由中国自主研制并建造的LAMOST，以其大视场、大口径以及多目标光谱的探测能力，在跟随地球自转和随太阳公转的过程中，可以对整个宇宙进行全方位的扫描探测。
2008年，中国国家重大基础科学工程项目――由中科院国家天文台承担的LAMOST(大天区面积多目标光谱天文望远镜)在国家天文台兴隆观察基地诞生。2008年末，LAMOST的落成被评为“2008年度十大科技进展新闻”之一；2009年2月初，LAMOST再次被评为“2008年度十大基础研究新闻”之一。
在人类文明史上关于星空的故事，可以讲上一箩筐。比如古希腊哲学家泰勒斯，一味地抬头专注天空星辰的观察，结果不小心掉进水坑里，仆人笑话他只专注天空而忘了脚下的路，他自己也一笑置之。来年，他利用观察天空的知识推测出橄榄枝必得丰收，结果赚了一大笔钱，成为哲学史上的千古佳话。18世纪伟大的哲学家康德曾经这样说过，“世界上有两件东西最能够深深地震撼人们的心灵，一件是我们心中崇高的道德律，另一件是我们头顶上灿烂的星空。”神秘的星空召唤着人类无限的好奇和探索的热情，正是在这召唤之下，人类的文明得以传承和发展。
望远镜与天文学
17世纪初，伽利略利用荷兰商人发现的透镜原理，发明了第一架望远镜。当他把这个望远镜投向月球的时候，第一次看到了以往人们认为完美无缺的月球“以上”的天空其实是有瑕疵的：月亮有斑斑点点的东西――环形山、木星有4个卫星、太阳有太阳黑子。这些惊人的发现打破了中世纪以前人们对天空的认识，即亚里士多德的宇宙体系――亚里士多德认为月球以上的天空，是由完美的物质组成的不朽的“水晶体”天球，在当时人们用肉眼能观察到的五大行星镶嵌在相应的水晶体天球上，天界(月上区)和地界(月下区)的区别由此形成。伽利略利用自制的望远镜，否定了亚里士多德关于天空和宇宙的认识，导致一场科学史上的“革命”，开普勒、牛顿等人的天文学和经典物理学也应运而生。当然，那时候的科学先驱，观察天空的最重要的动力，除了人类最原始的求知欲和好奇心，就是能带来额外收入并且充满神秘气息的“占星术”，这个以天空星体的运转来预测人间大事和人生命运的行业，为许多天文学家解决了衣食之忧，也让诸如牛顿这样近代科学的开源者神驰忘返。而天文学以及“占星术”的发展，不得不归功于新的观测工具的使用，即天文望远镜。天文望远镜的发明和使用，打开了人类宽广宏大的视野，为人类探索宇宙提供了无限的资源。
伽利略发明的第一架望远镜，只有3倍的放大率，即只能把远处的物体放大3倍，第二架和第三架分别能放大8倍和20倍。1609年，伽利略制造出了可以放大30倍的望远镜，正是利用这个望远镜对准了天空，他才发现了以前人们用肉眼看不到的惊人的秘密。伽利略使用的是折射式望远镜，也就是说光线必须透过透镜成像，这种望远镜受到透镜镜片的诸多限制，会产生色像差，对宇宙天体的成像质量会产生难以消除的影响。牛顿在望远镜的研制方面起到了重大的作用，他改进了原来惯用的折射式望远镜的不足，于1668年发明了第一台反射式望远镜，这架望远镜虽然只有2.5cm的口径，却可以清晰地看到木星的卫星、金星的盈亏。反射式望远镜原理的提出，为后来折反射式望远镜的发明提供了有力的支持。折反射式望远镜也叫施密特望远镜，由20世纪30年代德国光学家施密特发明，它结合了折射和反射原理的优点，因此目前世界上的大型光学天文望远镜，都采用了施密特设计的原理。我国自发研制的LAMOST也叫反射施密特望远镜，所以也属于是施密特望远镜范畴。
