在如何建設12米口徑大望遠鏡的爭論中，郭守敬望遠鏡躺槍了。這個我國迄今口徑最大的光學望遠鏡屢屢被作為一個不太成功的案例提及。到底該如何評價它？參與該項目十年的研究人員有話說。

　　郭守敬望遠鏡（LAMOST）一直都是中國天文學家心中解不開的結——它是中國人主導的最大規模的天文巡天項目，在銀河系研究領域走在了世界前列；它又是一個完全沒有實現最初科學目標的項目。看到前一點的天文學家們會稱許它的成功，看到后一點的則指摘它的失敗。到底如何評價它， 是失敗了還是成功了，我們從中領悟到了什么？系統總結整個項目的經驗和教訓對今后中國規劃大科學裝置有著重大參考意義。

　　沉淪

　　星系巡天曾是LAMOST的首要目標。然而，熱切的希望被殘酷的現實澆滅。由于觀測極限星等遠低于計劃值，LAMOST實際獲得的河外天體光譜數僅為原計劃的2%。

　　總體而言，LAMOST項目的經歷如同坐過山車，從高端直墮低谷，再自低谷死而復生。

　　1997年立項期間撰寫的LAMOST《項目可行性研究報告》提到，望遠鏡要“……達到每三年107個光譜的高生產率……在研究宇宙學、星系和恒星天文學中不斷地有新的發現”。在具體闡述研究目標時，“宇宙大尺度結構”是其首要、重點目標。大多數中國實測和理論天文學家都曾經對此寄予厚望。直到2009年，項目的首要目標仍然為“包括北、南銀冠區各250萬個星系的巡天，150萬個亮紅星系巡天和約100萬個類星體的觀測”。然而到了2012年前后，測試觀測和先導巡天的結果徹底打碎了這部分天文學家的夢，熱切的希望瞬間被殘酷的現實澆滅。

　　天文學家面臨的現實情況是： 望遠鏡無法實現既定目標，因為極限星等只能達到約18等，遠低于計劃的20.5等，探測極限僅僅為計劃的十分之一。由于河外天體大多很暗，這樣的探測能力根本無法對其開展有效觀測。截至2017年6月，LAMOST實際共觀測了上百萬河外天體，但最終僅獲得了15萬個星系和5萬個類星體有效光譜，僅為原定千萬河外天體光譜的2%！和SDSS這個2.5米望遠鏡相比，它獲得的星系光譜數目小了將近一個數量級。而SDSS已經在2010年完成了為期十年的巡天，在宇宙學和星系形成與演化等領域取得大量具有劃時代意義的科學成果，并在2009年被評為最具影響力望遠鏡，就連“網紅”哈勃空間望遠鏡也甘拜下風。在這樣的背景下，完成星系、宇宙學的初始科學目標成了不可能完成的任務。

　　造成實測極限星等較差的原因是多方面的，但大體上無外乎兩個方面：望遠鏡設計、安裝沒有達到原定指標；望遠鏡臺址的氣象條件不符合原定設想。

　　《可行性研究報告》中提到，當視寧度為3角秒、天光亮度為21等/平方角秒時，LAMOST對于20.5等亮度的恒星信噪比仍可達到11.7。一般認為，信噪比超過10時光譜是可用的。實測中，在上述臺址條件下，LAMOST并沒有達到這一指標。儀器狀態極端好的情形下曾經達到過極限星等19等。但這不具備實際價值，因為一年也沒有幾個晚上有如此好的運氣。而LAMOST所在地河北興隆常年監測數據表明視寧度平均在2角秒左右，無月夜的時候天光亮度也在20.5—21等/平方角秒，這與立項時對臺址的預測差別不大，因此臺址顯然不能為觀測性能下降背鍋。

　　此外，《可行性研究報告》中提到測天體的總效率，即天體單位時間發出的光子經過鏡面反射、穿過光纖和光譜儀，在CCD器件上最終檢測到的比例要達到16%。而實際上在開始巡天的頭兩年總效率僅能達到1%—3%， 這么大的差距顯然也不能全怪臺址。

