■第二看台

    在中国科学院国家天文台兴隆观测基地，有位宇宙“户籍警”。4年来，它已捕获700余万条高质量恒星光谱，超过此前全球所有已知光谱巡天项目获得数据的总和。

    这位代表地球人去宇宙“查户口”的“户籍警”，全称为大天区面积多目标光纤光谱望远镜，也叫郭守敬巡天望远镜。它要调查的“恒星光谱”包含着关于恒星各种特性的信息，能够揭示星星们的运动状态、温度、质量和化学成分，类似籍贯、住址、年龄、性别、职业等每家每户的户籍信息……

    怎么让4000颗星星同时“出镜”

    拍摄大户人家的“全家福”照片，离不开广角镜头。想象一下，如果一次要给4000颗恒星拍摄“全家福”，这个广角镜头究竟得有多大？

    答案是6.5米。

    “我们需要一台大视场兼大口径光学天文望远镜，视场要非常大；同时又要看得非常远。通俗点说，就是一台同时大广角加深焦距的超级照相机。”郭守敬望远镜项目总工程师、中国科学院院士崔向群说。

    2012年，世界上第一台大视场兼大口径光学天文望远镜在中国科学院国家天文台兴隆观测基地建成——郭守敬望远镜主镜由37块边长1.1米的六角形镜子拼接而成，相当于直径6.5米的圆镜，等效通光口径最大4.9米，视场（视野）直径最大5度，焦面上容纳了4000根光纤，每次观测可获得多达4000个天体的光谱。

    每当夜幕降临，巨大的穹顶缓缓打开，由24块边长1.1米的六角形镜片拼接而成的跟踪反射镜巨大镜头开始工作。每隔一段时间，镜片下的力促动装置就会调整镜片形状，对准一个新的天区。

    类似蜂巢的大镜头拼接技术、4000根光纤的并行可控定位技术、主动光学技术……中国天文学家的创新，被国际天文界誉为“建造地面高效率的大口径望远镜最好的方案”。它的效率是此前世界第一的美国斯隆巡天计划的5倍半。

    星星的“户口簿”到底什么样？

    “超级照相机”究竟拍下了什么？星星的“户口簿”究竟长啥样？

    在郭守敬望远镜观测室，记者看到，屏幕上一排排灰白相间的条纹闪闪烁烁，不仅与想象中浩瀚的星云、斑驳的星光毫无交集，甚至与七彩的光谱也相距甚远。

    “这些条纹不起眼，但每一条都包含着一颗恒星的身份信息。如果说漂亮的星云图是星星的剪影，光谱图就是它们的证件照、户口簿，包含了真实、‘具有法律意义’的信息。”中科院南京天文光学技术研究所研究员侯永辉指着屏幕向记者介绍，比较亮的条纹就代表这颗恒星亮度较高，通过数据处理得出的一维光谱图，就能够分析出恒星的温度、质量，甚至其所含的化学成分，例如不同的三重线代表钙或镁。

    自2012年9月启动巡天以来，郭守敬望远镜共观测了近3000个天区，获得了700万条高质量光谱，比世界上所有已知光谱巡天项目获取的数据总数还要多，构建了迄今为止最大的恒星光谱样本库。

    为什么要给银河系“查户口”？

    每天傍晚，国家天文台观测运行部的天文值班员都会获得从世界各地发来的“历表”，向郭守敬望远镜申请特定坐标天区的观测。有时候，是通过给恒星排长幼次序揭示宇宙演化的规律，或是精确测定银河系中“暗物质”的总质量；有时候，是观测一个奄奄一息的“老人”——矮星，或是调查一个银河系的“逃犯”——超高速星，甚至寻找宇宙中真实的“三体星”。

    “在星辰大海般的宇宙征程开始之前，天文学最大的难题其实是银河系。”天文值班员曹子皇说，外行认为看得越远越难，其实系内普查的难度要远高于系外观测。

    对于郭守敬望远镜在银河系内“查户口”的意义，刘超的形容更酷炫——“星际考古”。

    “拥有千亿级恒星系统的银河系是目前宇宙中唯一有条件对其组成恒星进行单体解析的星系。研究银河系怎么从开始的一团原始气体，演化出恒星、星系盘，乃至现在的银河系，有助于见微知著，帮助我们了解宇宙发展的一般规律。”刘超说。

    “利用郭守敬望远镜构建的大规模恒星库，能帮助科学家按照恒星年龄排序，比对研究不同年龄段恒星的组成和运动特点。”他接着说，“比如通过推演我们知道，第一代恒星只含有氢和氦，第二代恒星多了一点点金属，铁的含量是太阳的一千万分之一……通过对恒星和星系‘考古’，揭示出宇宙演化不同阶段的特点和奥秘。”

    编写星际航行手册第一章

    除了积累恒星数据回溯星系历史，郭守敬望远镜还取得了一项重要进展：更精确地测定银河系中的“暗物质”质量。

    基于目前郭守敬望远镜观测筛选出的4000个恒星数据，我国科研人员测定，太阳附近3000光年范围内，暗物质质量为0.018太阳质量／立方秒差距。研究人员介绍，随着巡天进程推进，第二次暗物质质量测量将采用20万颗恒星数据，这一样本量的扩大，将把测量精度提升2至3倍。

    即使是实际观测中“乱入”的不速之客——超高速星，也有助于揭示宇宙黑洞这样高大上的重磅问题。

    2014年，一个由中美两国天文学家组成的研究团队利用郭守敬望远镜，发现一颗距地球4万多光年的超高速星。这颗迄今发现的距地球最近的超高速星，以每小时超过170万公里的速度“逃离”银河系中心，并将最终飞离银河系。

    到底是谁“踹”了恒星一脚，让它能逃离银河系引力束缚呢？天文学家认为，超高速星可能是双星系统运行到银河系中心大质量黑洞附近被潮汐瓦解产生的。“这好比本来被一根线拴在绳子两头的小球，被黑洞‘咔嚓’一刀剪断了绳子，一端的球吸进了黑洞，另一端获得了很高的速度，快到能飞出银河系。”曹子皇说。

    郭守敬望远镜巡天数据逐步发布后，预计还能发现几十颗各种质量的超高速星。通过它们，天文学家期待可以对银河系进行更深入的研究。

    “我们对银河系的研究也许有朝一日会成为星际航行手册的第一章。对今天的天文学家而言，银河系是一把钥匙，帮我们揭开整个宇宙演化的秘密。”刘超说。（据新华社）