天博创新引领中国天文光学仪器的发展—新闻—科学网

紫金山天文台一名老天文学家回忆说：上世纪50年月初，台长张钰哲师长教师思量我国天文学成长计划时夸大 中国天文学确当务之急是造就人材以及研制天文仪器 。回首我国研制天文仪器的汗青，恰是从上个世纪50年月最先的。

2012年，崔向群于北京第28届IAU年夜会揭幕式上。

1950年摆布，杨世杰颠末吃苦研讨，于中国起首把握了天文镜面磨制技能，并在1956年于紫金山天文台研制成我国第一台千里镜 13厘米施密特千里镜。1958年南京天文仪器厂建立（1991年改名为中科院南京天文仪器研制中央，2001年整合为南京天文光学技能研究所以及南京天文仪器公司），我国天文界最先组建专业天文仪器步队，从数十人成长到数百人，进入自立成长天文仪器的时代：1964年胡宁生设计研制成43厘米/60厘米我国第一台人造卫星千里镜、1968年苏定强带领研制成中国第一台Lyot滤光器（双折射滤光器）、1968年60厘米千里镜建成并安装于兴隆不雅测站，随后70年月至今我国研制的天文仪器重要有：

（1）光学天文仪器 光电等高仪、天顶筒、太阳色球光球千里镜、太阳塔、太阳光谱仪、日蚀光谱仪、太阳邃密布局千里镜、太阳磁场千里镜、1.26米红外千里镜、1.56米千里镜、2.16米千里镜、多通道太阳千里镜、低纬子午环，人造卫星激光测距仪体系、6米年夜天区面积多方针光纤光谱天文千里镜LAMOST（郭守敬千里镜）、1米真空太阳千里镜NVST、太阳多波段发作千里镜ONSET；1.2米近地天体千里镜、南极巡天千里镜CSTAR以及AST3；

（2）射电天文仪器 氢原子钟、小铯钟，守时型铷喷泉钟，基准型铯喷泉钟、光学频次原子钟；密云多天线太阳射电干预干与仪、米波综合孔径射电千里镜、13.7米毫米波射电千里镜、中国甚长基线干预干与丈量体系VLBI、65米射电千里镜（天马）、明安图射电频谱日像仪MUSER、500米球面射电千里镜FAST（天眼）；

（3）空间天文仪器 暗物资探测卫星DAMPE（悟空）、硬X射线调制千里镜HXMT（慧眼）、太阳H 光谱探测与双超平台科学技能实验卫星 羲以及号 ，和本年10月初发射的进步前辈天基太阳天文台ASO-S 一批地面光学、射电以及空间天文仪器于研制或者预研中。

我国天文界经由过程这短短60多年的前仆后继以及奋力拼搏，使我国的天文仪器履历了从无到有，从小到年夜，从单一到各类不雅测装备，从光学到射电，从地面到空间的周全成长，此中部门到达了世界进步前辈以至前沿的程度。迄今为止，我国的天文不雅测重要是依赖本身研制的这些天文仪器。需要夸大的是：这些天文仪器年夜可能是于很是坚苦以及艰辛的前提下，和经费相对于较少的环境下研制成的，而且有思惟以及技能要领上的立异。

本文先容地面光学天文仪器。地面光学天文仪器不只于我国成长患上最早，立异也比力凸起。天体丈量仪器的代表是光电等高仪、人造卫星激光测距仪体系以及低纬子午环；太阳物理不雅测仪器最典型的是太阳磁场千里镜、太阳邃密布局千里镜，1米真空太阳千里镜NVST；天体物理不雅测仪器最凸起的是2.16米千里镜以及年夜天区面积多方针光纤光谱千里镜LAMOST。

光电等高仪

1958年王绶琯以及法国丹戎别离提出将光电记载要领用在棱镜等高仪不雅测的提议，但苏联学者巴浦洛夫以为长短常坚苦的。1963年，北京天文台李东明针对于法国丹戎棱镜等高仪存于的重要错误谬误，提出了运用对于称视栅光电要领来记载等高仪中双像星过等高圈时刻的道理的立异的等高仪方案。经南京天文仪器厂胡宁生创举性的设计，1971年光电等高仪研制乐成。光电等高仪到达国际进步前辈程度（不雅测精度0.16角秒以及极限星等11.3，均为国际上最高），为中国世界时体系的成立以及成长做出了孝敬。光电等高仪的研制1978年得到天下科学年夜会奖，不雅测以及研究成果获1989年中科院天然科学一等奖。于李东明的掌管下，光电等高仪1992年实现不雅测全主动化，获中科院科技前进二等奖。我国研制的数台光电等高仪中的一台，至今还于阿根廷事情。

