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全球最大数码相机:它在这里回溯时光

在一个以前用于粒子物理实验的旧实验大厅里,一队法国工程师正在检查将成为有史以来最大的数码相机的滤镜。现在是2021年10月,我正在加州门洛帕克的SLAC国家加速器实验室看到正在组装的相机。当这个高分辨率的成像仪最终投入工作时,它将为我们提供令人惊叹的宇宙深处的景色。

该仪器是Legacy Survey of Space and Time(LSST)相机。这台32亿像素的相机最终将被安装在智利山顶的维拉-鲁宾天文台,它将每三天对南部天空的一半进行成像。它将为天文学家、天体物理学家和宇宙学家提供大约每周一次的该地区天空的完整画像。

天体物理学家、负责相机组装和测试的首席科学家阿伦-鲁德曼告诉Gizmodo说:"我们将看到比人们以前在天空中的某个区域所看到的更暗的物体"。"人们已经做了深入的事情,但他们一直在天空的微小区域。" 新的望远镜将能够在一个巨大的区域内看得很远很远,从而看清过去。

在SLAC国家加速器实验室的无尘室中,正在对相机的部件进行检查。照片:Isaac Schultz

每周的画像将共同组成 "空间和时间遗产调查",这是一项为期10年的南部天空调查,将收集关于空间物体的形状、位置和颜色的数据,包括数以百万计的恒星和数十亿的星系。这些图像--每15秒拍摄一次--将使研究人员能够密切关注近地小行星,深入了解银河系的起源和演变,了解暗物质和暗能量的性质,并有可能发现宇宙中全新的现象。

"主要的交易是尽快获得尽可能多的天空,并且只是反复地做,"天体物理学家和鲁宾天文台的主任史蒂芬-卡恩告诉Gizmodo。"它能做的最简单的事情只是说,'什么发生了变化?它是如何变化的?而我们将在这方面做得很好。"

相机图像的规律性将有效地提供对近处和远处空间事件的实时了解,提供一个全面的视角,了解我们的宇宙是多么的动态。

相机的低温箱,焦平面位于底部白色盒子的真空中。照片: Isaac Schultz

LSST相机有六个光学滤光片,像一个懒惰的苏珊一样旋转,可以根据特定夜晚的光线条件和工作人员试图捕捉的物体进行更换。这些滤光片将使相机能够在电磁波谱的六个不同波段对天空进行成像,从近紫外到近红外。

最初的计划是在2014年之前在智利安装这台相机,但相机的生产一直受到延误的影响,最近一次是由于covid-19。鲁德曼说,即使没有大流行病的挑战,管理这样一个由科学家和工程师组成的大型跨学科团队 "就像放养猫咪一样"。但是现在,事情终于走到了一起。

"汗说:"如果没有covid,我们大概一年前就会把相机运出去,""在这个阶段,由于一切都非常接近于组装,一切都很关键。

相机的前端由三个镜头和正在使用的任何过滤器组成。相当直截了当。但在这背后是5.5英尺宽、10英尺长的相机的皇冠上的宝石:它的焦平面,即来自望远镜的光线投射到的区域。

焦平面由189个CCD阵列组成,它们被安排在21组,每组9个,都在真空中被冷却到接近-100度,以减少图像中的噪音,从而提高相机的灵敏度。每个2英尺长的CCD上面都有构成焦平面的方形传感器,焦平面非常平坦,在任何方向都不会倾斜超过10微米。(一根人类头发的直径约为70微米。)CCD本身基本上就是数码相机;以9个排成一组,它们捕捉天空的马赛克图像。正是这种技术将摄取从望远镜的三面镜子上反射的所有光线。

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