LAMOST观测条件和仪器指标

1、LAMOST观测条件和仪器指标( Version 1 )1兴隆观测站观测条件LAMOST望远镜建于国家天文台兴隆观测站内。兴隆观测站位于河北省承德市兴隆县，地理坐标为：东经7h50m18s 或117°3430”，北纬40°2336”。该站相对北京市中心方位为东偏北约32°，直线距离约112公里。相对兴隆县城中心方位为东偏南约8°，直线距离约7.5公里。海拔高度为960米。下面引述的台址天文条件参数来自兴隆站多年积累的有关资料，特别是国家天文台BATC课题组的长期监测数据：1) 大气透明度（或大气消光）： BATC的多年监测统计显示，消光系数Kv的变化范围

2、较大，但良好观测夜Kv的变化在0.10.3之间，而这也与其他天文学家们多年测光工作得到的结果基本一致。2) 夜天光亮度： BATC的多年监测统计显示，在无月良好观测夜，天光V星等一般在20.521.5星等/平方角秒。同时发现近十年来兴隆站的夜天光亮度有逐渐增强的趋势，幅度在0.3星等左右。3) 视宁度： 视宁度随季节和天气而变，多数分布在23角秒之间。应该指出：星象FWHM除了包含seeing这一主要因素外还有其它因素影响，而且视宁度还有大气视宁度与圆顶视宁度之分。因此，纯粹的台址大气视宁度值会比直接测量星象所得FWHM要小。4) 可观测夜：兴隆站每年有240-260光谱观测夜， 100-12

3、0测光观测夜。目前LAMOST项目指挥部正与国家天文台选址团组积极协商，争取在兴隆台站LAMOST望远镜MA圆项附近设置专用探测设备，系统地监测台址条件。 2LAMOST的基本参数有效通光口径 4米焦距 20米视场角直径 5度（焦面线直径 1.75米）光学质量 80%光能量集中在2.0角秒直径的圆内光纤数 4000根光谱覆盖范围 370-900纳米光谱分辨率 0.5纳米，0.25纳米观测天区 赤纬从-10度到+90度的24000平方度3仪器效率和光谱观测能力下面表图显示了LAMOST的仪器部件和总效率情况（目前的典型值）。仪器光路包括：望远镜光纤光谱仪CCD。需要指出，这里仪器总效率中并未考虑

4、光纤有限面积、狭缝限宽、望远镜有效口径等非单纯分光效率因素，也不含大气透过率。仪器效率数据将保持更新。表1 LAMOST仪器部件及总效率波长370400450500550600650700750800850900望远镜0.59 0.61 0.62 0.62 0.62 0.62 0.61 0.61 0.58 0.54 0.55 0.62 光纤0.64 0.72 0.80 0.85 0.87 0.90 0.91 0.92 0.92 0.92 0.93 0.93 光谱仪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 总体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图1 LAMOST的效率随波长的分布图关于LAMOST光谱观测能力：典型光谱信噪比估算，请参见有关网页

6、 /users. 详细信噪比和露光时间计算器将陆续推出。有关计算结果将保持更新。 4光谱仪LAMOST配置有16台多目标低分辨率光纤光谱仪，每台光谱仪器可按插250根光纤，光纤芯径3.3(320m)。光谱仪分红、蓝两区，每区有中、低分辨率两种工作模式。总体技术指标如下：1）蓝臂低分辨率模式 光谱覆盖 光谱分辨率不限狭缝 3700-5900Å 约10001/2狭缝 3700-5900Å 约2000 2）蓝臂中分辨率模式 光谱覆盖 光谱分辨率不限狭缝 5100-5400Å 约50001/2狭缝 5100-5400Å 约

