一旦安装在智利的望远镜上，3,200百万像素的LSST相机将帮助科学家更好地了解暗物质，暗能量和我们宇宙的其他奥秘。
经过二十年的工作，美国能源部SLAC国家加速器实验室的科学家和工程师及其合作者正在庆祝时空传统调查（LSST）相机的完成。
作为美国能源部和美国国家科学基金会资助的Vera C. Rubin天文台的核心，这台3,200百万像素的相机将帮助研究人员以前所未有的细节观察我们的宇宙。 在十年内，它将在南方夜空中产生大量数据，研究人员将挖掘这些数据，以获得对宇宙的新见解。 这些数据将有助于了解暗能量，暗能量正在推动宇宙的加速膨胀，并寻找暗物质，暗物质是一种神秘物质，占宇宙物质的85%左右。 研究人员还计划使用鲁宾数据来更好地了解不断变化的夜空、银河系和我们自己的太阳系。
鲁宾天文台建设总监、华盛顿大学教授Željko Ivezić说：“随着SLAC独特的LSST相机的完成，以及它即将与智利鲁宾天文台的其他系统集成，我们将很快开始制作有史以来最伟大的电影和有史以来最翔实的夜空地图。
为了实现这一目标，SLAC团队及其合作伙伴建造了有史以来最大的天文学数码相机。 该相机大约有一辆小型汽车那么大，重约 3,000 公斤（3 公吨），其前镜头的宽度超过 5 英尺——这是有史以来为此目的制造的最大镜头。 另一个三英尺宽的镜头必须经过专门设计，以保持形状和光学清晰度，同时还要密封容纳相机巨大焦平面的真空室。 该焦平面由201个定制设计的CCD传感器组成，它非常平坦，其变化不超过人类头发宽度的十分之一。 像素本身只有 10 微米宽。
尽管如此，该相机最重要的功能是它的分辨率，它是如此之高，以至于需要数百台超高清电视才能以全尺寸显示其中一张图像，SLAC教授和鲁宾天文台副主任兼相机项目负责人Aaron Roodman说。 “它的图像非常详细，以至于它可以从大约15英里外分辨出一个高尔夫球，同时覆盖了比满月宽七倍的天空。 这些拥有数十亿颗恒星和星系的图像将有助于解开宇宙的秘密。
这些秘密越来越重要，美国能源部宇宙前沿项目经理凯西·特纳（Kathy Turner）说。 “比以往任何时候都更需要扩大我们对基础物理学的理解，更需要更深入地观察宇宙，”特纳说。 “以LSST相机为核心，鲁宾天文台将比以往任何时候都更深入地研究宇宙，并帮助回答当今物理学中一些最困难，最重要的问题。
寻找暗物质和暗能量
现在LSST相机已经完成并在SLAC进行了全面测试，它将被打包并运往智利，并被推上安第斯山脉8,900英尺高的Cerro Pachón，今年晚些时候它将被吊在Simonyi巡天望远镜的顶部。
一旦启动并运行，相机的基本目的是绘制位置并测量大量夜空物体的亮度。 从该目录中，研究人员可以推断出丰富的信息。 也许最值得注意的是，LSST相机将寻找弱引力透镜的迹象，其中大质量星系巧妙地弯曲了来自背景星系的光到达我们的路径。 弱透镜揭示了宇宙中质量的分布以及它如何随时间变化，这将有助于宇宙学家了解暗能量如何驱动宇宙的膨胀。
该天文台是第一个为研究这种规模的弱透镜而建造的天文台，该项目促使科学家和工程师开发了许多新技术，包括新型CCD传感器和一些有史以来最大的镜头 – 并确保所有这些组件都能很好地协同工作，SLAC的高级工程师和LSST相机项目经理Martin Nordby说。
科学家们还希望研究星系分布的模式以及这些模式如何随时间变化，识别暗物质团和发现超新星，所有这些都可以帮助进一步了解暗物质和暗能量。
SLAC和斯坦福大学Kavli粒子天体物理和宇宙学研究所所长、宇宙学家Risa Wechsler表示，这是一个非同寻常的时刻。 “SLAC和世界各地有很多科学家，他们会在这台相机产生的数据中找到一些有价值的东西，”韦克斯勒说。 “这是研究宇宙学的激动人心的时刻。
