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崔向群:让“巡天之眼”傲视苍穹

日期:02-02
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版面:第B02版:扬眼纪实       上一篇    下一篇

  崔向群赴英国 Jodrell Bank 射电天文台访问学习

  王亚男、苏定强、王绶琯、崔向群在建设中的LAMOST台址合影

  LAMOST主动反射改正镜,由24块1.1米六角形镜拼接

  2012年,崔向群在第28届IAU大会开幕式上致辞

  (上接B1版)

  1995年,王绶琯、苏定强、褚耀泉、崔向群、王亚男五位科学家共同发表了《一类大规模光谱巡天大型施密特望远镜的特殊装置》一文,对LAMOST的总体方案进行了系统的描述,为LAMOST的具体设计和研制奠定了重要的基础。之后又经多次探讨和比较分析,LAMOST台址定在燕山深处的国家天文台兴隆观测站。

  1996年10月,LAMOST项目工程指挥部成立,项目总经理为苏洪钧。两年后,崔向群被正式聘为LAMOST项目总工程师。作为总工程师,崔向群直接领导LAMOST望远镜的设计和研制工作,并亲自承担了其中最重要也是最难的主动光学工作。她清楚地知道,主动变形镜的实现是LAMOST成败的关键。

  崔向群和苏定强一起,首次提出了一种新型的主动光学方法,即薄变形镜面和拼接镜面相结合的主动光学技术。这成为国际上继美国的拼接镜面主动光学和欧洲大口径超薄镜面主动光学之后的第三种主动光学技术。他们还在国际上首次成功地实现了六角形主动变形镜,以及在国际上首次在一个光学系统中成功地同时采用两块大口径的拼接镜面。

  崔向群除主持整个项目的研制外,还作出了一系列重大决策,并亲自负责决策的执行。为验证和实现自主创新的曲面不断变化的主动反射面光学系统的设计方案,她带领项目组进行相关探索与试验,在南京建造了一块MA镜和一块MB镜的室外主动光学实验装置。这相当于1m口径的LAMOST,包括了光机电各个系统,因此被称为“小LAMOST”。

  这个“小LAMOST”于2004年12月在南京通过验收和鉴定。这是国际上第一架采用主动光学技术的反射施密特望远镜,实验验证了中国创新的镜面曲面不断变化的光学系统,攻克了大口径薄镜面主动光学的关键技术。这一成果随后被成功应用于LAMOST,为实现拼接镜面主动光学技术和薄镜面主动光学技术迈出了决定性的一步。

  LAMOST的另一项极为关键的技术是光纤定位系统,它要求把4000根光纤在较短的时间内精确对准各自的观测目标。为了解决这一难题,项目组征集了10余个光纤定位系统的方案。最终,中国科学技术大学提出的“分小区并行可控式光纤定位”方案被采用。

  技术攻关完成后,工程决战随即打响。2004年6月,LAMOST观测楼在国家天文台兴隆观测基地开工建设。不到一年的时间,燕山深处,一座观测楼拔地而起。远远望去,这个洁白壮观的建筑在苍翠的山脉中显得格外耀眼。

  2005年9月,LAMOST首件大型设备MA机架从南京天文光学技术研究所启运至兴隆观测站,顺利完成安装任务,各项指标均达到设计要求。接着,LAMOST项目全面进入现场安装调试阶段。

  2006年,整个项目又顺利进入光机电联调阶段。

  2007年5月28日凌晨3点,正在调试中的LAMOST喜获首条天体光谱。随着调试的进展,观测系统成功得到了120多条天体光谱。这标志着项目各个系统已全部调通,并达到了设计要求的技术指标。

  初战告捷之后一年多时间里,LAMOST项目在小系统的基础上将两块大镜面的子镜数扩展至24块和37块,将光纤数扩展至4000根,将光谱仪数量扩展至16台。

  LAMOST胜利在望。

  时任全国人大常委会副委员长的路甬祥获此消息后高兴地说,令我感到欣慰的是,这样一个在国际科学界都值得自豪的创新工程,是在一位女性科学家长达13年的艰苦投入和技术领导下,突破关键技术障碍所实现的,其中的创新、敬业、执着精神也堪称典范。

