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LAMOST:浑身都是高科技  

2009-07-02 14:13:00|  分类: 封面故事 |  标签: |举报 |字号 订阅

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镜面如同昆虫复眼 4000根光纤同时捕捉光谱信息
LAMOST:浑身都是高科技

http://www.thebeijingnews.com 来源:新京报
 
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MA由24个正六角形的镜面组成,看上去就像巨大的昆虫复眼。 
 
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镜面的后面有一些精密的机械装置和电线。 
 
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LAMOST镜筒的内部如同巨大的隧道。LAMOST官网
 
 
1 机房

干净,但无需防尘服

 

在整个建筑“中间柱”一层的电梯门口,我们套上了鞋套。LAMOST需要清洁的环境,但并不像大多数人想象的,需要换上整套的无尘工作服。国家天文台研究员王钢说,LAMOST收集的信息要输入光谱分析仪,光谱分析仪对防尘的要求非常严格,所以如果想进入那个仪器室就需要换上无尘工作服了。

 

我们乘电梯来到五层,然后从空中通道来到LAMOST建筑圆形的穹顶里。在这里,LAMOST的MA镜面静静潜伏,等待着入夜时把星光反射到球面镜MB上。王钢打开大灯,MA在这种“异形电影”式的光线中更显出了一些现代科技成果的雄壮感。

 

MA由24个正六角形的镜面组成,看上去就像巨大的昆虫复眼。每面镜看上去都很平,用“平滑如镜”根本无法形容,它们准确地反射着周围所有事物的影像,没有一点扭曲,只有表面上很细微的划痕给人以一点真实感。每块镜面的后面都有一些看上去很精密的机械装置和大量的电线。

 

2 镜面

受力之后可以变形

 

LAMOST的项目总经理赵永恒介绍说,这个项目采用了“薄镜面主动光学”技术。它由24块镜面组成,每块都被弄得很薄,厚度是25毫米,后面做了很多力作动器,给它施加力,这样它就会变形状。镜面用微晶玻璃做。它的受热膨胀系数很低,很适合做光学镜片,它在受力后可以变形,这可不是什么特殊性质,信不信由你,很脆的普通玻璃也是可以弹性变形的,当然这种改变很少,只有几个微米。当镜面指向天空不同地方的时候它需要的形状会变,我们就用这种主动光学技术让它保持应有的形状,它也可以校正由于重力、温度等造成的变形。同时,它也用了拼接镜面的主动光学技术。世界上8米的那个单镜面用了薄镜面主动光学技术,那个10米拼接镜面的用了拼接镜面主动光学技术,而LAMOST是世界上第一个同时使用薄镜面主动光学技术和拼接镜面主动光学技术的天文望远镜。在现场,王钢骄傲地说,以前国际上使用主动光学技术都是为了让镜面保持一定形状,我们用它来主动适应观测的需要,这也是个“世界第一”。

 

所有的镜面都固定在一个巨大的钢制桁架结构上,而这个结构由粗壮的电机带动,可以在两个轴上运动。在LAMOST建筑外的空地上,放着一堆磨盘大的六角形水泥块,是用来测试台架强度的。每一块的重量和一个镜面及其机械装置的重量相当———可见整个台架要受到多大的力。王钢说,光是把这个台架运到山上,就是一个大工程。

 

3 操作

光纤运动捕捉微弱星光

 

顺着长长的走廊,我们来到了焦平面装置的下面。虽然上面盖着防尘的纱布,但仍然可以清晰地看到它的结构。它给人的印象是一屉“高科技豆芽菜”。在一个圆形“筒子”的正面,密密麻麻地簇拥着无数椭球形的传感器头,后面连着长长的电线。赵永恒说,“焦平面装置”的用途是要得到很多星体的光谱,所以在这里使用了“多目标光纤光谱技术”,实际上就是同时可以拍多天体。这个装置有4000根光纤,可以同时收集4000个星体的光谱信息。更“高科技”的是,每根光纤后面有作动机构带着它走,这样如果光斑落在某根光纤附近,就可以让作动机构带着光纤正好对准到光斑的位置上。王钢指着焦平面上的四个圆形突起说,这是四个CCD相机,可以对星空拍照,主要用于仪器定位。

 

从焦平面装置去往MB镜面的路途不像想象中那么容易。我们需要携带沉重的摄影器材爬上一个垂直的梯子,再加上鞋套缺乏摩擦力,这个过程有着相当的危险性。这使我想起了王钢之前说的“LAMOST设计时没有考虑到一般人参观的需要”。难道天文学家的日常工作都要冒这样的风险吗?王钢说,其实镜面、焦平面的区域并不是天文学家的日常工作区,这些设备的工作都是可以远程遥控的,根本不需要天文学家亲自爬高走低,他们要做的只是输入命令和收集数据。

和MA类似,MB是由37块镜面拼成的,也固定在一个可以转动的巨大桁架系统上。和MA不同的是,它总体上看是球面的,每一块都是球面的一部分。赵永恒说,MB每个镜面后面有3个微作动器来调整它们的位置,这样可以做到位置的准确,这就叫“拼接镜面的主动光学技术”。

 

看了一圈,感到LAMOST到处都是高科技,从运动幅度以微米计的精密机械,到巨大的旋转平台应有尽有,更不用说其中包含的光学、电学、自动控制、计算机、数据分析的各类科技运用。LAMOST建筑庞大的空间突然给我一种很“挤”的感觉。而这一切,都是为了仰望星空,探索宇宙的起源和无穷的奥秘。

 

■ 深度探讨

LAMOST有什么用?

 

赵永恒说,在这个项目上,国家投资达到2.35亿元人民币。现在我们国家还不是很富裕,很多地方等着用钱,投巨资兴建天文望远镜是否有意义呢?

 

赵永恒表示,这要从两方面来说,一方面从基础科学和应用科技的关系上来说。当初法拉第发现磁生电、电生磁的特性之后,有一个贵妇问他,你这个发现有啥用呢?法拉第说:“新生的婴儿有啥用呢”?但现在基于电磁转换定律而发明的发电机和电动机已经成了我们社会的基石。基础科学就是这样,在刚出现的时候可能离生活比较远,但是最终会起到很大的作用。拿天文学来说,对核聚变有关键作用的氦元素就是首先通过光谱法在太阳上发现的,多年后才在地球大气里发现。

 

另一方面,天文望远镜的制造也对应用科技有着很大的拉动作用。天文望远镜的制造水平是一个国家国力的体现。天文学都是追求发现极限的事实,所以就要把当前的技术用到极限。拿LAMOST来说,它用的技术是很广的,包括光学、机电、自动化、信息技术等等。比如主动光学的加力点就属于精密机械,还有自动控制,我们的系统有9000个电机,没有好的自动控制技术是不行的。

 

镜面使用的材料叫“微晶玻璃”。它的热胀冷缩系数很低,这种材料是在上海新沪玻璃厂制造的。当初做两米直径的天文望远镜的时候他们曾经制造过这种玻璃,后来没有需求就断了,LAMOST项目组就让它继续制造这种玻璃。后来因为生产速度的问题,LAMOST只用了一部分新沪厂的玻璃,大部分是从国外进口的,但是国外公司听说我们已经造出这种玻璃了,报价就降下来了。所以,LAMOST项目促进了国内的微晶玻璃的生产,而这种玻璃在空间技术上也有很高的利用价值。

 

新知专题采写/本报记者 刘铮
新知专题摄影/本报记者 李飞
本专题感谢:赵永恒(LAMOST项目总经理)
王钢(国家天文台研究员)

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