　　遺憾的是LAMOST運行6年多來沒能形成一份客觀、科學的技術分析報告，詳細地闡述哪些問題是由于光學設計、安裝調試等造成的，哪些是由臺址造成的。因此，這個鍋由誰來背始終難以定論。但是在沒有科學依據的前提下，簡單地把所有問題推給臺址顯然是有失公允的。

　　蛻變

　　在國內外專家的不懈努力下， LAMOST蛻變為一臺腳踏實地、給銀河系做“星口普查”的望遠鏡。按照它的觀測能力，北半球天空仍然有一億左右的恒星可供觀測，它們中的99.99%都沒有光譜數據。這仍然是一項世界級的工作。

　　恒星光譜的觀測最初只是LAMOST巡天的一個很小的附屬目標。自2007年起，這個小目標開始正式進入視野。2012年正式巡天開始之前，LAMOST巡天策略逐漸由宇宙大尺度結構為重點轉變成了河外天體和恒星各占一半。而第三個科學目標多波段天體證認因為涉及觀測源較少，對整體巡天策略影響較小。在當時，這實在是一個無奈的選擇，因為看不到比SDSS巡天更暗的星系，如果恒星也不看，那LAMOST就可以直接搬進博物館了。為此，LAMOST低分辨率光譜儀專門進行了改進，使得分辨本領有了一定提升，以“兼顧”恒星觀測。

　　盡管18等的極限星等依然對解決很多銀河系的科學問題有很大掣肘，但在北半球天空仍然有一億左右的恒星可供觀測，它們中的99.99%都沒有光譜數據。這么巨大的光譜樣本仍然是一個世界級的工作。為了深入探討LAMOST開展銀河系巡天的科學意義，一個中美合作小組陸續開展了4年的預研，最終于2012年將有關銀河系巡天的科學目標和巡天計劃匯總成論文，發表在《天文學和天體物理學研究》上。

　　與此同時，面對儀器、臺址、觀測模式等諸多問題，來自國家天文臺、北京大學、上海天文臺等單位的天文學家并沒有放棄，他們會同美方的合作專家和LAMOST運行中心以及南京天光所的工作人員們經過無數日夜的磨合、探討，有時甚至是爭執，不斷探明問題原因，尋找解決和改進方案。盡管不是所有問題都最終得到解決，但是經過三年不懈努力， LAMOST終于完成了一次不算完美但也差強人意的蛻變。那個志存高遠、要為宇宙畫像的LAMOST最終變成了腳踏實地、給銀河系做“星口普查”的“郭守敬”了。

　　1年先導巡天加上5年正式巡天下來， 90%以上的LAMOST光譜都是恒星光譜，盡管沒有官方聲明， LAMOST巡天事實上已經成為以銀河系巡天為主導的項目了。

　　危與機

　　進入21世紀以來，銀河系研究掀起了一個全球性的高潮，LAMOST“被迫”轉入銀河系研究反而促成了它的成功。在整個2010年代，甚至到2020年代前半段，LAMOST銀河系巡天產出的數據都將是全球銀河系研究獨一無二的財富。

　　危與機是硬幣的兩面。LAMOST曾經處于危險的邊緣，如果那次抓住機遇的話它可能成為宇宙學研究最重要的巡天項目之一。危情之下， LAMOST幸運地抓住了另一個機遇——銀河系巡天。

　　LAMOST實際上并非主動決定以銀河系巡天為其新的主要科學目標，情勢所迫而已。但是，剛巧進入21世紀以來銀河系研究掀起了一個全球性的高潮。首先是SDSS在銀河系領域完成了幾項開創性發現，從而使銀河系的話題成為焦點，其次Lambda冷暗物質宇宙模型在大尺度、高紅移獲得了極大成功，但仍然需要在星系尺度上得到有效驗證，銀河系剛好是一個最佳探測星系。在這樣的背景下LAMOST“被迫”轉入銀河系研究反而促成了它的成功。

