位于美國西南部的斯隆數字巡天(SDSS)望遠鏡與星空遙相呼應

不久前，中國科學院國家天文臺公布了我國自主研發的光譜巡天望遠鏡——郭守敬望遠鏡(LAMOST)過去7年巡天的結果。在過去7年中，郭守敬望遠鏡共獲得了1125萬條恒星光譜，其中937萬條光譜為高質量光譜，為國際上其他巡天項目的2倍左右。

巡天是天文類新聞中的常見詞語。那么，什么是巡天?它又能分為哪些種類?

將星空盡收眼底

我們的地球位于太陽系，太陽系是銀河系中一個非常普通的恒星系統，銀河系中有幾千億顆和太陽類似的恒星。而廣袤的宇宙中又有無數類似于銀河系的星系。眾多星系中，有的穩定發光，有的爆發性地發光;各星系內部，又不斷有恒星誕生、演化、死亡、爆炸。恒星的爆發又會發出大量光芒。為了對盡可能多的星系以及星系中可能的爆發現象進行系統觀測，天文學家采用了無差別掃描的方式來觀測它們，這就是天文巡天觀測，簡稱巡天。

根據巡天觀測的天區范圍，可以將巡天分為有目標巡天與無目標巡天。有目標巡天針對那些明亮的星系，逐點跳躍，定期觀測列入表的星系，觀測那些星系或者那些星系內的爆發現象。無目標巡天又被稱為盲巡天，它的主要特征是對天空的所有可以掃到的區域進行逐塊掃描，不僅觀測了那些明亮星系，還觀測了大量此前未被注意到的暗弱矮星系。過去十幾年來，針對超新星等可見光輻射為主的一些變源，人們主要采用無目標巡天，因此發現的超新星數目比以前大大增加。

根據巡天望遠鏡接收的電磁波的波段，可以將巡天分為射電巡天、可見光巡天、紅外巡天、X射線巡天與伽馬射線巡天。比如1997到2002年之間進行的HIPASS項目，就是針對宇宙中的中性氫分子云進行的射電巡天，它采取的是盲巡天模式;暗能量巡天、茲威基巡天設備、泛星計劃、ATLAS、LOSS、ASASSN、SDSS等巡天都是可見光巡天，且有的具有一定的近紅外和近紫外觀測能力。WISE是紅外巡天中比較著名的一個探測器;費米伽馬射線衛星是著名的伽馬射線巡天衛星。

有些巡天項目同時用到多個波段，如COSMOS巡天以哈勃太空望遠鏡上的高級巡天相機為核心，聯合甚大射電望遠鏡陣列、XMM-牛頓X射線衛星、昴星團望遠鏡，覆蓋了可見光、近紫外、近紅外、射電與X射線多個波段，掃描一小塊天區內的眾多星系，用以研究宇宙的大尺度結構、暗物質與星系形成之謎等重要課題。

根據探測到的光的類型，巡天可以分為光度巡天和光譜巡天。前者只需要測出幾種顏色的光，后者需要將進入望遠鏡的光先用光譜儀分解為超級細致的“彩虹”光——光譜，然后再進入相機系統。與變源相關的巡天采用的大多是光度巡天;而一些與星系、恒星有關的巡天會采用光譜巡天，如SDSS與開頭提到的郭守敬望遠鏡，就是光譜巡天望遠鏡：SDSS致力于獲得大量星系的光譜，郭守敬望遠鏡當前致力于獲得大量恒星的光譜。

與通用望遠鏡合作觀測

巡天望遠鏡還常常與通用望遠鏡緊密合作。所謂通用望遠鏡，指的是那些根據精確位置進行對應觀測的望遠鏡。一些巡天望遠鏡發現有價值的目標之后，將這些目標源的精確位置定出，使用通用望遠鏡的天文學家就可以根據那些目標源的精確位置進行后續觀測，得到它們的光度演化與某些時期的光譜信息，從中提取重要信息。

比如，SDSS發現大量星系的光譜之后，相關的天文學家挑出那些比較反常的光譜，讓哈勃太空望遠鏡觀測其亮度特征，從中發現了多個由引力透鏡引起的壯觀的“愛因斯坦環”。再如，2017年雙中子星并合導致的引力波事件發生后，地面上1米口徑的Swope望遠鏡迅速掃描其可能存在的那些位置，發現了伴隨這次引力波的可見光對應體——千新星，此后眾多通用望遠鏡對這顆千新星進行后續觀測，得到了700多個光度數據點和多條光譜，為人們細致研究中子星并合后的拋出物質的化學成分提供了強有力的工具。

巡天觀測有至少80年的歷史。過去十幾年來，更多更強有力的巡天設備投入運行，讓天文學家發現了海量的珍貴數據。未來還有多個正在計劃中的巡天計劃會啟動，如將于2022年開始正式運行的8米口徑的巡天望遠鏡——LSST——每年會發現幾十萬個可見光爆發現象;將要升空的寬場紅外巡天衛星和歐幾里德紅外衛星會對宇宙學的進一步發展作出重大貢獻。

最后需要說明的是，有些巡天同時可以執行多種任務，比如，泛星計劃和ATLAS，它們既掃描天空、監測到眾多可能威脅地球的小行星，又發現了大量銀河系外的爆發現象。

(作者王善欽 廣西大學物理科學與工程技術學院)