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“第九行星”藏不住了?史上最大相机如何破解宇宙暗物质密码?

无人机

行业应用  2025-08-28 15:00:37

【导语】6月23日,坐落于智利安第斯山脉之巅的维拉·C·鲁宾天文台正式发布了其首批宇宙图像,标志着人类探索宇宙的全新时代到来。这台被誉为“史上最强数码(mǎ)相(xiāng)机(jī)”的设备,将启动长达十年的宇宙巡天任务,为我们呈现一部前所未有的“宇宙纪录大片”。从太阳系内的微小变化到遥远星系的壮丽景象,鲁宾天文台将首次揭示宇宙的“时间维度”,带领我们进入一个动态的星空时代。

这张图片展示了、鲁宾天文台拍摄的室女座星系团完整视场中的另一小块区域。图中可以看到:两个显著的旋涡星系(位于右下角)、三个正在合并的星系(位于右上角)、几群遥远的星系,以及我们银河系中的许多恒星等许多有(yǒu)趣的天体。

如果说哈勃望远镜是人类窥探宇宙的“单筒望远镜”,那么在6月23日,这部“电影机”级别的观天巨眼终于启动了:坐落于智利安第斯山脉之巅的维拉·C·鲁宾天文台(Vera C. Rubin Observatory)正式发布了它的第一批宇宙图像。
这台被誉为“史上最强数码相机”的设备,即将启动其长达十年的宇宙巡天任务,准备为我们呈现一部前所未有的“宇宙纪录大片”。

一部连播十年的宇宙大片

传统望远镜拍的照片就像老式的相册,是静态的、瞬时的。但鲁宾天文台不同,它可以每三天扫一次南半球的夜空,连续十年不间断拍摄,记录下宇宙的“时间流动”,这也是鲁宾天文台的核(hé)心(xīn)使(shǐ)命(mìng)“时(shí)空(kōng)遗(yí)产(chǎn)巡(xún)天(tiān)”(Legacy Survey of Space and Time, LSST),将(jiāng)在(zài)今(jīn)年(nián)下(xià)半(bàn)年(nián)启(qǐ)动(dòng)。

Vera Rubin 相(xiāng)机(jī)由(yóu)美(měi)国(guó)能(néng)源(yuán)部(bù)的(de) SLAC 国(guó)家(jiā)加(jiā)速(sù)器(qì)实(shí)验室制造,它的像素高达32亿(是iPhone 16 Pro摄像头的67倍),而要完整展示它拍摄的一张照片,则需要用400块超高清电视屏幕拼接起来才能实现。

简单来说,鲁宾天文台就像用一台超级摄像机,以极高的帧率,连续不断地为宇宙拍摄一部超高清延时电影。

而这部“电影”的主角,是宇宙中一切正在发生变化的事物。从太阳系内悄然掠过的小行星,到银河系中亮度忽明忽暗的脉动变星,再到遥远宇宙中恒星生命终结时那璀璨的超新星爆发。这部电影的意义,在于它将首次揭示宇宙的“时间维度”。

这张图片在短短七个多小时由拍摄的678张独立图像合成。通过这种图像合并的方式,可以清晰地揭示出那些原本暗淡或不可见的细节,例如构成三叶星云(位于右上方)和礁湖星云(位于下方中部)的气体和尘埃云,而这两个星云距离地球有数千光年之遥。

此次发布的测试图像,仅仅是天文台测试阶段10小时观测的成果,但已经让我们窥见了这部大片的冰山一角。

其中一张照片,如同一场粉色与蓝色交织的宇宙盛宴,将数千光年外的恒星“育儿所”——三叶星云和礁湖星云的梦幻景象尽收眼底。值得一提的是,这张照片实际上由678张独立的照片叠加而成,它们是鲁宾天文台是在7个多小时拍摄的。这种处理方式,让那些原本淹没在背景噪声中的、极其暗淡的气体和尘埃云显现出来,以前所未有的细节揭示了恒星诞生的复杂过程。

鲁宾天文台图像标注版,展示了其首张照片捕捉到的一千万个星系中的部分星系。

而另一张照片则更加震撼,它一次性捕捉了室女座星系团及其周边的约一千万个星系,展示了鲁宾天文台无与伦比的“广角”能力。不过,这还仅仅是它单次曝光视场的一小部分,未来十年,它将拍摄到约200亿个星系和约400亿个天体,人类历史上第一次,我们观测到的天体数量将超过地球上的人口总数。

鲁宾(bīn)科(kē)学(xué)平(píng)台(tái)使(shǐ)用(yòng)界(jiè)面(miàn)的(de)一(yī)个(gè)可(kě)视(shì)化(huà)展(zhǎn)示(shì),背(bèi)景(jǐng)图(tú)像(xiàng)为(wèi)玫(méi)瑰(guī)星(xīng)云(yún)。

鲁(lǔ)宾(bīn)天(tiān)文台(tái)不(bù)仅(jǐn)能(néng)拍(pāi)得(de)清(qīng)还(hái)拍(pāi)得(de)快,比很多同类望远镜快10到100倍。天文台的望远镜和穹顶能够快速重新定位,使其每晚能拍摄约1000张图像,每张曝光约30秒,间隔仅数秒。每晚产生的数据量高达20T,并将触发多达1000万次关于天体变化的实时警报,分发给全世界的科学家。我们正进入“天文电影学”时代,用一种全新的视角探索宇宙。

站在巨人肩膀上的“观天巨眼”

