維拉·C·魯賓天文台即將開始為期 10 年的時空遺產巡天 (LSST),該巡天將對南半球的天空進行數千次觀測。如此大的任務需要同樣大的相機。
幸運的是,SLAC 國家加速器實驗室恰好提供了這一點。 SLAC 的科學家和工程師已經正式完成了 LSST 相機,這是魯賓十年開創性研究中有史以來最大的數位相機。
3,200兆像素的LSST相機大約有小型汽車那麼大,重3噸,大約是雄性非洲象重量的一半。 LSST 的廣泛視野將試圖解開暗能量的剩餘謎團,暗能量約佔宇宙物質能量含量的 70%,並加速其膨脹。
魯賓天文台建設總監 Zeljko Ivezic 解釋說,LSST 還將研究暗物質,這是我們看不到的神秘物質,但約佔宇宙所有物質的 85%。我們還計劃回答其他天文學問題,從而產生結果。 被譽為「有史以來最偉大的電影和有史以來資訊最豐富的夜空地圖」。
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SLAC 教授兼魯賓天文台台長表示:「LSST 相機和魯賓天文台收集的數據將是真正具有開創性的。它將能夠對宇宙膨脹和暗能量進行真正深入的研究。」副台長兼相機項目負責人亞倫·盧德曼(Aaron Ludeman)告訴太空。 com。 「LSST 巡天將使我們能夠看到數十億個星系、銀河系中估計有 170 億顆恆星、銀河係以及數百萬個太陽系天體。
“我們不會觀察單個物體。我們將從智利的山頂觀察夜空中的一切。”
一遍又一遍地看大局
來自強大望遠鏡的圖像通常會呈現出獨特的“外觀”,使它們易於區分。例如,詹姆斯·韋伯太空望遠鏡影像中明亮的物體呈現出特徵性的“衍射尖峰”,揭示了這些圖像的起源。那麼LSST相機和Rubin產生的影像有什麼特色呢?
「這實際上是一個很好的問題,因為它極大地改變了我們的形象,」魯德曼說。 「雖然我們無法像 JWST 這樣的太空望遠鏡那樣清晰地看到單一星系,但我們可以看到大片的天空。
“因此,我們的圖像令人驚訝的是它們有多大、它們可以覆蓋天空的面積以及它們包含的恆星和星系的數量。”
然而,如此龐大的尺寸並不意味著 LSST 相機在細節方面表現不佳。
盧德曼補充道:“這些圖像非常詳細,可以解析大約 25 英里外的高爾夫球,同時覆蓋滿月大小七倍的天空。”
LSST 巡天的主要優點之一是它們可以一遍又一遍地觀測天空的同一部分。這將使科學家能夠準確監測該地區十年內發生的任何變化。
當有人觀察臨時事件(例如超新星、變亮和褪色)、觀察由經過的物質(包括暗物質)的引力引起的來自遙遠光源的光曲率時,就會發生這種情況,這意味著跟踪宇宙的膨脹結構,因為它把自己推出來。遙遠的銀河。事實上,由於暗能量的影響,這些星系滑得越來越快。
「我對魯賓和 LSST 調查的主要興趣是研究宇宙的膨脹和暗能量,」盧德曼說。 “暗能量只是一種我們尚未完全理解的現象的名稱。但我們目前掌握的數據並不像我們從魯賓那裡學到的那麼準確。”
但在LSST相機讓科學家扮演偵探並調查暗能量和其他宇宙奧秘之前,LSST相機必須從加州門洛帕克的SLAC轉移到帕沖山頂。一旦到達,它將在今年晚些時候懸掛在西蒙尼巡天望遠鏡的頂部。
造成這項運輸任務困難的不僅是 LSST 相機的尺寸。這款相機也非常靈敏,其焦平面由 201 個客製化設計的 CCD 感光元件組成。這些是 5 微米的平坦表面,平坦度變化小於人類頭髮寬度的十分之一。作為比較,Rudeman 表示紙張厚度為 50 至 100 微米。
這些感測器之間的間隙約為 0.5 毫米寬,因此防止感測器碰撞是製造過程中的一個主要挑戰,並且在運輸過程中仍然是一個挑戰。
該團隊已經使用與相機重量和形狀相同的「品質替代品」測試了 LSST 相機的路線。該代理商配備了加速計,用於測試 LSST 相機所承受的壓力,包括在飛往智利時可能承受的壓力。
「測試非常成功。我們做了大量工作來減少運輸中的不確定性,」盧德曼說。 “然而,看到它被裝上飛機並發往智利仍然令人傷腦筋。”
一旦連接到 LSST 所依賴的定位系統(例如將影像感測器冷卻至華氏 -148 度(-100 度)的裝置),它就可以設定並運作。
「然後我們將進行一些測試,以確保相機正常工作,並且整個望遠鏡作為一個整合系統工作,」魯德曼說。 “然後我們將開始在 18 週內拍攝圖像。”
至於 LSST 相機將首先拍攝什麼,魯德曼表示尚未選擇目標,但他預計它將是包含大型明亮星系的天空的一部分。他補充說,第一批 LSST 影像目前計劃於明年春天公開發布。
研究人員總結道:“我們真的很期待看到第一批 LSST 圖像。” 「自從2011 年1 月第一次加入LSST 相機團隊以來,我就一直致力於這個專案。SLAC 的這個專案的歷史可以追溯到更早的時候。這款相機的完成和第一張影像已經等了很久了。這就是為什麼我曾經做。'' 」