II型光电等高仪。供图／上海天文台

太阳磁场千里镜

太阳磁场千里镜是北京天文台艾国祥立异提出的太阳不雅测仪器。重要特色是于Lyot滤光器上加电光晶体调制举行磁场丈量，可以举行磁场的纵场以及横场的丈量，并用太阳光球以及色球两条谱线举行双条理磁场以及速率场视频丈量。同期间的其他国际同类仪器都只用一条谱线，只能不雅测到太阳光球的磁场状况。太阳磁场千里镜的整体机能处在国际领先职位地方。这台中国天文学家自力发现以及研制的天文仪器由北京天文台艾国祥、胡岳风等与南京天文仪器厂等单元互助研制乐成，是今朝世界上开始进的太阳磁场不雅测装备，在1988年获国度科技前进一等奖。自1987年起，中国的太阳物理学家哄骗太阳磁场千里镜得到了年夜量世界一流的太阳光球矢量磁场以及色球磁场、速率场资料。这惹起国际太阳物理学家的极年夜器重，以为该仪器为今世国际太阳物理研究的主要东西。太阳磁场千里镜为太阳物理的研究事情做出了很年夜的孝敬，其研究结果获1994年中科院天然科学一等奖。

太阳磁场千里镜。供图／国度天文台怀柔不雅测站

2.16米光学千里镜

2.16米千里镜1989年建成后到2008年是海内最年夜的光学天文千里镜，是我国天体物理不雅测出�첩了许多结果的仪器。不只为我国天文学做出了凸起的孝敬，还造就了一多量天文仪器以及实测天体物理的专业人材。2.16米千里镜由中国科学院南京天文仪器研制中央、北京天文台以及主动化研究所互助研制的。这台千里镜是一架能举行各类天文事情的通用千里镜，包罗折轴体系以及卡塞格林体系。苏定强提出了一系列新的折轴体系，此中的一种乐成地用在2.16米千里镜的光学体系中，使2.16米千里镜成为国际上第一架卡塞格林核心与折轴核心共用统一块副镜的千里镜，被美国天文学家亚丁 迈内尔（Aden Meinel）定名为SYZ中继镜折轴体系，这类折轴体系同时也造成了一种优异的三镜体系，将用于中国12米千里镜中。

2.16米光学体系中的卡塞格林核心纠正镜的设计，象质显著跨越了其时外洋的同类设计，是用苏定强以及王亚男于1972年成长的评价函数的算法编写的国际上最早之一的光学主动优化设计步伐设计的。此算法其时于海内被质疑，但90年月至今已经于国际、海内遍及接纳。因为这类评价函数的算法以及计较机运算速率的提高，今朝已经经可以计较优化更多更好的天文千里镜光学体系。2.16米千里镜在1998年获国度科技前进一等奖。

年夜天区面积多方针光纤光谱千里镜LAMOST

LAMOST的基本思惟是王绶琯提出做超年夜范围光谱不雅测，转变国际上得到有缝光谱的天体数量其实太少的状况。为此，需要攻破通例得到一架年夜视场兼备年夜口径的千里镜。苏定强1986年提出用自动光学要领孕育发生镜面曲面外形持续变迁的通例光学不成能实现的光学体系，苏文中的例子之一就是将一个Arecibo型千里镜的事情区（照明区）及时转变为抛物面或者双曲面，1994年他与王绶琯互助起首用于了LAMOST的方案上，立异地解决了年夜视场千里镜（反射施密特体系）口径做不年夜的难题。详细是：LAMOST球面主镜固定，由反射纠正镜跟踪天体，不雅测中经由过程自动光学将反射纠正镜持续地变形为一系列差别的非球面，及时校订天体光入射角的持续变迁惹起的差别的球差，相称在造成一系列差别参数的千里镜光学体系。这是与国际上用自动光学来仅维持年夜镜面外形的千里镜差别的。LAMOST中最难的是，自动变形镜既是薄镜面又是拼镜面，且有两块年夜的拼接镜面。崔向群领导团队霸占了这一前人没有测验考试过的难题，实现了LAMOST的立异思惟以及方案，不只把握了，还进一步成长了年夜千里镜的焦点要害技能 自动光学技能。

