現代快報訊（記者 阿里亞 胡玉梅/文 蘇蕊/攝）每當夜幕降臨，位於河北燕山山脈深處的郭守敬望遠鏡（LAMOST）緩緩打開穹頂。自誕生以來，這架望遠鏡一直是國內外天文學界關注的焦點，取得了一系列有影響力的成果。近日，國際科學期刊《自然》發布一項重大發現——依託郭守敬望遠鏡，中國天文學家發現了一顆迄今為止質量最大的恆星級黑洞。
這個發現「黑洞之王」的「功臣」——郭守敬望遠鏡，由中國科學院南京天文光學技術研究所設計和製造。這個世界獨一無二的望遠鏡背後有哪些故事？它又是憑藉怎樣的「絕技」顛覆了人們對恆星級黑洞形成的認知呢？帶著這些問題，現代快報記者獨家專訪了中國科學院院士、中科院南京天文光學技術研究所研究員崔向群。
捕捉「黑洞之王」，LAMOST望遠鏡再立功
黑洞是一種不發光的神秘天體，難以被發現。根據質量的不同，黑洞一般分為恆星級黑洞(100倍太陽質量以下)、中等質量黑洞(100倍-10萬倍太陽質量)和超大質量黑洞(大於10萬倍太陽質量以上)。其中，恆星級黑洞絕大多數是由恆星死亡後形成的。
「理論預言銀河系中有上億顆恆星級黑洞。迄今為止，天文學家找到了約20顆恆星級黑洞。而且，都是通過黑洞所發出的X射線來識別的、質量均小於25倍太陽質量的黑洞。」崔向群說，黑洞中能發出X射線的只佔少數，那些『低調』的黑洞就很難被找到。「此次發現的黑洞就不發出X射線，沒有LAMOST就發現不了它。」
崔向群介紹，中國科學院國家天文臺的研究團隊利用LAMOST望遠鏡，選擇了一個天區中的3000多個天體，進行兩年的監測。他們偶然發現，一顆惹眼的藍色恆星圍繞一個「看不見的天體」做著周期性運動。不同尋常的光譜特徵表明，這個「看不見的天體」極有可能是一顆黑洞。研究人員進行「確認」後，計算出該黑洞的質量大約是太陽的70倍。「它是迄今質量最大的恆星級黑洞，它的發現十分重要且有意義，有望推動恆星演化和黑洞形成理論的革新。」崔向群說。
值得一提的是，在兩年的監測時間裡，LAMOST望遠鏡共為這項研究做了26次觀測，累積曝光時間約40個小時。崔向群表示，如果利用一架普通的望遠鏡來尋找這樣一顆黑洞則需要40年的時間，這充分顯示出LAMOST望遠鏡超高的觀測效率。
全球獨款望遠鏡，造型獨特、擅長獲取光譜
LAMOST望遠鏡的結構完全由我國的科學家獨創，地球上沒有第二架。它的中文名字叫做大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡。為了紀念元代著名的天文學家郭守敬，取名叫「郭守敬望遠鏡」。不過，大家還是喜歡叫它的英文縮寫LAMOST。
LAMOST不僅名字長，「長相」也很獨特。它是一座指向天空的、巨大的白色建築。LAMOST之所以有這樣獨特的外觀，正源自於它的創新之處。崔向群介紹說，LAMOST的左邊是一個圓頂，圓頂裡面藏著一塊反射鏡叫Ma。該反射鏡由24塊1米的反射鏡拼接而成。最右邊是一座高40多米的塔，塔頂藏著另一塊更大的反射鏡叫Mb，該反射鏡由37塊1米的反射鏡拼成。其中每個六邊形反射鏡都有半人高。觀測時，星光首先進到圓頂裡面,經過Ma的反射，穿過鏡筒，到達主鏡Mb。再經過Mb反射會聚，成像在中間的焦面上。
LAMOST的拿手絕活是可以一次性拍下4000個天體的光譜，也正是這個優勢助力天文學家發現了此次的主角「黑洞之王」。那麼，光譜到底是什麼呢？「光譜就好比給人做身體檢查一樣，有了光譜才能辨別出遙遠的天體有哪種物質，它們的含量有多少，還可以知道恆星的表面溫度、運動速度等等。」崔向群說。