  投向苍穹

  LAMOST望远镜被冠名为“郭守敬望远镜”

  2008年10月16日。历经三代建设者的艰苦努力,国家重大科学工程——LAMOST终于全面建成。这一天,国家天文台兴隆观测基地迎来了40周年诞辰的纪念庆典。也在这一天,国家重大科学工程——LAMOST项目的落成典礼隆重举行。

  苏定强、崔向群等天文学家和建设团队人员一早来到燕山顶上,他们要把自己的心血之作——LAMOST望远镜投向苍穹,献给祖国。遗憾的是,王绶琯因身体原因没能前来参加。

  中国科学院常务副院长、LAMOST工程管委会主任白春礼,中国科学院院士、LAMOST发起人之一苏定强院士,LAMOST国际评估专家组组长理查德·艾利斯等国内外领导和嘉宾出席仪式并讲话。接着,白春礼、诺贝尔物理学奖获得者里卡多·贾可尼、苏定强、国家天文台台长严俊共同开启LAMOST圆顶。

  LAMOST项目总工程师、国家天文台副台长、南京天光所所长崔向群为前来参加典礼活动的国际评估专家作了扼要讲解。

  热情而响亮的声音回荡在燕山山脉,撞击着现场每一个人的心,他们为之激动着、兴奋着。

  介绍结束后,领导与嘉宾参观了建成的LAMOST望远镜圆顶室和观测室,对正在运行中的LAMOST望远镜予以高度评价。LAMOST的技术顾问亚丁·梅内尔已经80多岁,不方便前来,特意嘱咐他的女儿代表他参加了落成典礼,还说,我要是年轻一点,一定会在兴隆与你们一起经历这架新概念望远镜建成的令人激动的时刻。主动光学之父雷·威尔逊因腿不方便没能参加落成典礼,他的夫人代他前来致辞。致辞中说,LAMOST涵盖了最先进的现代望远镜技术的每一个方面。前英国剑桥大学天文研究所所长,美国加州理工学院技术研究所天文学部教授理查德·埃利斯说,现在中国天文界在大视场光谱巡天方面占据了强有力的位置,国际天文同行很羡慕中国可以充分利用这些新的光谱巡天观测结果。

  LAMOST望远镜的建成,不仅在国内外天文界引起强烈反响,也引起了广大天文爱好者的关注与热盼。考虑到科普工作的需要,国家天文台于2010年4月17日将LAMOST冠名为“郭守敬望远镜”。

  时任中共中央政治局委员、国务委员刘延东出席了冠名仪式,并为“郭守敬望远镜”揭牌。她高度肯定了LAMOST已取得的成就,并指出把LAMOST望远镜命名为“郭守敬望远镜”,既是对我国古代天文学先贤的颂扬,也确立了LAMOST望远镜在当代的崇高地位,不仅可以使我们现代人和后人铭记中国古代天文研究史上曾经有过的辉煌,更能激励当代的天文科技工作者奋起直追,勇攀世界天文研究的高峰。

  2011年10月,LAMOST启动先导巡天。2012年9月,LAMOST进入为期五年的正式巡天阶段。2015年3月,LAMOST向全世界公开发布首批巡天光谱数据,截止到2015年5月底,已经获取了575万条光谱数据,成为全世界光谱获取率最高的望远镜。

  科学家利用LAMOST数据大样本的优势,取得的一些成果直接向传统理论发出了挑战,甚至颠覆了一些沿用多年的“权威理论”。例如,发现银河系盘星的新运动模式并非曾经普遍认为的简单圆周运动;利用LAMOST数据精确测量了太阳的本征速度,改正了之前低估近二分之一的速度。天文学家希望利用这些发现,对银河系进行更深入的研究。这一系列的研究成果彰显了LAMOST数据在天文科学研究中的价值和意义。

  高光时刻

  “LAMOST”成就新中国天文光学里程碑

  2012年8月,对于苏定强、崔向群两位院士来说,是他们人生中最为高光的时刻。国际天文学联合会第28届大会开幕式8月21日在北京国家会议中心开幕。这是中国首次承办联合会大会,不愧为国际天文学界更是中国天文学界的一件盛事。崔向群院士以中国天文学会理事长的身份在开幕式上致辞。苏定强院士作为国内外著名天文学家在开幕式上作学术报告。