时至今日，人们对宇宙的认识已经达到了亘古未有的水平。虽然某些像研究星座这样有关天上人间相互对应和联系的神秘学说，始终没有终结过，但是科学界乃至普通民众，对天空和宇宙的结构与形成，都有接近常识的观念。现代天文学以其大量的观测数据和合乎数据的理论模型推测出，宇宙起源于一场大爆炸。比如斯蒂芬・霍金等20世纪最杰出的科学家，对宇宙大爆炸的过程进行了较为详细的描述；而诸如红移现象、哈勃定律、宇宙背景辐射等天文学领域确凿的事实，为宇宙大爆炸理论提供了有力的支持。因此，越来越多的人相信，我们生存的宇宙确实起源于一场大爆炸。在关于宇宙起源的探索中，望远镜给科学家提供了大量的数据和无限的资源，可以说，天文学的发展依赖于望远镜技术的发展，而宇宙大爆炸理论为望远镜的数据观察和处理提供了理论依据。
目前坐落在地球之上的大型光学天文望远镜主要有：美国夏威夷的凯克望远镜(Keckl、Ke&2)，这是一对口径达10m、设置在一起、完全相同的望远镜，目的是为了作干涉试验；欧洲南方天文台在智利建造的巨型望远镜(VLT)，这是由4台排列在一条线上口径分别是8m的望远镜，它们组合在一起形成了一台等效口径达16m的大型望远镜，以美国为首建造的分别位于北半球的夏威夷和南半球的智利的双子望远镜(GEMINI)，分别由两个8m的望远镜组成，可以进行全天系统的观察。这几台大型光学天文望远镜都是在20世纪末建成并投入使用的。而我国于1993年提出，并于2001年正式施工的重大天文项目LAMOST天文望远镜，也可谓紧跟世界步伐，备受世界关注。
LAMOST工作环境和历史延承
1957年，从法国留学归来的天文学家程茂兰先生踏遍北京附近的燕山山脉，就是为了寻找新中国第一个理想的天文观测基地。几经坎坷，总算定址在了距河北兴隆县城10公里左右的连营寨。兴隆县地处燕山深处，远离尘埃、偏僻而安静、四季天空如洗，正是适合天文观测的地方。从选址到基建，再经几代天文工作者的努力，兴隆观测基地不断发展壮大，目前拥有50cm以上口径的天文望远镜9台，其中包括我国最大、世界领先的大型望远镜LAMOST。
20世纪末是国际天文史上兴建大型天文望远镜数量最多的时期，我国天文学界深感国内天文望远镜的水平之不足，以中科院院士王绶瑁、苏定强为首的研究集体提出了LAMOST研究项目，建议我国自主建造具有国际领先水平的大型光学天文望远镜。这个提议最终在2001年获得国家计划委员会批准开工兴建。历时7年，终于在2008年10月落成，而这一年也是兴隆观测站建站40周年。
在中科院国家天文台翟萌博士的陪同下，记者搭乘台里的班车由北京出发赶赴兴隆观测基地。出了北京之后向东北方向沿着前行，约莫2个多小时到达兴隆县城，再向前行驶5公里左右，抵达兴隆观测基地的山脚下。在山下就可以看到银白色的巨型建筑――一个半球形封顶的圆柱体和一个斜着支撑在两个圆白柱子上蝉翼般长筒，长筒南北方向坐落，斜指苍穹。整个建筑采用流线 型设计，美丽而壮观，这便是和观测站里其它小型望远镜造型均异的LAMOST大型天文望远镜。翟萌告诉记者，由于白天会受到太阳光的影响，天文观测一般都在天气晴朗的夜晚进行(射电望远镜观测除外)，因此白天看到的望远镜完全处于封闭的状态，在观测的夜晚，半球形圆顶就会打开，长筒的低端也会打开，因此处于工作状态的LAMOST望远镜在白天是看不到的。
随车上得山来，感觉山顶空气清新、风景秀丽，现代化的观测基地矗立在和谐、静谧的环境之中。据说，天文望远镜最忌讳尘埃和多余的光线，因为尘埃落在镜面上会影响成像效果，并且磨损镜面；而地球上的城市灯光污染会湮没来自宇宙远处的光线，观测完全不能进行。所以，基地不烧锅炉，全部用电能取暖、照明、做饭；每到观测的夜晚，四周漆黑一片，只有灿烂的星空呈现在宇宙“巨眼”之前，一次对苍穹的解读开始了……
LAMOST如何工作?
