LAMOST觀測(cè)條件和儀器指標(biāo)

1、LAMOST觀測(cè)條件和儀器指標(biāo)( Version 1 )1興隆觀測(cè)站觀測(cè)條件LAMOST望遠(yuǎn)鏡建于國(guó)家天文臺(tái)興隆觀測(cè)站內(nèi)。興隆觀測(cè)站位于河北省承德市興隆縣，地理坐標(biāo)為：東經(jīng)7h50m18s 或117°3430”，北緯40°2336”。該站相對(duì)北京市中心方位為東偏北約32°，直線距離約112公里。相對(duì)興隆縣城中心方位為東偏南約8°，直線距離約7.5公里。海拔高度為960米。下面引述的臺(tái)址天文條件參數(shù)來(lái)自興隆站多年積累的有關(guān)資料，特別是國(guó)家天文臺(tái)BATC課題組的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：1) 大氣透明度（或大氣消光）： BATC的多年監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)顯示，消光系數(shù)Kv的變化范圍

2、較大，但良好觀測(cè)夜Kv的變化在0.10.3之間，而這也與其他天文學(xué)家們多年測(cè)光工作得到的結(jié)果基本一致。2) 夜天光亮度： BATC的多年監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)顯示，在無(wú)月良好觀測(cè)夜，天光V星等一般在20.521.5星等/平方角秒。同時(shí)發(fā)現(xiàn)近十年來(lái)興隆站的夜天光亮度有逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)，幅度在0.3星等左右。3) 視寧度： 視寧度隨季節(jié)和天氣而變，多數(shù)分布在23角秒之間。應(yīng)該指出：星象FWHM除了包含seeing這一主要因素外還有其它因素影響，而且視寧度還有大氣視寧度與圓頂視寧度之分。因此，純粹的臺(tái)址大氣視寧度值會(huì)比直接測(cè)量星象所得FWHM要小。4) 可觀測(cè)夜：興隆站每年有240-260光譜觀測(cè)夜， 100-12

3、0測(cè)光觀測(cè)夜。目前LAMOST項(xiàng)目指揮部正與國(guó)家天文臺(tái)選址團(tuán)組積極協(xié)商，爭(zhēng)取在興隆臺(tái)站LAMOST望遠(yuǎn)鏡MA圓項(xiàng)附近設(shè)置專(zhuān)用探測(cè)設(shè)備，系統(tǒng)地監(jiān)測(cè)臺(tái)址條件。 2LAMOST的基本參數(shù)有效通光口徑 4米焦距 20米視場(chǎng)角直徑 5度（焦面線直徑 1.75米）光學(xué)質(zhì)量 80%光能量集中在2.0角秒直徑的圓內(nèi)光纖數(shù) 4000根光譜覆蓋范圍 370-900納米光譜分辨率 0.5納米，0.25納米觀測(cè)天區(qū) 赤緯從-10度到+90度的24000平方度3儀器效率和光譜觀測(cè)能力下面表圖顯示了LAMOST的儀器部件和總效率情況（目前的典型值）。儀器光路包括：望遠(yuǎn)鏡光纖光譜儀CCD。需要指出，這里儀器總效率中并未考慮

4、光纖有限面積、狹縫限寬、望遠(yuǎn)鏡有效口徑等非單純分光效率因素，也不含大氣透過(guò)率。儀器效率數(shù)據(jù)將保持更新。表1 LAMOST儀器部件及總效率波長(zhǎng)370400450500550600650700750800850900望遠(yuǎn)鏡0.59 0.61 0.62 0.62 0.62 0.62 0.61 0.61 0.58 0.54 0.55 0.62 光纖0.64 0.72 0.80 0.85 0.87 0.90 0.91 0.92 0.92 0.92 0.93 0.93 光譜儀0.17 0.26 0.36 0.38 0.33 0.29 0.35 0.41 0.43 0.40 0.35 0.30 CCD0.6

5、4 0.85 0.85 0.85 0.85 0.95 0.95 0.95 0.90 0.85 0.72 0.60 總體0.04 0.10 0.15 0.17 0.15 0.15 0.18 0.22 0.21 0.17 0.13 0.10 Component & Total Efficiency0.000.200.400.600.801.00370450550650750850Wavelength(A)EfficienytelescopefiberSpectrographCCDtotal圖1 LAMOST的效率隨波長(zhǎng)的分布圖關(guān)于LAMOST光譜觀測(cè)能力：典型光譜信噪比估算，請(qǐng)參見(jiàn)有關(guān)網(wǎng)頁(yè)

6、 /users. 詳細(xì)信噪比和露光時(shí)間計(jì)算器將陸續(xù)推出。有關(guān)計(jì)算結(jié)果將保持更新。 4光譜儀LAMOST配置有16臺(tái)多目標(biāo)低分辨率光纖光譜儀，每臺(tái)光譜儀器可按插250根光纖，光纖芯徑3.3(320m)。光譜儀分紅、藍(lán)兩區(qū)，每區(qū)有中、低分辨率兩種工作模式。總體技術(shù)指標(biāo)如下：1）藍(lán)臂低分辨率模式 光譜覆蓋 光譜分辨率不限狹縫 3700-5900Å 約10001/2狹縫 3700-5900Å 約2000 2）藍(lán)臂中分辨率模式 光譜覆蓋 光譜分辨率不限狹縫 5100-5400Å 約50001/2狹縫 5100-5400Å 約

