能看清24公里外一顆高爾夫球的“眼睛”,正在智利沙漠仰望星空。
史上最強大的天文之眼——薇拉·C·魯賓天文臺(Vera C. Rubin Observatory)!它搭載著一臺分辨率高達32億像素的“巨無霸”數碼相機,它重達3噸,大小堪比一輛小汽車!
就在不久前,它發布了首批宇宙“快照”,驚人的細節,連英國《經濟學人》雜志都驚呼“前所未有”,并預言它將徹底改變天文學!
這座耗資近10億美元,約合人民幣70多億元的天文臺,由美國國家科學基金會和美國能源部聯手打造,坐落在智利安第斯山脈人跡罕至的帕穹山頂。這里空氣稀薄干燥,每年有超過250個晴朗的夜晚,是觀測宇宙秘密的絕佳地點。
天文臺的名字是為了紀念已故的美國傳奇女天文學家薇拉·魯賓(Vera Rubin)。在上世紀70年代,正是她通過研究星系旋轉的異常現象,為暗物質(Dark Matter)的存在提供了關鍵證據——這可是宇宙中最大的謎團之一!
天文臺預計將在2025年全面投入使用,而它的使命,就是接棒薇拉·魯賓的探索,去揭開宇宙更深層的奧秘。
這臺相機,到底有多牛?
它的核心是焦平面(Focal Plane),由201塊精密的成像傳感器拼接而成,像一面巨大的馬賽克墻。每個傳感器都比專業單反相機的感光元件大得多,組合起來尺寸達到了驚人的71厘米!這賦予了它超乎尋常的“視力”和感光能力。它的鏡頭直徑有1.65米,光是打磨那個直徑8.4米的主反射鏡就花了7年時間!
但這臺望遠鏡采用獨特的三鏡設計,它和相機的組合,最厲害的本事是視場極其廣闊,一次能“看”到相當于7個滿月大小的天區!相比之下,同在智利的著名甚大望遠鏡(VLT)的視野只有約2個滿月那么大。
更關鍵的是,它巨大的圓頂能快速轉動,讓相機每隔30秒就能拍一張新照片。還配備了能自動指揮相機避開云層和討厭的人造衛星(比如星鏈),確保觀測效率最大化。
不是拍照,是拍“宇宙大片”!
魯賓天文臺的核心任務,是開啟一項為期十年的宏大巡天計劃——“時空遺珍巡天(Legacy Survey of Space and Time, LSST)”。這個計劃的目標可不是拍幾張漂亮的星空照片那么簡單。
它將用六個不同的顏色波段,像犁地一樣對整個南天星空進行反復的、地毯式掃描。每三天,就能把整個南天掃一遍!每次看同一片天區,會進行兩次15秒的曝光。
十年下來,每片天空都會被觀測近1000次!這將累積產生超過560萬次曝光,最終形成一個前所未有的、浩瀚的宇宙動態影像庫。項目負責人托尼·泰森興奮地形容:“我們正在制作宇宙的數字彩色電影!”
這意味著什么?
想想看,以前的天文望遠鏡,像哈勃、韋伯,更像是給宇宙拍“精修藝術照”或者針對特定目標的“深度解剖”。而魯賓天文臺則是架起無數個高速攝像機,24小時不間斷地“監控”整個天空!它能看到瞬變事件(Transient Events)——那些突然爆發(如超新星)、突然變亮變暗、或者快速移動(如小行星)的天體。它能捕捉到宇宙中那些轉瞬即逝的精彩瞬間,這是以前難以做到的。
數據海嘯,AI來幫忙!
拍“宇宙大片”的代價,是產生了天文數字般的數據量!每晚,這臺巨眼相機就會產生超過 20TB(太字節)的數據——這相當于連續播放400年的高清電影!十年下來,累積的數據量將達到驚人的60PB(拍字節),是哈勃太空望遠鏡34年所有數據的100倍!維基百科所有數據在它面前也只是九牛一毛。
處理如此海量的數據,靠人力是不可能的。魯賓天文臺從設計之初就擁抱了大數據和人工智能(AI)。觀測數據通過專用光纖,60秒內就能從智利山頂傳回美國加州的實驗室。
在那里,強大的計算機和先進的AI算法會首先對圖像進行實時掃描,自動識別出那些“動了”或者“亮了”的天體目標(比如新出現的小行星、爆發的超新星),并發出警報。
每晚預計會產生約1000萬條這樣的警報!研究人員再從中篩選出最值得深入研究的對象。項目專家克萊爾·希格斯強調:“這就是機器學習如此關鍵的原因。” 而且,這些寶貴的數據將在一定時間后向全球科學界和公眾開放,就像AI界的ImageNet數據集一樣,必將催生無數新發現。
首要目標:揪出宇宙的“隱形大象”——暗物質與暗能量!
魯賓天文臺有四大科學目標,但排在最前面的,也是最激動人心的,就是探索暗物質和暗能量。這兩個神秘的東西占了我們宇宙總質能(物質+能量)的95%!普通可見的恒星、行星、包括我們人類自己,只占了可憐的5%。它們是現代物理學天空中的“兩朵烏云”。
除了暗物質和暗能量,魯賓天文臺的“宇宙監控”還將繪制最詳盡的銀河系地圖:精確測量數十億顆恒星的位置、運動和亮度變化。
這臺32億像素的巨眼,不僅僅是一臺強大的望遠鏡,它更是一個開啟新時代的鑰匙。
它要解答的,是宇宙最根本的構成(暗物質、暗能量)、起源與演化的問題。正如SLAC實驗室的亞倫·魯德曼教授所言:“魯賓天文臺可以使我們以一種全新的方式探索星系、銀河系中的恒星、太陽系中的天體。”
下一代天文學革命,真的已經到來了。
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