你还能用这么大的相机做什么？
揭示遥远星系细节的图像将帮助研究人员研究离家更近的东西：我们自己的银河系。 它的许多恒星都很小而且很暗淡，但凭借LSST相机的灵敏度，研究人员希望能够制作出更详细的银河系地图，从而深入了解其结构和演化以及恒星和其中其他物体的性质。
在离家更近的地方，研究人员希望对太阳系中的许多小天体进行更彻底的普查。 根据鲁宾天文台的估计，该项目可能会将已知物体的数量增加10倍，这可能会导致对太阳系如何形成的新理解，并可能有助于识别来自小行星的威胁。
最后，鲁宾的科学家们将研究夜空是如何变化的，例如，恒星是如何死亡的，或者物质是如何落入星系中心的超大质量黑洞的。
团队合作
SLAC主任John Sarrao表示，该相机对实验室及其合作伙伴来说是一项“巨大的成就”。“LSST相机和鲁宾天文台将打开进入我们宇宙的新窗口，深入了解其一些最大的奥秘，同时也揭示了离家更近的奇迹，”Sarrao说。“很高兴看到SLAC的科学和技术专长、项目领导力和强大的全球合作伙伴关系以如此有影响力的方式结合在一起。我们迫不及待地想看看接下来会发生什么。
提供专业知识和技术的合作实验室包括布鲁克海文国家实验室，该实验室构建了相机的数字传感器阵列;劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory），该实验室与其工业合作伙伴一起设计和制造了用于相机的镜头;法国国家科学研究中心（IN2P3/CNRS）的国家核与粒子物理研究所（National Institute of Nuclear and Particle Physics）为传感器和电子设计做出了贡献，并建立了相机的滤光片交换系统，该系统将允许相机在从紫外线到红外线的六个独立光带上驻留。
布鲁克海文仪器部门的高级物理学家保罗·奥康纳（Paul O’Connor）说：“布鲁克海文实验室的团队，其中一些人已经在这个项目上工作了20多年，他们很高兴看到LSST相机的完成。我们与多个合作者共同开发的快速、超灵敏的CCD模块将为鲁宾天文台在未来十年内提供的突破性科学做出贡献，我们期待在这项旗舰天文调查方面进行合作。
相机光学组件的一个关键特征是它的三个镜头，其中一个直径为1.57米（5.1英尺），被认为是有史以来世界上最大的高性能光学镜头。“劳伦斯利弗莫尔国家实验室非常自豪有机会设计和监督LSST相机的大型镜头和光学滤光片的制造，包括世界上最大的镜头，”LLNL工程师和前LSST相机项目经理Vincent Riot说。“LLNL能够利用其在大型光学方面的专业知识，几十年来开发世界上最大的激光系统，并且很高兴看到这个前所未有的仪器完成并准备前往鲁宾天文台。
IN2P3/CNRS相机科学家Pierre Antilogus说：“为了制作宇宙的3D电影，相机必须在大约2秒内拍摄图像，并在不到90秒的时间内更换滤镜。对于这种尺寸的相机来说，这是一项壮举。如果LSST相机焦平面的尺寸是独一无二的，那么内部技术的密度就更令人印象深刻。通过负责滤光片交换系统并为焦平面做出贡献，我们的团队很高兴能够参与到这次集体冒险中，开发如此强大的相机。
对于制造它并领导该项目的 SLAC 团队来说，构建相机也是一个有益的挑战，相机的副项目经理兼相机集成经理 Travis Lange 说。“我为我们所建造的东西感到非常自豪，”他说。“这是一个如此独特的项目，让我接触到了不可思议的经历——谁能想到国务卿和众议院议长会在摄像机洁净室前举行新闻发布会？这将是一个艰难的行为。
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