  更让他俩和参会者们倍感荣幸与兴奋的是,时任国家副主席习近平出席开幕式,并发表热情洋溢的致辞。致辞中,习近平特别指出,中华人民共和国成立以来、特别是改革开放以来,中国科学院建成了完整的现代化天文台站运行体系,继建成世界上光谱获取率最高的大视场光谱巡天望远镜之后,目前正在建设五百米口径射电望远镜,并在空间天文和南极天文等重要前沿研究领域取得重要进展。

  这里讲到的“大视场光谱巡天望远镜”,简称“LAMOST”,就是苏定强、崔向群在天文学领域中取得的重要成果之一,也是新中国天文光学事业中两个里程碑之一。

  而新中国天文光学事业中的两个里程碑——2.16m望远镜和大视场光谱巡天望远镜,苏定强和崔向群是主要的研制者和参与者,他们见证了新中国天文望远镜研制的创业与发展历程,同时也在继续创造和见证着新的奇迹。

  2023年3月31日,中科院国家天文台发布“郭守敬望远镜”LAMOST数据集。该数据集包含2229万余条光谱数据,是目前国际上其他巡天望远镜发布光谱数之和的2.9倍。至此,LAMOST成为世界上首个发布光谱数突破2200万条光谱数据的巡天项目。在全球25个主要地面光学望远镜的科学产出排名中,LAMOST位列第四,在全球10个口径6m以上的中大型望远镜科学产出排名中,LAMOST位列第三。用LAMOST的光谱数据发表的文章中,国外天文学家越来越多,占比已经接近一半。天文学家利用LAMOST数据在前沿领域取得了一系列有影响力的研究成果。

  在银河系结构与演化方面,利用LAMOST数据大样本优势给银河系“重新画像”,银盘半径大小两次被刷新,从增大25%,到增大到一倍,使天文学家重新审视星系形成及宇宙演化的一般规律;利用LAMOST数据对太阳附近的暗物质密度进行了重新估算。这对寻找暗物质粒子、理解暗物质在银河系中分布具有重要意义。

  在恒星物理研究方面,精确估算了上百万颗恒星的年龄,使具有精确年龄的恒星样本增加了一千倍,为银河系演化研究提供了基础数据;首次测量了近700颗系外行星的轨道偏心率和倾角。发现约八成的行星轨道都如同太阳系的近圆形轨道。表明太阳系在宇宙中并不是一个特例而是具有一定代表性的。在某种程度上增强了人类寻找另一个地球和地外生命的信心。

  在特殊天体搜寻方面,发现了万余颗金属含量低于太阳百分之一乃至万分之一的贫金属星,构建了世界上最大的、适合现有大望远镜跟踪观测的宇宙化石样本。同时,发现了一批极其稀有的、锂元素丰度超过正常值上百倍的小质量贫金属星,对其结构和演化提供全新的理论研究视角。

  在捕获来自遥远宇宙信息方面,截至2023年,LAMOST类星体巡天成为世界上发现类星体数目第二的巡天项目,仅次于美国斯隆数字巡天(SDSS),已超过澳大利亚两度视场巡天(2dF),为研究类星体光谱变化、发现特殊类星体等研究工作提供了丰富的光谱数据。

  如此多的成果,让崔向群兴奋不已。每次成果发布,她的第一反应是,要把这些好消息立即告诉苏定强。在电话中,苏定强总是以非常平和的口吻对她说,这些消息固然令人高兴,但这样的好消息,或者说更大的好消息,一定会随着时间的推移越来越多。

  崔向群知道,苏定强的话语中蕴含着自豪与自信。这时,她透过办公室的玻璃窗,看着紫金山上的那座熟悉的天文观测台的穹顶,似乎也看到兴隆观测站LAMOST的穹顶……

  高远的太空,永远的追求。这几年,崔向群往返于南京与北京之间,确切地说,她往返于两地天文观测站之间,继续着她钟爱一生、奉献一生的天文事业,让更多的“巡天之眼”挺立大地、傲视苍穹,造福于人民,贡献于人类。