每當(dāng)夜幕降臨時(shí)，位于河北興隆縣燕山腹地的郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）慢慢打開了穹頂。在這臺由中國自主創(chuàng)新研制、目前世界上口徑最大的光譜巡天望遠(yuǎn)鏡中，來自遙遠(yuǎn)宇宙中的星光經(jīng)過反射施密特改正板MA、球面主鏡MB和焦面，再通過光纖傳輸?shù)焦庾V儀。
　　7年來，LAMOST的“巡天”獲得了目前世界上最大的銀河系恒星光譜觀測數(shù)據(jù)庫。
　　自2014年起，在國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“LAMOST銀河系研究”支持下，中國天文學(xué)家以LAMOST巡天數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在有關(guān)銀河系的重大科學(xué)問題上取得了一系列進(jìn)展。
　　基于千萬條光譜
　　“迢迢牽牛星，皎皎河漢女”——牛郎星與織女星被銀河相隔的現(xiàn)象，引發(fā)了先民的豐富想象。銀河系作為一條靜靜的“天河”，是一個(gè)富有詩意的美好存在。
　　現(xiàn)代科學(xué)興起后，銀河系則逐漸成為天文學(xué)家最為關(guān)注的研究對象之一。為“看清”更多的天體、解開宇宙的諸多謎題，LAMOST在中國落成。
　　與印象中的望遠(yuǎn)鏡不同，人們不是通過它直接給天體拍照，而是獲取天體的可見光波段的光譜。科學(xué)家靠光譜分析，獲得遙遠(yuǎn)的天體信息。猶如人的指紋各不相同，不同元素都會在特定波長位置留下自己獨(dú)特的印記。只要能夠獲取天體發(fā)出的光，就可以通過光譜分析知道這個(gè)天體到底由什么物質(zhì)構(gòu)成。
　　其中，星系的光譜可以提供距離、化學(xué)構(gòu)成和視向運(yùn)動等信息，而恒星的光譜則能夠推斷化學(xué)成分、溫度、年齡、質(zhì)量和演化歷史等。從大量天體的光譜觀測中還可以發(fā)現(xiàn)許多奇異的天體和現(xiàn)象。所有這些，將促進(jìn)人類對宇宙演化規(guī)律、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、相互作用等最基本物理規(guī)律的新認(rèn)識。
　　LAMOST是世界上口徑最大的光譜巡天望遠(yuǎn)鏡，也是一件普查天體“戶口”的利器。它的建成給了中國天文學(xué)家極大的鼓舞。
　　“我們利用LAMOST巡天獲得的光譜來研究銀河系的一些關(guān)鍵科學(xué)問題。”中科院國家天文臺LAMOST運(yùn)行和發(fā)展中心主任趙剛研究員告訴《中國科學(xué)報(bào)》。
　　2013年，國家自然科學(xué)基金委員會發(fā)布重大項(xiàng)目“LAMOST銀河系研究”申請指南，趙剛組織的研究團(tuán)隊(duì)申請獲批。他們凝練出利用LAMOST巡天開展銀河系研究的幾個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題，包括銀河系質(zhì)量和暗物質(zhì)分布、動力學(xué)模型、年輕星團(tuán)與恒星形成以及銀河系特殊天體及特殊物理過程。
　　“我們希望能最大程度地利用巡天光譜數(shù)據(jù)研究銀河系的一些關(guān)鍵科學(xué)問題，推動中國天文學(xué)不斷向前發(fā)展?！壁w剛說。
　　揭開銀河系之謎
　　“光譜千萬條，研究第一條?！边@是該重大項(xiàng)目研究人員經(jīng)常掛在嘴邊的一句話，大家是想強(qiáng)調(diào)拿到光譜數(shù)據(jù)之后開展科學(xué)研究的重要性。
