郭守敬望远镜（LAMOST）：全球光谱巡天的领跑者与银河系解码器

郭守敬望远镜（LAMOST，全称“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”）是中国自主创新设计的大视场兼备大口径光谱巡天设施，也是我国天文领域首个国家重大科技基础设施。自2012年进入正式巡天以来，LAMOST凭借一次观测可获取4000条天体光谱的独特能力，持续产出全球规模最大的光谱数据库，从根本上改变了大样本天文学的研究范式，尤其在银河系结构、恒星物理与稀有天体搜寻领域产生了系统性影响。截至2026年3月，LAMOST发布光谱总数已突破3082万条，连续十二年稳居国际光谱巡天项目首位。

一、设计原理与核心技术特征

LAMOST的光学构型被称为“王-苏反射施密特望远镜”，由王绶琯、苏定强院士于20世纪90年代提出，以元代天文学家郭守敬命名，台址位于河北兴隆观测基地，海拔约960米。其光路设计区别于传统望远镜：反射施密特改正板MA（24块六边形子镜拼接，5.72米×4.40米）作为定天镜跟踪天体，将星光反射至球面主镜MB（37块六边形子镜拼接，6.67米×6.05米），再由MB聚焦至焦面。焦面上排布4000个光纤定位单元，将天体光分别传输至光谱仪，由CCD相机同步记录。

这一设计的核心突破在于同时实现了大口径与大视场的兼容。MA采用薄镜面主动光学加拼接镜面主动光学技术，在观测过程中实时校正镜面面形；光纤定位单元则通过并行可控技术实现快速精准对准。两项技术结合的结果是：在5度视场、直径1.75米的焦面上，LAMOST可在一次曝光中同时获取4000个天体的光谱，曝光1.5小时内可观测到暗达20.5等的天体。

表1：LAMOST核心硬件参数汇总
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二、数据产出与开放共享

LAMOST的数据发布以年度数据集（DR）形式推进。2026年3月发布的DR13（v1.0）覆盖2011年10月至2025年6月的观测周期，包含6961个低分辨率观测天区和3404个中分辨率观测天区，光谱总数达3082万条，其中低分辨率光谱约1347万条、中分辨率光谱约1735万条，同时包含约1294万组恒星光谱参数星表。

数据的开放共享是LAMOST科学影响力的关键支撑。截至DR13发布时，来自中国、美国、德国、比利时、丹麦等国家和地区278所科研机构的1900余位用户正在使用LAMOST数据，已发表高质量论文2200余篇，引用超过20000次。近年来年均发表论文超过300篇，其中国外天文学家发表的论文占比超过40%。这一产出效率使LAMOST在整体科学产出上跻身国际6至10米级大型天文望远镜的先进行列。

表2：LAMOST近期主要数据发布节点
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三、代表性科学成果

（一）银河系三维尘埃消光图的首次构建

2025年3月，基于LAMOST恒星参数与Gaia卫星低分辨率光谱的联合分析，研究人员发布了全球首幅覆盖全天的银河系三维尘埃消光规律图，同时实现了消光分布与消光曲线的同步测绘。该研究将已测量的银河系恒星视线数提高两个数量级，构建了亿星级消光数据库，深度可达约16308光年。关键发现之一是：银河系恒星形成区的消光曲线更平坦，暗示尘埃颗粒在该区域经历生长与聚合过程；而银心方向的消光曲线更陡峭，反映其物理化学环境的特殊性。该成果以封面文章形式发表于《科学》。

（二）富锂巨星样本的翻倍扩展

富锂巨星是演化晚期表面锂丰度反常偏高的特殊天体，对恒星演化理论构成持续挑战。以往已知数量仅约1万颗，样本匮乏长期制约统计研究。利用LAMOST DR9的80万条低分辨率光谱，研究人员通过6708 Å锂吸收线系统测量与人工核查，最终认证了20418颗富锂巨星，将已知数量扩大一倍，构建了当时全球最大的富锂巨星星表。该样本的均匀性使富锂现象的统计特征首次清晰呈现，为揭示恒星内部锂元素的产生与保存机制提供了关键数据基础。

（三）高速云中恒星形成的直接证据

高速云是银河系晕中高速运动的中性氢气体团，半个多世纪以来天文学家始终未能在其中直接探测到恒星。2026年发表于《自然·天文》的研究利用LAMOST光谱衍生数据，在高速云“复合体H”的冷核前方辨认出一对极年轻双星团（命名“峨眉”），年龄仅约1120万年，金属丰度约为太阳的5%。这一发现首次为高速云提供了精确距离标尺（13.8 kpc），并直接证实了缺乏重元素的环星系吸积气体在融入银盘之前即具备孕育恒星的能力。LAMOST提供的光谱参数在此项发现中起到了确认星团物理性质与母体气体关联的决定性作用。

（四）光谱多星系统的大规模发现

多星系统对理解恒星形成与演化具有基础意义，但此前已确认的数量远不足以反映其在银河系中的普遍性。基于LAMOST中分辨率光谱数据，研究人员对近45万个目标进行分析，识别出15887个双星系统候选体、8771个三星系统候选体，以及294个此前被“隐藏”的双星系统。这些系统中的恒星绝大多数为类太阳主序星，研究同时获得了300多组双星轨道参数和40多个层级三星系统的轨道信息。

表3：LAMOST代表性科学成果概览
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四、客观审视：优势与局限

LAMOST的核心竞争力在于光谱获取效率，而非极限深度或空间分辨率。其大口径与大视场的组合使其在大样本统计研究中具有不可替代的优势，但在需要极高信噪比或极高分辨率光谱的精细研究方面，LAMOST的低分辨率模式（(R \approx 1800)）和中分辨率模式（(R \approx 7500)）存在固有局限。例如富锂巨星研究中，低分辨率光谱的锂线测量仍需后续高分辨率观测进行追踪验证。此外，LAMOST的观测天区限于北半球赤纬范围，南天天体无法覆盖。

在仪器发展方面，LAMOST正在推进近红外光谱仪原型的研制。由于现有光学光谱的截止波长约在900 nm，对晚型星（M、L、T型）的表面重力区分和金属丰度测量存在退化问题。近红外(J)波段光谱可探测对重力敏感的FeH和水的吸收带，有望突破光学波段的参数简并。该原型的光学设计目标覆盖900–1495 nm，峰值效率设计超过35%，实测达到65%。这一升级若实现，将显著拓展LAMOST对银盘深处和近邻星系中红超巨星的研究能力。

五、结语

郭守敬望远镜的科学价值不在于单次观测的精密度极限，而在于以系统性的规模优势回答天文学中需要“大样本”才能触及的问题：银河系如何组装其恒星与尘埃、锂元素在恒星内部经历了怎样的命运、高速吸积气体能否在落入银盘之前点燃恒星、多星系统在银河系中究竟有多普遍。这些问题在LAMOST之前受制于样本量而难以定量推进，如今则获得了统计上可检验的数据基础。3082万条光谱的积累与全球1900余位用户的持续使用，使LAMOST成为国际光谱巡天领域一个不可绕过的数据源，也为中国在天文大数据时代赢得了一个具有持续产出能力的关键位置。