LAMOST的焦面密密麻麻地排布了4000根光纖。遙遠的星光來到LAMOST身體裡，穿過一條條光纖，最終來到16臺光譜儀上。再經過一系列的複雜處理，天文學家就能得到這枚星光「身體」裡包含的各種寶貴信息。今年3月，LAMOST公開發布了1125萬條光譜，被天文學家譽為全世界光譜獲取率最高的「光譜之王」。崔向群告訴現代快報記者，國內外的天文學家利用這些觀測資料，去做各種各樣的天文學研究。
十年磨一「鏡」，LAMOST望遠鏡背後的故事
LAMOST如同崔向群的孩子一樣，她為此傾入了十幾年的心血。
上世紀90年代初，中科院院士王綬琯、蘇定強等人在考慮下一步的中國天文大設備時，創造性地提出了LAMOST這種大視場兼備大口徑的望遠鏡的方案。當時，崔向群在總部位於德國的歐洲南方天文臺從事世界上最大的望遠鏡的研製工作。有一天，她收到老師蘇定強的來信。信中，蘇定強提出建立LAMOST望遠鏡的構想。由於技術挑戰難度很大，項目組希望崔向群加入。
於是，崔向群回國擔任了LAMOST的總工程師，負責項目的立項和預研中的技術工作。她每月的工資降到了原來的40分之一。崔向群說，這麼好的想法，如果不能把它實現，那該有多遺憾。她介紹，LAMOST當時是國家投入較多的大科學工程之一，但這些錢在國外只能夠買光學望遠鏡需要的兩塊大鏡子。在一片質疑聲中，崔向群帶著團隊全身心投入核心關鍵技術攻關。
2008年，LAMOST終於建成。它解決了世界上大視場望遠鏡不能同時兼有大口徑的難題，成為世界上最大口徑的大視場望遠鏡。大口徑意味著更多的進光量，大視場意味著可觀測的範圍更廣，可同時觀測的目標數量更高。「完成這樣一項大工程真的很不容易。」崔向群說，LAMOST項目最大的難點和技術挑戰是有好幾項世界上從來沒有人做過並且都認為很難做成的關鍵技術。另外在當時還很難保持隊伍的穩定。
她回憶說，20世紀90年代中期，LAMOST立項之初就面臨嚴重的人才困境。由於種種原因，很多年輕人在中途就走掉了。之後，經過各種條件的改善和LAMOST項目的歷練，年輕人得到了迅速成長。「所以，LAMOST能獲得成功，是整個團隊十多年鍥而不捨的結果，我只是他們其中的一員而已。」
中科院南京天文光學技術研究所內有一架小LAMOST
成果豐碩！LAMOST望遠鏡未來可能「搬家」或新建一臺
利用LAMOST望遠鏡龐大的光譜數量，天文學家們得以對銀河系進行「星口普查」。據崔向群介紹，天文學家利用LAMOST為銀河系重新畫像，刷新了銀河系半徑的大小，從原來的10萬光年擴大到了20萬光年，增加了兩倍。此外，還利用LAMOST發現了人類已知的鋰含量最高的巨星，它的鋰含量是同類恆星的3000倍以上，堪稱「宇宙最大充電寶」。此外，LAMOST還找到了一批超高速性星，它們的速度快到甚至可以擺脫銀河系的引力。
「LAMOST正式觀測是從2012年開始，不到十年的時間它就出了很多成果。此次黑洞的發現是其中比較有代表性的成果之一。接下來，利用LAMOST極高的觀測效率，天文學家有望發現一大批『深藏不露』的黑洞。」崔向群說，這個代表性的意義以後會慢慢地顯示出來。
「我們現在在考慮怎麼不斷地完善和提升LAMOST。」崔向群表示，隨著LAMOST望遠鏡光譜巡天的繼續開展及光譜數據的持續公開發布，更多天文學家將利用LAMOST光譜數據在各個天文領域開展不同尺度的研究，產生更多科研成果，進而推動人類進一步認識宇宙。
中國科學院國家天文臺興隆觀測站位於河北興隆燕山山脈深處。因為大氣透明度好，且每年平均有200個光譜觀測夜，晴夜數多，科學家們把LAMOST望遠鏡安放在此。可是如今由於城市燈光汙染加重、霧霾等原因，觀測夜減少到平均每年只有約120天。崔向群透露說，為了更好的發揮LAMOST望遠鏡的作用，未來有可能會「搬家」到具備更好天文觀測條件的西部或者新造一臺更大的LAMOST望遠鏡。
（受訪人供圖 編輯 郭子煜）