　　2019年3月27日，趙剛在該重大項(xiàng)目結(jié)題會上，展示了一張銀河系的幻燈片。深藍(lán)色的背景映襯著一個(gè)中央扁平的黃色亮斑，亮斑由無數(shù)顏色各異的天體組成，多種成分和結(jié)構(gòu)在這張圖片上同時(shí)顯示，足見探索銀河系的復(fù)雜、高深。
　　“研究銀河系結(jié)構(gòu)、形成和演化，需要分別對銀河系不同星族成分進(jìn)行研究，也需要緊密結(jié)合銀河系恒星形成過程、初始質(zhì)量函數(shù)等多種信息?！壁w剛強(qiáng)調(diào)。
　　這正是該重大項(xiàng)目的科學(xué)目標(biāo)。5年來，科學(xué)家圍繞這一科學(xué)目標(biāo)取得了豐碩的成果。
　　LAMOST龐大的數(shù)據(jù)量成為挖掘奇異天體的“富礦”。幾年前，在LAMOST海量的光譜數(shù)據(jù)中，科研人員發(fā)現(xiàn)了一條罕見光譜，確定其來自于一顆鋰豐度異常高的恒星。
　　事實(shí)上，早在1981年，天文學(xué)家就曾利用一架小型望遠(yuǎn)鏡首次發(fā)現(xiàn)了一顆特殊的恒星，它的光譜非常奇特，在本不該有譜線的地方出現(xiàn)了一條很強(qiáng)的鋰線。為弄清富鋰巨星的形成，科學(xué)家開始搜集這類天體樣本，但只發(fā)現(xiàn)了極少數(shù)量的富鋰巨星，難以為解決科學(xué)問題提供充足證據(jù)。
　　幸運(yùn)的是，LAMOST在巡天觀測中，找到一顆攜帶罕見譜線的天體。這激發(fā)了中國科學(xué)家的極大興趣。
　　經(jīng)過進(jìn)一步跟蹤觀測，科研人員發(fā)現(xiàn)，這顆奇特恒星的質(zhì)量不足太陽的1.5倍，半徑約為太陽的15倍，是一顆典型的巨星。接著，他們對其鋰豐度進(jìn)行了精確測量，發(fā)現(xiàn)這顆恒星絕對鋰豐度高達(dá)4.51，相當(dāng)于太陽中鋰含量的3000倍，是目前人類已知鋰元素含量最高的巨星。
　　這一發(fā)現(xiàn)在2018年8月出版的《自然—天文》上發(fā)表。“富含鋰元素的巨星十分稀有，其在揭示鋰元素的起源和演化上具有重要意義?！闭撐牡谝蛔髡摺⒅锌圃簢姨煳呐_助理研究員閆宏亮介紹，這顆富鋰恒星來自于銀河系中心附近的蛇夫座方向，位于銀河系盤面以北，距離地球約4500光年。
　　隨后，研究人員對這顆恒星鋰元素的來源進(jìn)行了解釋。他們最終證實(shí)，這顆恒星的鋰元素很可能來自恒星內(nèi)部一種特殊的物質(zhì)交換過程——借助一種不對稱對流，向上的流速比向下流速快得多，導(dǎo)致很多恒星內(nèi)部的原材料被帶到表面，最后變成鋰元素。
　　趙剛在該重大項(xiàng)目結(jié)題時(shí)表示：“這一發(fā)現(xiàn)將國際上富鋰巨星中的鋰豐度觀測極限提高了一倍，同時(shí)就鋰元素的合成和現(xiàn)有恒星演化理論提出了獨(dú)樹一幟的新觀點(diǎn)?！?br/>　　另一顆奇特的恒星也被LAMOST發(fā)現(xiàn)。前不久，《自然—天文》刊發(fā)的一篇學(xué)術(shù)文章提出，中日科學(xué)家在銀暈中發(fā)現(xiàn)一顆銀、銪、金、鈾等重金屬含量特別高的恒星。
　　在該重大項(xiàng)目支持下，研究人員對這顆恒星的來源進(jìn)行了深入研究。論文通訊作者趙剛接受媒體采訪時(shí)解釋，由于被銀河系“吃掉”的矮星系與目前“幸存”的矮星系具有相近的質(zhì)量分布，因此它們的成員星也具有相似的化學(xué)特征?！八酝ㄟ^研究銀河系附近矮星系成員星的化學(xué)組成，我們便能獲知矮星系家族里恒星的化學(xué)特征，從而像做DNA鑒定一樣，把銀河系內(nèi)來自矮星系的恒星篩選出來?！?br/>　　他們通過比對銀暈內(nèi)恒星和銀河系近鄰矮星系的成員星中鎂、硅、鈣和鈦等元素的含量，判斷這顆恒星屬于“外來人口”，是銀河系吞噬矮星系時(shí)擄去的“移民”。事實(shí)上，這印證了有關(guān)銀河系形成的假說：初始的銀河系不斷吞噬附近的矮星系，最終形成了今天的銀河系。