要制作如此宏大的宇宙电影,需要的不仅仅是决心,更是一代代技术积累的结晶,以及一个完美的舞台。

鲁宾天文台的西蒙尼巡天望远镜正在为穹顶内的校准工作做准备。科学家们利用左侧的白色屏幕和一个均匀光源,来测量LSST相(xiāng)机(jī)32亿(yì)像(xiàng)素之间的响应差异。这些差异源于探测器制造过程中的固有偏差,而非我们从太空中收集到的光线本身的变化。科学家们将利用通过这块屏幕收集到的校准信息,来分辨这些制造偏差在最终科学数据中造成的影响。

鲁宾天文台的成功并非凭空而来,它站在了巨人的肩膀上。从开启现代大规模巡天时代的斯隆数字巡天(SDSS),到作为其“探路先锋”的暗能量相机(DECam),再到太空中的银河测绘师盖亚(Gaia)探测器,人类制造的“巨眼”像素越来越高,视野越来越广。每一次升级,都代表着我们观测宇宙的范式转变——从静态的“拍照存档”,迈向动态的“实时监控”。

位于智利安第斯山脉的帕穹山之巅的鲁宾天文台

而要实现这终极一步,除了拥有32亿像素的史上最大相机,还需要一个完美的舞台。鲁宾天文台选址于智利安第斯山脉的帕穹山之巅,这里海拔近2700米,拥有天文学家梦寐以求的条件:海拔高、空气干燥、远离城镇光污染。

干燥的空气能最大限度地减少水汽对星光的吸收和扰动,而极致的黑暗则是捕捉来自宇宙亿万光年外微弱光子的前提。为了维护这份“神圣的黑暗”,天文台有着近乎严苛的规定:夜间上下山的车辆禁止使用远光灯,工程团队会像“捉鬼”一样清除穹顶内外任何一个多余的LED灯或其他杂散光源。因为对于鲁宾天文台而言,来自宇宙深处的星光,就足够了。

从寻找“第九行星”到保卫地球家园

长曝光镜头下,智利帕穹山之巅,鲁宾天文台静静矗立,背后是斗转星移绘就的璀璨星轨。

这部宇宙大片将首先为我们解答家门口的谜题。一个萦绕天文学家心头的疑问是:太阳系是否存在遥远的“第九大行星”?科学家们相信,如果它真的存在,鲁宾天文台将在第一年内就找到它的踪迹。

同时,它也是地球的“哨兵”,通过高效扫描,它在前两年发现的小行星数量就可能超过过去200年的总和,将那些潜在的“杀手小行星”纳入监控。

如果视线再放远一些,鲁宾天文台将把我们对银河系的认知边界从16万光年推至惊人的120万光年,清晰描绘出银河系吞噬其他星系后留下的“星辰墓地”,并找到那些暗淡的、幸存的卫星星系。

宇宙由三个组成部分组成:正常或可见物质 (5%)、暗物质 (27%) 和暗能量 (68%)。(图片来源:NASA)

更进一步,鲁宾天文台将直面现代物理学的两大终极谜题:暗物质与暗能量。这两种神秘的存在占据了宇宙的95%,却几乎隐形。鲁宾将通过捕捉暗物质造成的微弱引力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应(yīng),并(bìng)利(lì)用(yòng)无(wú)数(shù)超(chāo)新(xīn)星(xīng)作(zuò)为(wèi)“标(biāo)准(zhǔn)烛(zhú)光(guāng)”来(lái)精(jīng)确(què)丈(zhàng)量(liàng)宇(yǔ)宙(zhòu),绘(huì)制(zhì)出(chū)它(tā)们(men)的(de)分(fēn)布(bù)图(tú)。

然(rán)而(ér),这(zhè)部(bù)电(diàn)影(yǐng)最(zuì)激(jī)动(dòng)人(rén)心(xīn)的(de),或(huò)许(xǔ)是(shì)那(nà)些(xiē)我(wǒ)们(men)完(wán)全意(yì)想(xiǎng)不(bù)到(dào)的(de)“剧(jù)情(qíng)”。鲁(lǔ)宾(bīn)天(tiān)文台(tái)对(duì)瞬(shùn)变(biàn)天(tiān)体(tǐ)的(de)捕(bǔ)捉(zhuō)能(néng)力(lì)有(yǒu)可能向我们展示一些我们以前从未想过的东西。

最后一句话总结:

如果某个天体移动或发生变化,鲁宾一定能看到它,并告诉全世界。未来十年,这位“宇宙摄影师”将带我们进入一个动态的星空时代。还等什么?宇宙电(diàn)影(yǐng),已(yǐ)经(jīng)开(kāi)拍(pāi)了(le)!(杨(yáng)雨(yǔ)鑫(xīn))

参(cān)考(kǎo)资(zī)料(liào):

https://www.space.com/astronomy/vera-c-rubin-observatory-reveals-1st-stunning-images-of-the-cosmos-scientists-are-beyond-excited-about-whats-coming

https://skyviewer.app/

https://www.cnn.com/2025/06/23/science/vera-rubin-observatory-first-images

https://www.newscientist.com/article/2485201-stunning-first-images-show-the-power-of-the-vera-c-rubin-observatory/
https://www.bbc.com/news/articles/cj3rmjjgx6xo

审(shěn)核(hé):北(běi)京(jīng)天(tiān)文馆(guǎn)研(yán)究(jiū)馆(guǎn)员(yuán) 李(li)昕(xīn)

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