巡天望远镜一般都有较大的观测视场，可以高效地对天空的大面积天区进行扫描覆盖式观测，根据观测研究目的不同，巡天观测又可分为多色光成像巡天和光谱巡天两类，执行这两类任务的望远镜及其附属接受系统分别称为成像巡天望远镜和光谱巡天望远镜。

成像巡天的目的是让星光通过放置在焦面前的不同的滤光片后，直接在焦面的探测器上进行多色光成像以获得天体的亮度和位置等信息，而光谱巡天的目的是通过在焦面上放置的多个光纤探头，分别对准预定的天体目标，再通过光纤将目标光引导到光谱仪，从而可同时获取多个天体的光谱信息。光谱巡天常常从多色光巡天的观测结果里遴选目标，进行后续光谱观测。天体光谱可以提供比多色光成像更加丰富的天体信息，通过对这些光谱的分析，我们可以得到天体的化学组成，运动速度，以及天体的温度，压力、密度、磁场等信息。现代专门用于光谱巡天的望远镜使用的光纤数可高达数百至数千根，一次曝光可以同得到数百至数千个光谱，可以对设定的天区进行大面积光谱巡天观测，以获取数以十万、百万甚至千万计的遥远天体的光谱，对这些天体光谱的分析将用于创建宇宙三维图，探索诸如早期宇宙、宇宙膨胀速度和暗能量等一系列现代天文的前沿课题。

光谱巡天望远镜一般由下面几个系统组成： ①望远镜系统。用来接受光子信号。望远镜口径越大集光能力越强，穿透力越强，世界上已经运行和即将运行的专用于光谱巡天观测的望远镜的有效口径大部分在2米（SDSS斯隆数字化巡天）到8米（昴星团望远镜光谱巡天模式）之间。巡天望远镜常常选用主焦或卡焦点为其工作焦点，为了获取巡天需要的大视场，在这些焦点上一般都需加装视场改正镜，使可用视场扩大到1到3度或更大，视场越大，每次曝光覆盖的天区越大，可选的目标越多，巡天效率越高。巡天望远镜的巡天效率常用通光量（Etendue）来评价，数值上它等于望远镜有效口径平方米（A）和所使用视场对应的立体角平方度（Ω）的乘积AΩ来表示，AΩ值越大表示通光量越大，望远镜的巡天效率越高，国际上主要的几架光谱巡天望远镜的通光量从大约25（SDSS）到200多（郭守敬望远镜和昴星团望远镜光谱巡天模式）。光谱巡天望远镜通常每次曝光覆盖的波长较宽（一般从360纳米到1微米），当观测的天顶距超过30度后，大气色散对像质影响显著变大，所以在光谱巡天望远镜的改正镜中普遍设计有大气色散补偿器，通常使巡天观测的最大天顶距可达60度（等效于2个大气厚度）。②光纤接受系统。由一个焦面盘和安装在盘上的光纤和定位器组成，焦面盘安装在焦面附近使光纤的接收端与焦面重合，光纤定位器控制光纤接收端位置，使其对准需要观测的目标，并将星光经过光纤送到光谱仪。③光谱仪。用来最终生成所需要的天体光谱，光纤的输出端紧密沿光谱仪的狭缝排列，这样一次曝光可以得到多个目标的光谱，当使用的光纤多达数千条时，常常需要使用几台到十几台光谱仪同时工作。另外为了提高通光效率，每台光谱仪往往由分光片分成几个频道，每个频道使用不同的光栅和照相机。④实时控制和数据获取系统。接受系统姿态控制，定位光纤接收器在光纤盘上的位置，动态曝光时间控制，数据获取质量估计等。⑤数据接受和处理系统。对接受的光谱数据进行初步处理，加定标等信息，检查，格式化数据并压缩传输。

光谱巡天在国际上是一项非常活跃的课题，21世纪的二十多年来世界上陆续启动了一系列的光谱巡天项目，一批光谱巡天望远镜已经或即将要投入运行，下面简单介绍其中几个比较有代表性的光谱巡天项目。

