超級太空望遠鏡與綠花菜——薇拉·魯賓天文台的故事

  • 喬納森·阿莫斯(Jonathan Amos)
  • BBC 科技事務記者
綠菜花圖像

圖像來源,LSST Camera Team/SLAC/VRO

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薇拉·魯賓天文台內世界最大數碼相機拍攝的32億像素綠花菜

如何檢測世界上最大數碼相機的圖像傳感器? 當然是照一張綠菜花的照片。

這聽起來可能挺奇怪的,但是綠菜花上的細微形狀最能檢測相機是否捕捉到了眾多細節。

而對這台要安裝在智利薇拉·魯賓天文台的巡天相機來說,這時候的表現可是太重要不過了。

人們對這個能拍出32億像素的相機寄予厚望,希望能幫助解決天文學至今仍然沒有答案的許多關鍵問題。

這可是誰也說不准的事。這台相機甚至可能幫助我們更進一步了解宇宙中的「暗能源」和「暗物質」。這些讓人們至今不得其解的東西似乎掌控著我們仰望天空時看到的浩瀚太空中的太多演變。

圖像來源,J.Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)

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相機的焦平面由189個傳感器,即感光耦合器組成。

薇拉·魯賓天文台將通過這台數碼相機為廣袤的天空繪圖。天文台將在未來十年每隔幾晚測繪相機能拍攝到的天穹。

要記載的不僅是數以億計的恆星和星系在某個時間所處的位置,而且要捕捉任何天空中的運動或光亮。這將會搜集到寶貴的天文數據供科學家們在未來幾十年研究。

但是要展開這樣一次測繪,薇拉·魯賓天文台需要一台特別的相機,就像這台在美國加州國家加速器實驗室(SLAC National Accelerator Laboratory) 內的相機。

圖像來源,J.Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)

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科學家在放置150微米針孔相機

這台相機的關鍵部分是寬為64厘米的焦平面,由189個傳感器,即感光耦合器組成。要讓它們全部各就各位而且彼此協調工作是非常艱巨的挑戰。

不過周二(9月8日)公布的照片顯示,安裝調試工作成功完成。

目前SLAC小組還沒有獲得相機的所有組裝部件,比如說鏡頭就沒有,所以他們用了一個150微米針孔相機將圖像投射到焦平面上。

綠菜花因為表面結構極為細膩而被選中成為實驗對象。它有無數的凸凹、紋路、圖案,細節極為豐富,是檢測相機是否能真實反映原貌的好選擇。

那麼拍出來的照片質量有多高呢? 如果要展現原圖,你需要378個4K超高清電視屏幕。

圖像來源,Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory

薇拉·魯賓天文台台長斯蒂夫·坎恩(Steve Kahn)解釋說:「如果我們要完成對天空的比較研究,我們就需要這樣一個大望遠鏡和大相機。」

「這個30億像素的相機能拍下10平方度的天空,這是個什麼概念呢,就相當於40倍月亮的面積。也就是我們能每15秒將整個天空拍攝一次。」

「我們將能得到整個天空的深度影像。但是更為重要的是,我們能取得時間順序。我們將看到哪些恆星的亮度有變化,看到流星和小行星等在天空移動的任何星體。」

圖像來源,J.Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)

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要使所有感光耦合器彼此協調一致地工作,難度極高。

薇拉·魯賓天文台雖然主要是美國在興建,但國際參與度也很高。

英國科學家在研究天空領域有很多長項, 預計將在分析數據的過程中發揮很大的作用。

最近這個天文台成為媒體關注的熱點,因為不久前發射的星鏈衛星可能破壞天文台巡天望遠鏡的觀測。

圖像來源,Rubin Observatory/NSF/AURA

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薇拉·魯賓天文台建在智利北部海拔2682米的高山頂上。

大量低軌道飛行的通訊衛星從巡天相機的「視線」中飛過,可能會破壞圖像。

而最大一批新發射的衛星,就是馬斯克和他的SpaceX公司發射的星鏈衛星。

薇拉·魯賓天文台台長坎恩教授說,天文台已經與馬斯克取得聯繫,工程人員正在想辦法盡量減少衛星對巡天相機的干擾。

坎恩教授說,目前更需要加強的是與英國印度合辦的OneWeb公司的聯繫。

圖像來源,LSST Camera Team/SLAC/VRO/Carnegie Institution

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薇拉·魯賓(Vera Rubin 1928-2016)是美國天文學家,是開創「暗物質」理論的先鋒人物。

因為該公司的衛星在太空更高的軌道上,在巡天相機「視線」下的時間長得多,因此造成的問題將更大。

坎恩教授向BBC表示,「英國的天文學家是重要的合作伙伴,如果他們能讓OneWeb公司與我們合作將會很有幫助。」

「這些問題不是解決不了,但是需要合作。」

預計薇拉·魯賓天文台的巡天相機將在2022年下半年開始運行。

圖像來源,J.Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)

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