兴隆观测基地游记

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作者：吴泱

校对：校对组

后期：库特莉亚芙卡，李子琦

责任编辑：王启儒

本文约3000字，阅读约需10分钟。

今年5月最后一天和6月第一天，我参加学校天文社活动，来到中国科学院国家天文台兴隆观测基地参观学习。从高中开始就很希望有机会去亲眼看看LAMOST，如今终于得以实现，这就是最好的儿童节礼物！（doge）

一、初印象

31号下午，阴云密布，预报夜间有雨。大巴从北京市怀柔区出发，一路向东开，进入群山之中的承德市兴隆县。

兴隆的群山。

十几里外可以远远地可以看见LAMOST！（车窗有点脏）

奇妙之夜即将开始……

山脚下新建了一个观星小镇，但目前没什么人气。

观星小镇。

车子爬山还是挺惊险的，路很窄，对向来车会车的时候，得慢下来让到一边。经过了曲曲折折的山路，在云雾之中穿行，到达了兴隆基地，先到综合楼宿舍办入住。楼顶有小天文台，但不开放使用。可能由于山间空气潮湿，楼房略显老旧。

宿舍中有三张上下铺，墙上布置了星空摄影的作品，氛围很好。领队老师强调，晚上回宿舍必须先拉帘子再开灯，以免光污染影响望远镜拍摄工作。

行李放置完毕后，就正式开始参观了。除了大名鼎鼎的郭守敬望远镜（LAMOST），基地内还有很多台元老级的功勋望远镜，如2.16米天文光学望远镜、施米特望远镜、1.26米望远镜、1米光学望远镜等。

基地处于燕山主峰雾灵山南麓，长城以北，海拔960米的一个山头上，天文观测设施均分布于南山梁和北山梁，中间地势稍低的地方为办公楼和宿舍楼。在科普展厅，基地的带队老师带我们观赏沙盘，初步了解园区内的各类设施，以及科普观测仪器的基础知识。

我们体验了利用闪视比较仪发现冥王星的过程。原理是把不同时间拍摄的同一片天区的底片放在目镜视场里交替出现，比较找出发生位移的星体。我们采取了简化的做法，把汤博当时所使用的两张底片翻印在透明薄板上，重叠、错开，“找不同”。

仅仅是这种方法已经很废眼睛了，很难想象汤博当年日复一日观察底片所忍受的疲累。下面两张照片分别是重叠后的和错开的底片，如您感兴趣，可以尝试一下找到冥王星的小黑点。

闪视比较仪。

底片重叠

底片错开

沙盘中，有一座不特别显眼的1米口径望远镜，它承担了和“墨子号”量子通讯卫星建立光链路的任务，是天地一体化量子通信科学实验体系的重要组成部分。示意图中，墨子号向地面站发射绿色激光，地面站向墨子号发射红色激光，这是二者为了确保量子通信成功而进行对准的过程。

打卡1米望远镜！

“天地互联”示意图。

图源：EasyNight

老师还提到一件趣事。1995年到1999年间，参加北京施密特小行星计划的科学家在兴隆观测站用60/90厘米施米特望远镜开展近地小行星搜寻，其中一颗小行星被命名为“金庸星”。这是为什么呢？当年的兴隆站，周边很荒凉，也没有发达的互联网可供娱乐，科学家们在闲暇时光百无聊赖（比如下雨无法开展工作时），只好读当时很火的金庸武侠小说，讨论、研究大侠们的招式，这也是枯燥生活中难得的乐趣。他们使用了宝贵的小行星命名权，对才华横溢的金庸先生表达敬意，也是为了纪念这段共同奋斗的时光。

施米特望远镜。

经过50多年的发展与建设，兴隆基地成为亚洲大陆最大规模的光学天文观测台站，为世界天文学做出了卓越的贡献。它的发展壮大与新中国的天文学崛起过程紧密相关。老师在讲述这些故事的时候，激动溢于言表，想必作为一个躬耕的从业者，深知成果来之不易，他一定非常自豪。

二、2.16米口径天文光学望远镜

2.16米望远镜落成于1989年，它是我国自主研制的第一台大型光学天文精密仪器，也是我国最重要的天体物理观测设备之一，曾荣获国家科技进步一等奖。作为我国开放程度最高的通用型望远镜，它持续为世界各地科研工作者提供高质量的观测数据，产出了不少高水平科研成果。

远观2.16米望远镜。

打卡2.16米望远镜！

2.16米楼的门牌，很有趣。

它的有效口径为2.16米，身高6米，自重高达90吨。主镜由光学玻璃研磨而成，直径2.2米，厚30厘米，重达3吨；它能够观察到的最暗星体亮度为25等，其难度相当于从2万公里外观察一根燃烧的火柴。

照片中这个巨大的黄绿结合的结构单元为望远镜的极轴。和它比起来，主镜倒像个小不点。

2.16米望远镜的极轴。

2.16米望远镜的主镜。

这是一台退役的卡焦照相机，曾服务于2.16米口径望远镜。

一台已退役的卡焦相机。

为了研制这台大型精密望远镜，北京天文台、南京天文仪器厂、中国科学院自动化研究所等单位通力合作，经过15年的努力，攻关研制成功，1989年它正式投入使用。参观时，我发现有上方一块牌子上写着“江南造船厂”，造船和天文有什么关系呢？

“中华人民共和国江南造船厂”