①2dF或2dFGRS（2 Degree Field Galaxy Redshift Survey）2度视场星系红移巡天。这是英澳天文台的一个光谱巡天项目，使用的是英澳天文台在澳大利亚的3.9米口径的英澳望远镜，它的第一阶段的光谱巡天从1997年开始，到2002年4月结束，共获得了220000多条星系的光谱和23000条类星体的光谱，这期间的巡天数据于2003年1月向公众开放。2dF是世界上较早投入的以光谱巡天为主要目的的巡天项目，也是在1998～2003年世界上运行的口径最大的光谱巡天望远镜。其观测数据主要应用于：非相对论物质密度参数测量（重子声学振荡、暗物质、中微子），创建局部区域的宇宙三维图，研究物质与暗物质之间的密度关系等。

2dF安装在3.9米望在远镜的主焦点上，加有带大气色散校正功能的改正镜，望远镜的使用视场可达2度。光纤接受系统是由一个金属焦面盘和吸附在盘上的带有磁性的光纤定位器（俗称磁头）组成，每条光纤的输入端安装在一个这样的磁头上，它依靠磁性吸附在金属焦面盘上，一个焦面盘安装了392根光纤。2dF备有两个这样的金属焦面盘，当一个盘用于观测时，机器手完成另一个金属盘的光纤定位以准备下一次的观测。

2dF使用的光谱叫HERMES（The High Efficiency and Resolution Multi-Element Spectrograph）高效率高分辨率多通道光谱仪。这是一架四通道光谱仪，波长范围为471.5～788.7纳米，光谱分辨率为R约为28000。2006年一架新的光谱仪AAOmego（AAT multi-purpose optical spectrograph）英澳多用途光谱仪投入使用，新光谱仪光分两个频道，覆盖的波长范围分别为370～850纳米或470～950纳米，在这种工作模式下，光谱分辨率为1000～8000。AAOmego的另外一种工作模式是接受来自安装在3.9米的卡塞格林焦点的积分视场单元（IFU）的光纤的输入，使用这种工作时模式，光导纤维总数是512根，光谱分辨率为1500～10000。  

②SDSS（Sloan Digital Sky Survey）斯隆数字化巡天望远镜。斯隆数字化巡天使用的是位于美国新墨西哥州阿帕奇天文台的2.5米口径望远镜，该望远镜即可用于多色光成像巡天也可用于光谱巡天。SDSS于1998年开始启用，自2000年到2020年，共完成了4个阶段的巡天观测，观测数据已对公众开放。SDSS从其多色光成像巡天得到了上亿个天体的多色光参数，然后对从中选出的一百多万个星系和十多万个类星体做进一步光谱观测，从测量这些星系光谱可以得到星系的红移，根据红移来确定星系的距离，进而研究宇宙的结构和星系的演化等课题。在第三和第四阶段的观测中SDSS还利用重子声学振荡光谱巡天BOSS（Baryon Oscillation Spectroscopic Survey）的结果，结合微波背景辐射以及超星测量的数据，给出比以前更精准的宇宙3维图，用于了解星系和类星体在空间上的分布，以及它们在时间上的演化、宇宙膨胀速度和暗能量等。

SDSS望远镜采用了卡塞格林系统，在光谱巡天工作模式下，改正镜由两片非球面薄透镜组成，全视场达3度。望远镜焦面盘是一个钻有640个小孔的铝制板，盘上的每个小孔对准需要观测的目标，每个小孔后面接有光纤探头，可以同时得到640个目标的光谱，每次曝光完成后，便需更换焦面盘进行下一次曝光，每晚备有多个这样的焦面盘换用。SDSS 的光谱仪分为二个频道，蓝波段360～635纳米，红波段565～1000纳米，光谱分辨率分别为R1560～2270和R1850～2650。