7、10000 3）紅臂低分辨率模式 光譜覆蓋 光譜分辨率不限狹縫 5700-9000Å 約10001/2狹縫 5700-9000Å 約2000 4）紅臂中分辨率模式 光譜覆蓋 光譜分辨率不限狹縫 8300-8900Å 約50001/2狹縫 8300-8900Å 約10000 5光纖定位技術(shù)與觀測(cè)樣品的選樣由光纖定位系統(tǒng)所決定的光纖在LAMOST焦面上的分布特征，決定了在LAMOST視場(chǎng)中哪些天體是可以被觀測(cè)的，因此對(duì)于LAMOST的科學(xué)目標(biāo)的選擇有重要的影響。LAMOST的光纖定位系統(tǒng)的任務(wù)是保證焦面上4000根光纖按由巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)所決定的觀測(cè)對(duì)象及相應(yīng)的

8、天體在天球上的坐標(biāo)，快速精確地把光纖對(duì)準(zhǔn)各自觀測(cè)目標(biāo)。這是LAMOST項(xiàng)目的關(guān)鍵性技術(shù)難點(diǎn)之一。這將在光纖定位技術(shù)上大大突破目前世界上同時(shí)定位660根光纖的技術(shù)水準(zhǔn)，從而保證LAMOST的大規(guī)模光譜巡天的高效率。國(guó)外現(xiàn)在采用較為成熟的光纖定位方案主要有三類(lèi)：即打定位孔式（plug-plate，例如SDSS）、磁扣式（例如2dF和Auto fib）和獨(dú)立驅(qū)動(dòng)法（典型例子為MX）等。由于LAMOST的焦面直徑大（1.75米，國(guó)外一般尺度為0.5米以下），光纖數(shù)多達(dá)4000根（國(guó)外最多為660根），且焦面為球冠形并幾乎垂直于地面。故現(xiàn)有各種方案均難以采用。基于分區(qū)思想的并行可控式光纖定位方案，比較好

9、地解決了這個(gè)難題，并最終確定為L(zhǎng)AMOST光纖定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。它特別適合于象LAMOST這樣目標(biāo)多達(dá)幾千根光纖的定位要求。近年來(lái)，類(lèi)似的分區(qū)并行可控式光纖定位的思想，也被計(jì)劃應(yīng)用到其他大型望遠(yuǎn)鏡中，例如計(jì)劃中的在Gemini望遠(yuǎn)鏡上的KAOS采用的Echidna類(lèi)型的定位裝置。 圖2 焦面上孔的位置和相互重疊的區(qū)域 圖3 光纖頭運(yùn)動(dòng)模式并行可控式光纖定位系統(tǒng)在望遠(yuǎn)鏡焦面上需要安裝一塊1.75m球半徑R20m的球冠狀焦面板，在焦面板上呈蜂窩狀加工了約4000個(gè)軸線朝向球心的孔（圖4），每個(gè)孔中裝有一個(gè)有兩個(gè)回轉(zhuǎn)自由度的光纖定位單元，每個(gè)單元頭的端部裝有一根光纖，由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)作雙回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

10、（圖2）。光纖從單元空心軸的孔中穿過(guò)焦面板后，引向光譜儀。每根光纖的有效覆蓋面為33mm的圓，而每個(gè)圓的中心距為25.6mm，這樣觀測(cè)區(qū)域互相重疊（圖3），不僅沒(méi)有盲區(qū)，而且有利于提高觀測(cè)效率。圖4 LAMOST焦面板根據(jù)LAMOST的光學(xué)設(shè)計(jì)，焦面上的比例尺是每毫米10.3''。因此每根光纖有效的覆蓋范圍是直徑約為340''一個(gè)圓。我們?cè)谶x定科學(xué)目標(biāo)時(shí)，每根光纖只能在這個(gè)圓范圍內(nèi)運(yùn)行。我們知道，由于被觀測(cè)的天體，例如星系和恒星，在天空中的分布并不是均勻的，因此這種分區(qū)式的定位方法有可能帶來(lái)觀測(cè)效率上的問(wèn)題，也不利于觀測(cè)星象密集區(qū)域的天體。經(jīng)LAMOST光纖定位

11、技術(shù)采用的光纖頭設(shè)計(jì)方案，使光纖頭可移動(dòng)的范圍比分區(qū)的范圍要大一些，正如圖6中所表示的，因此對(duì)每這個(gè)觀測(cè)小區(qū)有互相重疊的部分，這個(gè)重疊的面積對(duì)增加觀測(cè)的效率起到很大的作用。即使在被觀測(cè)目標(biāo)較少的情況下，某小區(qū)中如果沒(méi)有適合觀測(cè)的天體，那么光纖頭就可伸入到相鄰的小區(qū)中觀測(cè)，通過(guò)理論計(jì)算和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬證實(shí)對(duì)于有重疊面積的小區(qū)的情況下，光纖的效率一般可以提高5%10%（參考文獻(xiàn)見(jiàn)LAMOST科學(xué)技術(shù)報(bào)告“光纖分區(qū)定位方案的效率問(wèn)題”，科字98002號(hào)）。特別是當(dāng)觀測(cè)樣本的數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光纖的數(shù)目時(shí)，例如對(duì)LAMOST這樣星系巡天的計(jì)劃來(lái)說(shuō)，對(duì)于極限星等達(dá)20.5的樣品，LAMOST視場(chǎng)中所觀測(cè)的樣本，至少四倍于光纖的數(shù)目，因此在需要重復(fù)觀測(cè)同一天區(qū)的情況下，光纖的利用效率可以大大提高。同時(shí)我們?cè)谟^測(cè)戰(zhàn)略與系統(tǒng)中采用了一些有效的選樣方法，例如利用最大密度方法為基礎(chǔ)的均值飄移方法來(lái)計(jì)算覆蓋方案，使得觀測(cè)效率能夠達(dá)到最高。另外