7、10000 3）红臂低分辨率模式 光谱覆盖 光谱分辨率不限狭缝 5700-9000Å 约10001/2狭缝 5700-9000Å 约2000 4）红臂中分辨率模式 光谱覆盖 光谱分辨率不限狭缝 8300-8900Å 约50001/2狭缝 8300-8900Å 约10000 5光纤定位技术与观测样品的选样由光纤定位系统所决定的光纤在LAMOST焦面上的分布特征，决定了在LAMOST视场中哪些天体是可以被观测的，因此对于LAMOST的科学目标的选择有重要的影响。LAMOST的光纤定位系统的任务是保证焦面上4000根光纤按由巡天战略系统所决定的观测对象及相应的

8、天体在天球上的坐标，快速精确地把光纤对准各自观测目标。这是LAMOST项目的关键性技术难点之一。这将在光纤定位技术上大大突破目前世界上同时定位660根光纤的技术水准，从而保证LAMOST的大规模光谱巡天的高效率。国外现在采用较为成熟的光纤定位方案主要有三类：即打定位孔式（plug-plate，例如SDSS）、磁扣式（例如2dF和Auto fib）和独立驱动法（典型例子为MX）等。由于LAMOST的焦面直径大（1.75米，国外一般尺度为0.5米以下），光纤数多达4000根（国外最多为660根），且焦面为球冠形并几乎垂直于地面。故现有各种方案均难以采用。基于分区思想的并行可控式光纤定位方案，比较好

9、地解决了这个难题，并最终确定为LAMOST光纤定位系统的设计方案。它特别适合于象LAMOST这样目标多达几千根光纤的定位要求。近年来，类似的分区并行可控式光纤定位的思想，也被计划应用到其他大型望远镜中，例如计划中的在Gemini望远镜上的KAOS采用的Echidna类型的定位装置。 图2 焦面上孔的位置和相互重叠的区域 图3 光纤头运动模式并行可控式光纤定位系统在望远镜焦面上需要安装一块1.75m球半径R20m的球冠状焦面板，在焦面板上呈蜂窝状加工了约4000个轴线朝向球心的孔（图4），每个孔中装有一个有两个回转自由度的光纤定位单元，每个单元头的端部装有一根光纤，由两个步进电机驱动作双回转运动

10、（图2）。光纤从单元空心轴的孔中穿过焦面板后，引向光谱仪。每根光纤的有效覆盖面为33mm的圆，而每个圆的中心距为25.6mm，这样观测区域互相重叠（图3），不仅没有盲区，而且有利于提高观测效率。图4 LAMOST焦面板根据LAMOST的光学设计，焦面上的比例尺是每毫米10.3''。因此每根光纤有效的覆盖范围是直径约为340''一个圆。我们在选定科学目标时，每根光纤只能在这个圆范围内运行。我们知道，由于被观测的天体，例如星系和恒星，在天空中的分布并不是均匀的，因此这种分区式的定位方法有可能带来观测效率上的问题，也不利于观测星象密集区域的天体。经LAMOST光纤定位

11、技术采用的光纤头设计方案，使光纤头可移动的范围比分区的范围要大一些，正如图6中所表示的，因此对每这个观测小区有互相重叠的部分，这个重叠的面积对增加观测的效率起到很大的作用。即使在被观测目标较少的情况下，某小区中如果没有适合观测的天体，那么光纤头就可伸入到相邻的小区中观测，通过理论计算和计算机数值模拟证实对于有重叠面积的小区的情况下，光纤的效率一般可以提高5%10%（参考文献见LAMOST科学技术报告“光纤分区定位方案的效率问题”，科字98002号）。特别是当观测样本的数目远远大于光纤的数目时，例如对LAMOST这样星系巡天的计划来说，对于极限星等达20.5的样品，LAMOST视场中所观测的样本，至少四倍于光纤的数目，因此在需要重复观测同一天区的情况下，光纤的利用效率可以大大提高。同时我们在观测战略与系统中采用了一些有效的选样方法，例如利用最大密度方法为基础的均值飘移方法来计算覆盖方案，使得观测效率能够达到最高。另外