③LAMOST。见大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜。

④DESI（Dark Energy Spectroscopic Instrument）暗能量光谱仪。暗能量光谱仪安装在美国亚利桑那（Arizona）州南部海拔2100米的基特峰（Kitt Peak）山上的4米口径的梅奥尔（Nicholas U. Mayall）望远镜主焦点上，专用于光谱巡天。DESI于2019年10月22日开光，2021年投入使用，计划在其后的五年巡天观测中，将记录3500万个星系和240万个类星体的光谱。顾名思义暗能量探索将是DESI的一个重要科学目标，它将继续SDSS的重子声学振荡光谱巡天BOSS的第二和第三阶段观测。通过对宇宙大量遥远物体统计样本的光谱和红移信息来确定它们的距离，创建宇宙的三维图，这将是细节非常丰富的三维宇宙地图，它不仅包含重子声波振荡信号，而且还包含宇宙膨胀速度及暗能量等的信息。

添加改正镜后的望远镜主焦点工作视场为3.2度，带有大气色散补偿功能。DESI的焦面盘上共安装了5000根光纤和磁杆光纤定位器，每两个光纤定位器中心间的距离是10.4毫米，每个定位器可做X、Y两个方向的倾斜，使光纤头可以定位在半径为6毫米内的任何位置上，光纤定位由计算机控制，可以保证两次曝光间隔不超过2分钟。星光通过38米的光纤被引导到安放在恒温室内的光谱仪，DESI使用了10台同样的光谱仪。每台光谱仪分为三个频道，波长分别为360～593纳米、566～772纳米和747～980纳米，分辨率分别大于2000、3200和4100。 

⑤4MOST（4-metre Multi-Object Spectrograph Telescope）4米多目标光谱望远镜。4MOST是欧洲南方天文台（ESO）正在研制中的一架大视场光纤光谱巡天仪器，将被安装在欧南台的4.1米口径的VISTA（Visible and Infrared Survey Telescope）可见和红外光巡天望远镜上，这架望远镜坐落在智利的帕瑞纳天文台（Paranal Observatory），计划2023年投入运行后，计划连续进行5年的光谱巡天观测，巡天范围将覆盖大部分南天空（≥15000平方度），每个天区将重复观测2到3遍，这将会产生超过2.5千万条的光谱。主要科学目标包括：用于对欧洲盖亚（Gaia）空间望远镜所得结果的后续光谱对照观测，对德国和俄国的X射线太空望远镜（eROSITA）和美国的大型综合巡天望远镜（LSST）所得结果的后续光谱对照观测，包括弱透镜巡天，红移巡天，类星体和星际间介质中的重子声振荡（BAO）测量等。

VISTA望远镜采用了类R-C系统设计，改正镜由4片透镜组成，带有大气色散补偿功能。加改正镜后，卡塞格林焦点的视场为2.6度。光纤接受系统的光纤定位器安放一个六角型的焦面盘上。每个光纤定位器可以作X、Y方向平移，而安置在定位器上的磁杆又可以做X、Y方向的倾斜。焦面盘上共安装了2346根光谱光纤和36根定标光纤，在计算机控制下只要2分钟就可以完成全部光纤定位，光纤的定位精度可以达到0.2角秒。每个光纤定位器之间的距离是9.54毫米（161角秒），但光纤头运动的圆周范围可达11.8毫米（200角秒），这样保证至少有3根光纤可以指向同一个科学目标，以便可以将光分别送到低分辨和高分辨率光谱仪去。

4MOST设有3个光谱仪，2架完全相同的低色散光谱仪（LRS）和1架高色散光谱仪（HRS）。每架光谱仪可接受812根光纤，3架可以同时得到2436条光谱。每架光谱仪分3个频道，低色散光谱仪覆盖波长从370～950毫米，分辨率R＞4000～7800，高色散光谱仪覆盖波长从390～679纳米，分辨率R＞18500。