人们之所以能看到物体，是因为携带物体信息的光线进入人的眼睛并在视网膜上成像。如果人的眼睛出了问题，比如近视眼或者远视眼，只要配戴上合适的眼睛，仍可以清晰地看到我们周围的物体。然而，人眼睛的视力范围是有限的，我们不能直接看得太过切近细小(比如细菌、细胞)，也不能直接看得太过遥远宏大(比如银河系外的星系、月亮上的环形山)。为了解决这些问题，人类发明了显微镜和望远镜，它们与近视眼镜和远视眼镜对改善人类眼睛的视力方面，作用是类似的。
当携带有宇宙深处天体信息的光线传到地球上的时候，已经是十分微弱的了。这些光线正如生物体的“DNA"’，它们可以标识出天体的组成成分、天体离我们的距离等等，我们若是能接收到它们并且进行物理光谱分析，就可以解读遥远天体的基本情况。
LAMOST的半球形圆顶内，设置有称为反射施密特改正镜(也叫Ma)，它由24块正六边形的镜片拼接而成，有效通光口径达3.6～4.9m。其作用是：接收来自宇宙深处的天体光谱光线，然后经过自身的形变和反射，即筛选处理(所谓“改正”镜便是此意)，将调整后的光线反射到球面主镜(也叫MB)上。
球面主镜是整体建筑的另外一个重要部分，它设置在长筒之中，由37块正六边形镜片拼接而成。其作用是：将来自改正镜的光线进行聚焦，并投射在成像焦面上。如果把焦面比作一张电影屏幕的话，那么望远镜所观测到的宇宙深处的局部就可以在屏幕上清晰地成像。然而，在LAMOST的焦面之，上，却不是简单的一张屏幕或胶片，而是密密麻麻分布着的光纤探头。
分布在直径达1.75m的圆盘上的焦面光纤探头，像马蜂窝上劳碌的工蜂，唯一的区别就是缺少嗡嗡嘤嘤的噪声。这些探头达4000个之多，每一个都是可以活动的(小型电机驱动)，并且在观测时随着目标的转变而随时调整方向，每一个探头对应的是一个天体，即是说，望远镜看到的每个天体都由一个光纤探头来对应成像，记录其“DNA”信息。
光纤探头所连接的终端是观测控制和数据处理系统，配有16台光谱仪和32台CCD相机，负责光谱记录和分析，用于科学研究的光谱分析数据图表由此得到。至此，作为一台大型光学天文望远镜的LAMOST基本工作原理也就介绍完毕了。
这台完全由我国自主研制的天文望远镜，具备许多领先世界水平的技术和特点。
其一，镜面拼接技术。在制造望远镜的过程中，对镜片的要求是最高的。镜片越大，相应口径也就越大，这样看到的天区光信息越多，也就是说功能越强大；但是镜片越大，研磨起来越困难，对技术的要求越高，即是说大镜片意味着高成本和高技术。如果使用拼接镜片，造价低，但是技术的要求会更高。LAMOST工程总工艺师李国平研究员说，“由于我们在投资初期受到资金的限制，所以在设计的过程中，两个主要镜面都使用了拼接技术，这在目前为止大型天文望远镜设计史上是没有前例的，谁也没有想到，缺钱却促发了我们技术的创新，坏事最终变成了好事。”李国平研究员带领记者参观了两个巨大的拼接镜面，每个正六边形的镜片单元后面都有相应的加力操纵系统，可以随时进行微调，达到整体协调一致的效果。
其二，镜面支撑系统的桁架结构。虽然在天文观测的过程中，球面主镜是固定不变的，变化的仅仅是每个镜片单元的焦距和整个球面镜的焦距，可以通过给镜片背面加力形变达到效果，但是改正主镜在观察的整个过程中却要进行旋转移动；而且球面主镜和改正镜本身也不能太过厚重，因为太重会造成自身的重力形变，从而影响拼接镜面的焦距和成像质量。LAMOST设计时使用了桁架结构。最大的好处就是轻盈易控，便于操作。李国平研究员说，这种结构是现代建筑技术和天文精密要求结合的产物，也是设计中最为值得称道的创新之一。可以这么说，如果没有桁架结构，那么两个拼接镜面的调整和协调就会相当困难。
其三，焦面光纤装置。LAMOST在焦面上设计了4000个光纤探头，可以同时对4000个天体进行光谱采集，是目前世界上同时获取光谱目标最多的望远镜，在国际天文望远镜行列中遥遥领先。李国平告诉记者，目前国际上能同时获取最多天体光谱目标的数目是600个(美国新墨西哥州Apache Point观测站数字巡天SDSS望远镜)，LAMOST一下子达到了4000个，可谓望远镜史上长足的进展。当记者问道，在我国研制的望远镜上，这个数目能否更多些的时候，李国平研究员回答说，技术上当然可以，只是没有太大的必要。
