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超级太空望远镜与绿花菜——薇拉·鲁宾天文台的故事 – BBC News 中文


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LSST Camera Team/SLAC/VRO

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薇拉·鲁宾天文台内世界最大数码相机拍摄的32亿像素绿花菜

如何检测世界上最大数码相机的图像传感器? 当然是照一张绿菜花的照片。

这听起来可能挺奇怪的,但是绿菜花上的细微形状最能检测相机是否捕捉到了众多细节。

而对这台要安装在智利薇拉·鲁宾天文台的巡天相机来说,这时候的表现可是太重要不过了。

人们对这个能拍出32亿像素的相机寄予厚望,希望能帮助解决天文学至今仍然没有答案的许多关键问题。

这可是谁也说不准的事。这台相机甚至可能帮助我们更进一步了解宇宙中的“暗能源”和“暗物质”。这些让人们至今不得其解的东西似乎掌控着我们仰望天空时看到的浩瀚太空中的太多演变。

相机焦平面图片版权
J.Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)

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相机的焦平面由189个传感器,即感光耦合器组成。

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薇拉·鲁宾天文台将通过这台数码相机为广袤的天空绘图。天文台将在未来十年每隔几晚测绘相机能拍摄到的天穹。

要记载的不仅是数以亿计的恒星和星系在某个时间所处的位置,而且要捕捉任何天空中的运动或光亮。这将会搜集到宝贵的天文数据供科学家们在未来几十年研究。

但是要展开这样一次测绘,薇拉·鲁宾天文台需要一台特别的相机,就像这台在美国加州国家加速器实验室(SLAC National Accelerator Laboratory) 内的相机。

科学家在检测相机的传感器图片版权
J.Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)

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科学家在放置150微米针孔相机

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这台相机的关键部分是宽为64厘米的焦平面,由189个传感器,即感光耦合器组成。要让它们全部各就各位而且彼此协调工作是非常艰巨的挑战。

不过周二(9月8日)公布的照片显示,安装调试工作成功完成。

目前SLAC小组还没有获得相机的所有组装部件,比如说镜头就没有,所以他们用了一个150微米针孔相机将图像投射到焦平面上。

绿菜花因为表面结构极为细腻而被选中成为实验对象。它有无数的凸凹、纹路、图案,细节极为丰富,是检测相机是否能真实反映原貌的好选择。

那么拍出来的照片质量有多高呢? 如果要展现原图,你需要378个4K超高清电视屏幕。

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Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory

薇拉·鲁宾天文台台长斯蒂夫·坎恩(Steve Kahn)解释说:“如果我们要完成对天空的比较研究,我们就需要这样一个大望远镜和大相机。”

“这个30亿像素的相机能拍下10平方度的天空,这是个什么概念呢,就相当于40倍月亮的面积。也就是我们能每15秒将整个天空拍摄一次。”

“我们将能得到整个天空的深度影像。但是更为重要的是,我们能取得时间顺序。我们将看到哪些恒星的亮度有变化,看到流星和小行星等在天空移动的任何星体。”

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J.Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)

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要使所有感光耦合器彼此协调一致地工作,难度极高。

薇拉·鲁宾天文台虽然主要是美国在兴建,但国际参与度也很高。

英国科学家在研究天空领域有很多长项, 预计将在分析数据的过程中发挥很大的作用。

最近这个天文台成为媒体关注的热点,因为不久前发射的星链卫星可能破坏天文台巡天望远镜的观测。

薇拉·鲁宾天文台建在智利北部海拔2682米的高山顶上。图片版权
Rubin Observatory/NSF/AURA

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薇拉·鲁宾天文台建在智利北部海拔2682米的高山顶上。

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大量低轨道飞行的通讯卫星从巡天相机的“视线”中飞过,可能会破坏图像。

而最大一批新发射的卫星,就是马斯克和他的SpaceX公司发射的星链卫星。

薇拉·鲁宾天文台台长坎恩教授说,天文台已经与马斯克取得联系,工程人员正在想办法尽量减少卫星对巡天相机的干扰。

坎恩教授说,目前更需要加强的是与英国印度合办的OneWeb公司的联系。

薇拉·鲁宾Vera Rubin图片版权
LSST Camera Team/SLAC/VRO/Carnegie Institution

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薇拉·鲁宾(Vera Rubin 1928-2016)是美国天文学家,是开创“暗物质”理论的先锋人物。

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因为该公司的卫星在太空更高的轨道上,在巡天相机“视线”下的时间长得多,因此造成的问题将更大。

坎恩教授向BBC表示,“英国的天文学家是重要的合作伙伴,如果他们能让OneWeb公司与我们合作将会很有帮助。”

“这些问题不是解决不了,但是需要合作。”

预计薇拉·鲁宾天文台的巡天相机将在2022年下半年开始运行。

盒子里的绿花菜图片版权
J.Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)

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