱仪能放4000光纤，搬过去时可换成1角秒光纤，光纤变细，那么数量就能翻倍到8000。”

如此大体量的望远镜，搬家难度高吗？事实上，LAMOST在最初设计时就具备前瞻性，考虑到了未来可能换址的情况。“现在LAMOST的61块1.1米六角形光学镜面都是拼接组合，每年做镀膜时会进行拆装。搬家相当于各部件拆分后换地方组装，难度不算高。”赵永恒说。

若是搬迁后，LAMOST光谱仪的数量拓展、望远镜口径提升，LAMOST的巡天效率将进一步提高。最终，巡天规模有望实现从千万条光谱突破至上亿条光谱。

“千万级的光谱数据纪录由中国创造，希望未来上亿的光谱数据也由我们创造。”赵永恒展望，“现在，LAMOST处在光谱巡天望远镜的国际第一梯队，大家都是你追我赶的状态。若LAMOST搬迁后的扩建设想得以实现，它将在世界上处于绝对领先优势，可以做到力压群雄。”

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【统筹】罗彦军 胡念飞 王会赟

【策划】吕虹 徐勉

【采写】南方+记者 段江含

【剪辑】南方+记者 周鑫宇

【图源】中国科学院国家天文台 新华社