　　該重大項(xiàng)目執(zhí)行5年來，研究人員在銀暈的演化與暗物質(zhì)分布、銀河系動力學(xué)、銀河系中恒星形成過程以及銀河系中特殊恒星等研究領(lǐng)域取得了一系列顯著進(jìn)展與代表性成果。這些成果在國際有影響的SCI刊物上發(fā)表了280余篇論文。
　　充分展現(xiàn)“大科學(xué)”特點(diǎn)
　　當(dāng)前，許多科學(xué)問題的范圍、規(guī)模、復(fù)雜性不斷擴(kuò)大，全球科學(xué)研究已經(jīng)進(jìn)入“大科學(xué)時(shí)代”。對此，該重大項(xiàng)目成員之一、中科院國家天文臺副研究員李海寧深有感觸：“不同領(lǐng)域、不同國家的科學(xué)家之間進(jìn)行合作，成為一種必然?！?br/>　　在執(zhí)行該重大項(xiàng)目期間，科學(xué)家基于LAMOST的銀河系研究，在多維度的合作中，充分展現(xiàn)當(dāng)今天文學(xué)“大科學(xué)”的特點(diǎn)。
　　首先，是數(shù)據(jù)科學(xué)家與天文學(xué)家之間的通力合作。“LAMOST光譜數(shù)據(jù)量非常大，需要數(shù)據(jù)科學(xué)家先將光譜數(shù)據(jù)處理成科學(xué)家能用的數(shù)據(jù)，再由天文學(xué)家進(jìn)行解釋、研究?！崩詈幗榻B，“每一個(gè)團(tuán)隊(duì)幾乎都有專門從事數(shù)據(jù)挖掘的科學(xué)家?！?br/>　　同時(shí)，跨學(xué)科的合作也大有裨益。例如，在富鋰巨星發(fā)現(xiàn)的同時(shí)，閆宏亮、趙剛和施建榮等研究人員，與來自中國原子能科學(xué)研究院、北京師范大學(xué)等高校院所的科學(xué)家合作，對這顆奇特恒星開展了深入的多學(xué)科專業(yè)研究。
　　隨后，他們還結(jié)合美國“自動行星搜尋者望遠(yuǎn)鏡”的高分辨率光譜和中國原子能科學(xué)研究院最新的原子數(shù)據(jù)，通過模擬再現(xiàn)了其內(nèi)部經(jīng)歷的變化，從而對這顆恒星的鋰元素豐度給出了合理解釋。
　　在研究者們看來，正是一系列的合作研究，支持了恒星內(nèi)部產(chǎn)生鋰元素這一結(jié)論。
　　而在發(fā)現(xiàn)前述銀河系“外來移民”的研究中，中國科學(xué)家與日本科學(xué)家開展了合作?！癓AMOST發(fā)揮‘普查’作用，一旦搜尋到有趣的目標(biāo)，就需要借助具有更高分辨本領(lǐng)的望遠(yuǎn)鏡開展有針對性的精細(xì)研究?！崩詈幐嬖V《中國科學(xué)報(bào)》。
　　當(dāng)時(shí)，為確認(rèn)這顆重金屬“超標(biāo)”恒星的身世，中國科學(xué)家聯(lián)合日本科學(xué)家向日本國立天文臺8米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡申請了觀測時(shí)間，并由中國科學(xué)家主導(dǎo)，開展了高分辨率光譜聯(lián)合觀測研究。
　　此外，中國科學(xué)家與德國馬普天文研究所、海德堡大學(xué)、慕尼黑大學(xué)等多家世界知名的天文機(jī)構(gòu)建立了長期穩(wěn)定的合作關(guān)系。
　　趙剛指出，在該重大項(xiàng)目支持下，銀河系研究領(lǐng)域觀測與理論上得到充分交叉與融合?！袄肔AMOST海量光譜數(shù)據(jù)，中國天文學(xué)家得以揭開諸多銀河系未解之謎?！?br/>　?。ㄔd于《中國科學(xué)報(bào)》 2019-05-27 第4版 自然科學(xué)基金)