世界上最大的数码相机准备调查黑暗的宇宙

By Robert Lea

2024/4/5

The Universe

以一个3200万像素的空间和时间遗产勘察相机，维拉·C·鲁宾天文台将创造“从来组装的有史以来最告知的夜空的映射的最伟大电影”

空间和时间遗产勘察相机在运往智利的维拉·C·鲁宾天文台之前被检查。(Image credit: SLAC)

维拉·C·鲁宾天文台将很快开始它的为期十年的空间和时间遗产勘察即LSST，监测整个南半球天空数千次。一个如此宏大的使命需要一台同等大小的相机。

幸运的是，国家加速器实验室（SLAC）刚好上手来提供这个。国家加速器实验室的科学家和工程师已经正式完成了空间和时间遗产勘察相机相机，这是从来建造的为鲁宾的开创性10年勘察的最大数码相机。

3200万像素的空间和时间遗产勘察相机尺寸是一辆紧凑型汽车的尺寸，重达3公吨，大约是一头雄性非洲丛林象的一半重量。空间和时间遗产勘察相机的宽视场观望将试图解决围绕暗能量萦回的秘密，暗能量约占我们宇宙物质能量含量的70%并造成宇宙来加速膨胀。

空间和时间遗产勘察相机还将调查暗物质，尽管对我们这种神秘物质是看不见的但仍占宇宙中所有物质的85%左右以及回答其他天文问题，因为它创造鲁宾天文台建设主任泽尔伊科·伊维齐奇描述为“从来组装的最伟大的电影和最告知的夜空的映射”的。

国家加速器实验室教授、鲁宾天文台副主任兼相机项目负责人阿伦陆德曼告诉太空网站，“由空间和时间遗产勘察相机和鲁宾收集的数据将真的是开创性的。它将使我们能够真的深入的研究宇宙的膨胀和暗能量”。

“我们将不去观察单个天体。我们将从智利的山顶位置观察夜空中的一切” 。

维拉·C·鲁宾山顶设施的渲染图。 (Image credit: Rubin Observatory/NSF/AURA)

一次又一次看这个大图片

来自强大望远镜的图像往往呈现独特的使它们可区分开来的“看”。例如，詹姆斯·韦伯太空望远镜图像中的明亮天体呈现独特的使这些图像的起源明显的“衍射尖峰”。如此，关于由空间和时间遗产勘察相机和鲁宾生成的图像什么将是分明的呢？

陆德曼说，“实际上这是一个很好的问题，因为我们的图像将真的是不同的。你将不能够从詹姆斯韦伯太空望远镜这样的太空望远镜中清晰的来看单个星系，但你将能来看到的是很多天空”。

“因此关于我们的图像令人惊讶的将是它们有多大，它们跨天空覆盖了的多少领土以及它们将包含多少恒星和星系” 。

 然而，如此巨大的尺寸并不意味着空间和时间遗产勘察相机当到细节时是一个懒散。

陆德曼补充道，“它的图像是如此详细以致它可以从大约15英里外分辨一个高尔夫球，同时覆盖比满月更宽7倍的天空”。

完成的空间和时间遗产勘察相机相机，一个执行宏大使命的大型仪器 (Image credit: Jacqueline Ramseyer Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)

空间和时间遗产勘察相机勘察的主要优势之一将是它反复的一次又一次观察同一片天空的事实。这将允许科学家来准确地监测该区域在10年的过程发生的任何变化。

这意味着有人将观察像超新星一样瞬态事件的增亮和消退，观测被经过的物质（包括暗物质）的引力造成的来自遥远来源的光的曲率，并跟踪空间织造随它推开遥远的星系的膨胀。事实上，由于暗能量的影响这些星系将越来越快溜掉。

陆德曼说，“这是我的对鲁宾和空间和时间遗产勘察相机勘察的主要兴趣，研究宇宙的膨胀和暗能量，暗能量只是我们对一种我们还不完全了解的现象的名字，但我们现在掌握的数据并不像我们能从鲁宾学到的那样精确” 。

然而，在空间和时间遗产勘察相机能够帮助科学家扮演侦探来调查暗能量和其他宇宙奥秘之前，它必须被从加利福尼亚州门洛公园的国家加速器实验室运送到安第斯山脉8900英尺（2713米）高的塞罗帕孔峰。一旦到达那里，它将在今年晚些时候被悬挂在西蒙尼天空看产望远镜的顶部。

不仅仅是空间和时间遗产勘察相机的尺寸使这一运输操作变得棘手的。该相机也惊人的精致，其焦平面由201个单独定制的CCD传感器组成。这些是5微米的平面，在平面度中变化不大于一根人类头发宽度的十分之一。按照陆德曼，相比之下，一张纸厚度是在50到100微米之间。

这些传感器之间的间隙约为半毫米宽，这意味着防止它们碰撞是制造过程中的一个主要挑战，在运输期间仍然是一个挑战。

该团队已经使用一个与相机重量和形状相同的“质量代理”测试了空间和时间遗产勘察相机将要走的路线。该代理被安装了加速度计测试作用在空间和时间遗产勘察相机上的应力，包括经由飞机随它前往智利时可能传达的应力。

陆德曼说，“这次测试是非常成功的，我们已经做了宏大量的工作，你知道来减少运输中的任何不确定性。不过，来看到它被装载到一架飞机上并被送往智利可能仍然是神经紧张的” 。

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一旦空间和时间遗产勘察相机安装在它将依赖的位置系统中，例如将它的图像传感器冷却到-148华氏度（-100摄氏度）的单元，它将被设置并呈现可运行的。

陆德曼说，“然后我们将做测试，以查验相机是否正在很好工作，以及整个望远镜作为一个集成系统工作。然后我们有一个18周的其中我们将开始拍照的周期” 。

至于空间和时间遗产勘察相机将首先拍摄的图像，陆德曼说一个目标尚还没有被选定，但他预计这将是一片包含一个巨大的明亮星系的天空。他补充说目前计划在明年春季向公众发布首批空间和时间遗产勘察相机图像。

研究人员总结道，“我很高兴来看到第一批空间和时间遗产勘察相机图像。自2011年1月当我第一次加入空间和时间遗产勘察相机团队以来，我一直工作在这个项目上，国家加速器实验室的项目历史追溯回到甚至更远。这个相机和它的第一批图像的完成一直是一个长时间到来” 。