原来，制造望远镜的穹顶需要构筑钢制曲面的技术，而在当时，国内熟练掌握这项技术的只有造船厂，那这项重任自然就交给江南造船厂啦。

其实，主镜片的直径为2.2米，而有效直径2.16米，少在哪里了呢？这是因为镜筒中有一圈宽2厘米的环形卡扣固定镜片，遮挡了一小部分。

三、郭守敬望远镜（LAMOST）

郭守敬望远镜，正式名称为“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope，简写LAMOST）”，是中国第一个天文领域的国家重大科学工程项目。依托于独特的主动光学技术，LAMOST成为世界上首屈一指的天文望远镜之一，它的光谱获取率突破了传统，一次观测能够同时获得4000个天体的光谱。

LAMOST横卧于南北方向，只看它独特的外表，立柱支撑的倾斜体，你也许会认为，它就像一个固定的望远镜筒，只能接收那个倾斜方向的入射光，其实不然。

我们来观察一下它的光学结构：它的光学系统包括反射施密特改正镜MA（下图，最右侧的穹顶里）球面主镜MB（下图最左侧最高处的立柱顶端）和焦面（中间的立柱顶端）三个部分，MB与MA中心直线距离为40米，焦面与MB中心直线距离为20米。到了晚上，穹顶打开到两边的支架上，MA接收星光，反射给球面镜MB；MB将接收到的星光聚焦，再次反射给二者中间的焦面，光信号进入焦面上的光纤，传导至光谱仪等设备进行分析。

细节，地砖也是24块六边形，左边还有一片37块六边形的组合，分别对应MA和MB

科普展厅中的模型，能更直观感受三者关系。由于保密原因，望远镜内部的照片不便展示。

要理解LAMOST的独特之处，首先要了解，“主动反射施密特望远镜”，什么是主动光学？

望远镜的发展史，其实是人们与光学缺陷做斗争的过程，最终目的之一就是获得良好质量的图像。反射望远镜相比于折射望远镜，可以消除色差，但球面的反射望远镜会引入球面像差；为了修正这样的球面像差，可以引入一面近似平行板的、非球面的改正透镜，这就是施密特望远镜的基本结构。

LAMOST是一台具有主动光学器件的反射式施密特望远镜，它有两个镜面，每个镜面由许多1.1米（p-p）的六边形可变形部分祖成。第一个镜子MA是地面圆顶中的施密特改正板。近乎平面的反射镜MA将光线反射到南面，沿着一个大的倾斜隧道向上反射到更大的球面聚焦镜MB。

这会将光线引导到直径为1.75米的焦平面，对应于五度视场。焦平面平铺着4000个光纤定位单元，每个光纤定位单元连通一根光纤，将光信号传输到下面的16个250通道光谱仪中的一个。每个光谱仪有两个4k×4k的CCD相机，同时该望远镜还可以在510-540和830-890nm的更高光谱分辨率模式下使用。

LAMOST有效通光口径4米，可观测南纬10度以北的天空，反射施密特改正板应用既有控制拼镜面的共面，又有控制单块薄镜面的非球面面形的主动光学新技术。它将两种主动光学技术集于一身，不仅用于校正望远镜的安装误差、加工误差和重力变形，更主要的是用于校正球面主镜的球差，达到施密特望远镜具有的大视场。

MA模型。

焦面上有可自动定位的4000根光纤，连接16台光谱仪，可同时观测4000余个天体的光谱。每一根光纤也可以主动移动，提高了信号接收的灵活度。然而，焦面挡住MA反射到MB的星光，光损可达15-20%，是该体系的缺陷。

焦面的模型。

拼接镜面技术的一大好处就是灵活性强，降低成本。如果有哪块子镜出了故障，白天不工作时就可以取下来进行维护保养，及时用备用镜替补。讲解的老师透露，附近生态环境好，如果MA白天打开维护时，很有可能有鸟儿被亮闪闪的光吸引过来，在镜面上停留，甚至送上大礼，给基地的研究员们增加了不少工作量。

四、轶事

展厅外有周边产品售卖，价格还挺合理的，疯狂心动，买买买！

天爱的集徽章DNA动了！光栅明信片也很美。

伙食很一般，没有便利店，我找到了售货机买小零食，意外发现这个黄豆脆锅巴，超级香，3.5一袋。我以前没吃过，但同行的河北小伙伴都知道它，这是他们的童年零食。

澳华黄豆脆锅巴，记住它的名字！

31号白天，天气预报说全天都是阴天，本来不抱什么希望能晚上观星了。傍晚时分，云居然散开了，还给我们一片晴朗的夜空。反正山顶网络不好，宅在宿舍刷手机也是无聊，不如出门去观星！还有特种兵同学相约早上4点起床看日出，我就没参与了。

一些求晴仪式（x）

晚霞笼罩着兴隆基地。

这里暗夜保护做得很严格，没有一盏路灯，手电筒的使用也很谨慎，楼道里的照明都是贴近地面的声控灯，在合理范围内把亮度降到最低。员工宿舍的窗口很小，大概也是为了挡光。那天晚上月亮很大，它就是唯一的路灯，树影里黑得伸手不见五指。可惜山脚下的星空小镇修了很多路灯，造成了一定光污染。

是故意的还是不小心的？（doge）

最后，用一张合照，作为完美的结尾。

感谢国科大天文社组织的活动，带给我们一个兴隆台奇妙夜！

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注：除部分原理示意图片外，其余照片均为作者本人拍摄。文章仅代表个人观点，错漏之处，敬请各位读者批评指正！

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从来没有如此清晰地观察到星链，一会飞过去一个，真是烦人！

谢谢阅读