世界上最大的数码天文相机准备探索暗宇宙

即将开始的十年长计划:太空与时间的遗产调查(Legacy Survey of Space and Time,简称LSST)将由维拉·C·鲁宾天文台(Vera C. Rubin Observatory)负责。

它将会巡逻监测整个南半球的天空数千次,如此庞大的任务,需要一台同等规模的相机,才能相配。

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幸运的是,SLAC国家加速器实验室(SLAC National Accelerator Laboratory)正好能够提供这样的设备。SLAC的科学家和工程师正式完成了LSST相机的制作,这是有史以来建造的最大的天文数码相机,这用于鲁宾天文台开创性的十年调查。

3200万像素的LSST相机体积相当于一辆紧凑型汽车,重达3公吨,大约是一只非洲灌木象的一半重。

LSST的广视场将尝试解决围绕暗能量的长期未解之谜,这种力量占我们宇宙的物质-能量含量约70%,并导致宇宙的膨胀加速。

LSST还将研究暗物质,这种神秘的物质占宇宙中所有物质的约85%,尽管对我们来说是不可见的,它还将回答其他天文问题,因为它创建了鲁宾天文台建设总监泽尔科·伊韦齐克(Željko Ivezić)所描述的,“有史以来最伟大的电影和有史以来组装的最信息丰富的夜空地图”。

SLAC教授兼鲁宾天文台副总监及相机项目负责人亚伦·鲁德曼(Aaron Roodman)告诉Space.com,LSST相机和鲁宾收集的数据将真正具有开创性,它将使宇宙膨胀和暗能量的研究变得非常深入,LSST调查将让我们看到数十亿个星系,我们自己银河系中估计有170亿颗恒星,以及数百万个太阳系物体。

“我们不会关注单个物体,我们将观察夜空中从我们智利山顶位置可见的所有东西。”

强大望远镜的图像常常具有使它们可区分的独特“外观”。例如,詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)图像中的亮对象会呈现出使这些图像的来源明显的独特“衍射尖刺”。

那么,LSST相机和鲁宾生成的图像有何独特之处呢?

鲁德曼说,“实际上,这是一个很好的问题,因为我们的图像将会非常不同,你将无法像从太空望远镜如JWST那样清晰地看到单个星系,但你将能够看到很多天空。

所以我们图像的惊人之处将是它们的尺寸有多大,它们将覆盖天空中多少区域,以及它们将包含多少恒星和星系。

这一巨大尺寸并不意味着LSST相机在细节上会有所欠缺。

鲁德曼补充说,它的图像如此详细,以至于它可以从大约15英里远的地方分辨出高尔夫球,同时覆盖的天空区域比满月宽七倍。

LSST调查的主要优势之一将是它反复观察天空中相同的一块区域,这将使科学家能够精确监测该区域在10年内发生的任何变化。

这意味着,当像超新星这样的瞬时事件变亮和消退时,会有人观察;观察远处光源的光线弯曲,这是通过途径物质(包括暗物质)的引力引起的;跟踪空间本身的扩张,因为它推动遥远的星系远离。

事实上,由于暗能量的影响,这些星系将越来越快地滑动远去。

鲁德曼说,“这是我对鲁宾和LSST调查最感兴趣的地方,研究宇宙的扩张和暗能量,暗能量只是我们对一个我们不完全理解的现象的称呼,但我们现在拥有的数据并不像我们从鲁宾那里学到的那样精确。”

然而,在LSST相机帮助科学家扮演侦探调查暗能量和其他宇宙奥秘之前,它必须从加州门洛帕克的SLAC运往安第斯山脉的塞罗帕切恩(Cerro Pachón)峰顶,海拔2713米。到那里后,它将在今年晚些时候被安装在西蒙尼调查望远镜(Simonyi Survey Telescope)之上。

鲁德曼说,LSST相机的运输操作之所以棘手,不仅仅是因为它的大小。相机也极其精细,其焦平面由201块定制设计的CCD传感器组成。这些传感器平坦度为5微米,平坦度的变化不超过人类头发宽度的十分之一。相比之下,一张纸的厚度在50到100微米之间。

这些传感器之间的间隙大约有半毫米宽,这意味着在制造过程中防止它们碰撞是一个主要挑战,在运输过程中仍然是一个挑战。

团队已经使用与相机重量和形状相同的“质量替代品”测试了LSST相机将采取的路线。这个代理配备了加速度计,测试了将对LSST相机施加的压力,包括它乘飞机前往智利途中可能承受的压力。

鲁德曼说,那次测试非常成功,我们已经做了大量工作,你知道,减少运输中的任何不确定性,尽管如此,看到它被装上飞机并发送到智利可能还是会让人紧张。

一旦LSST安装在它所依赖的系统上,如将其图像传感器冷却到零下零下100摄氏度的单元,它将被设置并投入运行。

鲁德曼说,然后我们将进行测试,以检查相机是否运行良好,以及整个望远镜作为一个综合系统是否有效,再然后我们有18周的时间开始拍摄图像。

至于LSST相机首先将拍摄什么目标,鲁德曼表示尚未选择目标,但他预计这将是包含一大明亮星系的一块天区。

他补充说,首批LSST图像向公众发布当前计划于明年春季。

鲁德曼说,“我非常期待看到首批LSST图像,我从2011年1月加入LSST相机团队开始就一直在这个项目上工作,而SLAC的项目历史更是追溯得更远。这个相机的完成和它的首批图像已经盼望已久。”

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