其四，大视场和大口径兼备。王绶�和苏定强院士最初的设计理念是，鉴于国际国内天文观测缺乏“大规模天文光谱观测”，所以提议建造一台“大口径和大视场兼备的多目标光谱天文望远镜”，这个初衷在LAMOST之中得到了完美的体现。所谓望远镜的视场，也称视野、视界，指在一定距离内所能清楚观测到的范围的大小；口径是指望远镜通光的直径大小，口径越大接收的光线也就越多，信息量越大。但是，在一般望远镜的设计中，如果其它参量不变，那么口径的大小和视场的大小是成反比的。以南京天文光学技术研究所为首的LAMOST技术研究人员突破了传统天文望远镜的藩篱，在改正镜上大做文章，终于设计出了大视场和大口径兼备的、世界首例的主动光学系统，调和了以往视场和口径兼备的矛盾。李国平告诉记者，由于采用了调节施密特改正镜的方法，随时对镜片加力变形以及调整桁架结构的位置，以适应不同天体的特殊状况，这样，我国在世界上首创了一种新类型的天文望远镜――反射施密特天文望远镜。在理论上讲，这种望远镜可以同时实现任意大的口径和视场。
在地球上扫描宇宙
美丽的星空何其迷人，给人类无限的遐想和无尽的思索。生命来自哪里?宇宙起源于何处?宇宙中数以百计的星系又是如何形 成和演化?地球所在的银河系是何种结构、如何运作?这些基本却又深奥的问题，都是千百年来人类不懈探求的迷梦。
从宇宙深处的天体发射而来的光谱，携带大量表征天体物理特性的信息，比如，星系的光谱可以给出它们的距离、构成、分布以及运动状况；恒星的光谱则可以确定它们的物理结构、化学组成、光度、温度以及演化历史等。LAMOST以其大视场、大口径以及多目标光谱的探测能力，在跟随地球自转和随太阳公转的过程中，可以对整个宇宙进行全方位的扫描探测。我国天文学界对LAMOST的科学目标定位包括三个方面：河外星系巡天、银河系结构和演化、多波段目标认证。在介绍LAMOST的小册子上有这样一段专业的描述：
“LAMOST将对北天可观测的约i4000平方度高银纬天区进行光谱巡天观测，其中包括北、南银冠区各250万个星系的巡天、150万个亮红星系巡天和约100万个类星体的观测，这些资料将在宇宙模型、暗物质、暗能量、大尺度结构、星系形成和演化等研究上做出重大贡献。同时，它将对250万颗恒星进行光谱观测，用之于研究，包括银河系晕的整体结构及亚结构、银河系的引力势与物质分布、从薄盘、厚盘到晕的结构特征、银河系球状星团来源及其与银河系结构的关系、银河系恒星金属丰度分类及贫金属星的搜寻等几个大的方向。LAMOST也将结合红外、射电、X射线、伽马射线巡天的大量天体的光谱观测将在各类天体多波段交叉证认上做出重大贡献。”
从上面的描述可以看到，LAMOST的科学意义是非凡的。宇宙深处有无生命，可以通过水的光谱得以推测，如果我们的LAMOST接收到来自某个天体携带水的信息的光谱，就可以给地外文明提供有力的线索。银河系的深处有怎样的黑洞，对人类所在的太阳系有何影响，可以通过LAMOST勾画银河系结构而得知。当前备受关注的暗物质、暗能量到底怎么回事，在宇宙中如何分布，也可以通过LAMOST的光谱探头而勾勒出来。另外，宇宙到底是否起源于一次大爆炸，它的结构究竟如何，也可以通过LAMOST对星系、恒星天体的运动以及结构而获悉。此外，它所获取的所有资料都会向国内外天文学界公开，成为人类共同的财富。
所谓“仰观天象，俯察地理”，我们的祖先早就认为只有抬头叩问天穹，然后俯身观望大地，才能走出充满丰富意义的人间大道。LAMOST作为中国的巨眼，它对其所承载的有关民族和人类的一切使命而言，任重而道远。
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