俯瞰LAMOST。

需要申明的是：我国自立研制的世界上最年夜的单口径射电千里镜 500米口径球面射电千里镜 FAST，为了消弭其千里镜体系（主反射面）的球差，减小馈源仓的尺寸以及重量，1998年邱育海也提出了一样的立异思惟，行将镜面（主反射面）照明区的300米口径部门的面形及时自动持续变迁为抛物面。这也是与所有接纳了自动光学技能仅维持反射面外形的射电千里镜差别的，出格是与美国305米射电千里镜Arecibo的差别的地方。因而可知，我国的两项年夜科学装配LAMOST以及FAST于国际上具备自成一家的立异。

LAMOST最年夜的镜面6.67米 6.05米，光颠末的两块年夜镜面后，整个项目范围相称在一架8米的千里镜。LAMOST的视场5度，焦面直径1.75米（是至今最年夜的千里镜焦面）。LAMOST团队立异发现了并行可控双反转展转臂呆板人光纤定位新要领，可倏地切确定位年夜焦面上的4000根光纤（今朝的技能已经可放1万根以上），毗连16台光谱仪，每一次不雅测可得到至多4000天体的光谱。LAMOST于视场、口径、光纤数三项最主要的天体光谱巡天指标上均盘踞国际领先职位地方。2012年至今LAMOST已经经得到2000多万天体的光谱，揭晓文章1000多篇，援用跨越万次，助力中国天文于星河系布局与演化、恒星物理等研究范畴走到了国际前沿。LAMOST的建成惹起了国际天文界对于超年夜范围光谱巡天的高度器重，多架4米-11米千里镜的年夜范围光谱巡天规划已经建成或者于规划中。此中已经建成以及于研制的几个光谱巡天工程接纳了LAMOST立异发现的光纤定位新要领。

呼吁尽快制作12米光学红外千里镜

近来5年的诺贝尔物理学奖中有三次都是天文学获奖，申明天文学愈来愈主要。天文学因此不雅测为主的科学，2009年国际天文年因此记念伽利略发现天文千里镜400年提出的，表现了天文仪器对于现代天文学的主要性。近些年来，我国空间天文学上去了，FAST建成为了，LAMOST取患了年夜量天文结果，天文学有了显著的前进。但于我国光学天文方面，LAMOST是公用的光谱巡天千里镜，还很是需要年夜口径的通用精测千里镜，而我国的两架通用精测千里镜仅为2米级，与20世纪90年月到本世纪初，全球制作的14架8-10米的千里镜，和欧洲南边天文台正于制作的一架39米、美国于制作的一架24.5米以及一架30米的通用精测光学千里镜比拟较，咱们的差距是惊人的。这类状况强烈地危险着一个GDP为世界第二的年夜国形象，将严峻地制约中国天文成长。我国天文学急需一架12米年夜口径通用精测光学红外千里镜已经是天文界的共鸣。

12米光学红外千里镜模子。

需要夸大的是，中国天文光学仪器专家不是没有威力制作12米千里镜，而是彻底有威力的，由于经由过程LAMOST的乐成已经经成长了研制十几米以至更年夜的光学千里镜的技能。欧洲39米极年夜千里镜ELT的卖力人以及美国30米千里镜TMT的卖力人看了LAMOST后，都曾经暗示他们以为中国已经经具备自力研制30米级极年夜千里镜的威力。12米千里镜的焦点技能，即主镜子镜的磨制技能以及自动光学拼接镜面技能都已经是咱们的成熟技能并做好随时开建的预备。

LAMOST主镜，由37块1.1米六角形镜拼接而成。

LAMOST自动反射纠正镜，由24块1.1米六角形镜拼接。

12米千里镜技能难度不是很年夜，经费不是许多，研制时间也不是很长，我国又有很好的光学天文台址。于记念中国天文学会建立100周年之际，咱们回首汗青，瞻望将来，强烈呼吁尽快启动立项制作12米光学红外千里镜，使我国天文学康健成长，也为国际天文学作出孝敬。

本文选自《中国国度天文》10月刊

作者简介 ：

崔向群，中国天文学会第十一届副理事长、第十二届理事长，中国科学院院士，南京天文光学与技能研究所研究员。

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