　　在整個2010年代，甚至到2020年代前半段，LAMOST銀河系巡天產出的數據都將是全球銀河系研究獨一無二的財富。2013年，歐洲空間局發射了Gaia天體測量衛星，從而開啟了銀河系研究的新紀元。從2016年Gaia發布第一批數據一直到2025年左右，LAMOST都將是與Gaia匹配最好的地面光譜巡天項目，因而被全球天文學家所重視。LAMOST注定會和Gaia是天生的一對。即便沒有Gaia數據，迄今為止LAMOST也在稀有恒星探測、銀河系結構、恒星運動學等方面做出了一批具有重要意義的成果；在太陽運動速度、暗物質密度測定、銀河系總質量稱量等方面給出了新的結果。特別需要指出的是，LAMOST和著名的Kepler巡天項目開展了緊密合作，在系外行星研究和恒星物理方面取得了非常突出的成果，發表在包括《自然》在內的國際頂級學術期刊上，展現了其國際影響力。基于LAMOST的數據發表的科學論文已經有大約20%是完全由國際團隊獨立做出的，這更凸顯了LAMOST項目越來越重要的學術價值。和同時期、同類型國際其他恒星光譜巡天相比，LAMOST在科學產出上并不落下風，科學成果的影響力也正在逐漸顯現出來。可以說LAMOST銀河系巡天前景一片光明。

　　過去—現在—未來

　　由于計劃和結果南轅北轍，LAMOST算不上一個成功的大科學項目。但它仍是世界上銀河系研究最核心的重器之一，是中國天文學躋身世界的重要標志。中國天文學家理應站在中國天文學的整體利益上考量LAMOST的功與過，給它一個公正的歷史評價。

　　如果從1997年立項，甚至更早的項目建議階段梳理LAMOST的科學目標，我們會發現今天的巡天項目可能是一個“假”的LAMOST。

　　從那些研究宇宙學和河外天體的天文學家的立場出發，怎么批評LAMOST都可以理解，畢竟當初這些人都被忽悠得不要不要的。最后呢，LAMOST壓根沒干成那些事。

　　可是如果大家站在寬容的角度，從我國天文學整體發展來看，LAMOST如今的成績也算斐然，還是可以拿出來展示一番的。盡管LAMOST開始的時候并不是以銀河系為主要目標，但最終卻成了世界上銀河系研究最核心的重器之一，成為中國天文學躋身世界的重要標志。

　　如果還要非說LAMOST失敗，未免就有些小家子氣了。當然，也不必大吹大擂它如何大獲成功——不要忘了即便有這么多人這么艱辛地把它從一具“僵尸”拉回到了正軌，這個大科學項目如今仍是與當初的計劃南轅北轍，這無論如何都有些尷尬。也許僅是運氣成分更多一些，加上很多實際參與人員自始至終不拋棄不放棄。還要感謝天上的那些恒星，因為它們比星系更亮，比星系更多。

　　我一直為之自豪的一點就是天文學家總是能夠游刃有余地游走在時間軸上，在過去、現在、未來之間御風而行。哪個行當能有天文學家那樣寬廣的胸襟，容下百億年的滄海桑田？在對待LAMOST的問題上，中國天文學家也要有如此的胸襟。看過去，看現在，看將來，不要被自己狹小的研究領域和利益糾葛所禁錮，站在中國天文學的百年大計上考量LAMOST的功與過，給它一個公正的歷史評價。

　　（作者系中國科學院國家天文臺副研究員）

　　圖片由本報記者 劉亞東攝

　　圖為郭守敬望遠鏡直徑6米的主鏡由37個六邊形鏡坯單元組成，它們是這個我國最大口徑光學望遠鏡的核心部分。圖片來自網絡