在一個(gè)以前用于粒子物理實(shí)驗(yàn)的舊實(shí)驗(yàn)大廳里，一組法國工程師正在檢查濾光片，這將是有史以來最大的數(shù)碼相機(jī)。 現(xiàn)在是 2021 年 10 月魯賓物理學(xué)家，我正在加利福尼亞州門洛帕克的 SLAC 國家加速器實(shí)驗(yàn)室觀看相機(jī)的組裝過程。 當(dāng)這款高分辨率成像儀最終投入使用時(shí)，它將為我們提供令人驚嘆的深宇宙景觀。
該儀器是時(shí)空（LSST）相機(jī)。 這臺 3.2 十億像素的相機(jī)最終將安裝在智利山頂維拉-魯賓天文臺的頂部，每三天將拍攝到一半的南部天空。 它將大約每周一次為天文學(xué)家、天體物理學(xué)家和宇宙學(xué)家提供該地區(qū)天空的完整圖片。
負(fù)責(zé)相機(jī)組裝和測試的首席科學(xué)家、天體物理學(xué)家艾倫·魯?shù)侣f：“我們將在天空的某個(gè)區(qū)域看到比人們以前見過的更暗的物體。” “人們做了一些深層次的事情，但他們只停留在天空的微小區(qū)域。” 新望遠(yuǎn)鏡將能夠在廣闊的區(qū)域內(nèi)看到很遠(yuǎn)很寬的區(qū)域，從而可以清楚地看到過去。
相機(jī)的組件在 SLAC 國家加速器實(shí)驗(yàn)室的潔凈室中進(jìn)行檢查。 照片：艾薩克
這些每周的肖像將共同構(gòu)成“空間和時(shí)間調(diào)查的遺產(chǎn)”，這是一項(xiàng)為期 10 年的南部天空調(diào)查魯賓物理學(xué)家，將收集有關(guān)太空物體的形狀、位置和顏色的數(shù)據(jù)，其中包括數(shù)百萬顆恒星和數(shù)十億個(gè)星系。 這些圖像每 15 秒拍攝一次，將使研究人員能夠密切關(guān)注近地小行星，深入了解銀河系的起源和演化，了解暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)，并有可能發(fā)現(xiàn)全新的現(xiàn)象在宇宙中。
天體物理學(xué)家兼魯賓天文臺臺長斯蒂芬·卡恩告訴路透社：“主要問題是盡快獲得盡可能多的天空，并且一遍又一遍地這樣做。” “它能做的最簡單的事情就是說，‘改變了什么？它是如何改變的？我們會(huì)在這方面做得很好。”
相機(jī)圖像的規(guī)律性將有效地實(shí)時(shí)了解近處和遠(yuǎn)處的空間事件，從而全面了解我們的宇宙是如何動(dòng)態(tài)的。
相機(jī)的冷凍箱，焦平面位于底部白色盒子的真空中。 照片：艾薩克
LSST 相機(jī)有六個(gè)光學(xué)濾鏡，它們像懶惰的蘇珊一樣旋轉(zhuǎn)，并且可以根據(jù)特定夜晚的光線條件和工作人員試圖捕捉的物體進(jìn)行更改。 這些濾光片將使相機(jī)能夠在從近紫外到近紅外的六個(gè)不同電磁波譜波段對天空進(jìn)行成像。
最初計(jì)劃于 2014 年在智利安裝這款相機(jī)，但相機(jī)的生產(chǎn)受到了延誤的影響，最近一次是由于新冠肺炎 (covid-19) 造成的。 魯?shù)侣f，即使沒有大流行的挑戰(zhàn)，管理如此龐大的跨學(xué)科科學(xué)家和工程師團(tuán)隊(duì)也“就像放貓一樣”。 但現(xiàn)在，事情終于走到了一起。
“如果沒有新冠疫情，我們可能在一年前就已經(jīng)把相機(jī)運(yùn)出去了，”汗說。 “在這個(gè)階段，由于一切都已接近組裝，所以一切都很關(guān)鍵。”
相機(jī)的前端由三個(gè)鏡頭和正在使用的任何濾鏡組成。 非常簡單。 但其背后是 5.5 英尺寬、10 英尺長相機(jī)的皇冠上的寶石：它的焦平面，即望遠(yuǎn)鏡光線照射到的區(qū)域。
焦平面由189個(gè)CCD陣列組成，排列成21組，每組9個(gè)，并在真空中冷卻至接近-100度，以減少圖像中的噪聲，從而提高相機(jī)的靈敏度。 每個(gè) 2 英尺長的 CCD 頂部都有一個(gè)方形傳感器，形成一個(gè)極其平坦的焦平面，并且在任何方向上傾斜度都不會(huì)超過 10 微米。 （人類頭發(fā)的直徑約為 70 微米。）CCD 本身基本上就是數(shù)碼相機(jī)； 它們排列成九個(gè)一組，捕捉到天空的馬賽克圖像。 正是這種技術(shù)將捕獲從望遠(yuǎn)鏡的三個(gè)鏡子反射的所有光線。