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據其制造商稱，世界上最大的數位相機已正式調試好，并且準備開始前往目标地點去拍攝号稱“有史以來最真實夜空”的項目。這就是不久之前，美國的工程師和科學家宣布完成了的，空間和時間的調查相機（LSST），這是一個大約三噸多，看上去就像一台汽車大小的工具，它的設計目的，是希望捕獲有關宇宙天體，以及暗物質和暗能量性質的新資訊。[啤酒]
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二十年的探索與建設
該項目的從論證到成品，已經有了約二十年的曆史，這台擁有着誇張像素的超級相機，即将啟程前往智利Cerro Pachón山頂的維拉·魯賓天文台，這裡海拔高達2700多米。到了2024年晚些時候，西蒙尼巡天望遠鏡完成與該設施的連接配接，其配備的雙五英尺和三英尺寬的透鏡将開始對天空展開長達10年的深入探索，覆寫太陽系、銀河系乃至更遙遠的宇宙深處。
為了達成這些宏偉至極的目标，這款超級相機絕非隻是傻瓜數位相機的簡單放大版。盡管在智能手機的鏡頭中我們通常看不到實體快門的身影，但在單反相機中，快門卻是不可或缺的一部分。與此相比，LSST相機的快門速度卻顯得相對緩慢，這也是它在實作這些目标過程中所面臨的挑戰之一。
這是因為這台相機在讀取資料時速度極慢且需精心控制，負責這個相機部分功能設計和建設的科學家曾經描述過這個過程，該相機在15秒的曝光後隻需2秒進行讀數。這樣龜速般的處理讓操作員隻需要應對較低水準的底噪，大約6到7個電子，以便捕捉更昏暗的星空。事實上這也是傳統天文觀測的難點。
“我們需要更加高效的傳感器，這樣我們才能分辨出黑暗的天空中，哪些實際上是黑暗的，而哪些其實是被底噪遮蔽了，通過這樣的方式我們就可以測量天空中非常暗淡的物體，”設計的科學家們解釋為什麼會做這樣的設計。“在這 2 秒的讀數期間，我們需要阻擋更多的光線進入相機，這就是為什麼我們有一個專門設計的都特殊快門。”
為提高操作員在低光環境下捕捉昏暗物體測量資料的能力，研究團隊采取了一項創新措施：将LSST相機焦點區域的溫度降至極端低溫，具體為-100°C或173K，以此有效抑制該區域内原子的熱運動，進而優化測量精度。
宇宙學家正籌備利用LSST相機對太陽系進行前所未有的全面探索。這一雄心勃勃的研究計劃有望使我們對太陽系中已知天體的認知數量激增十倍，進而助力我們揭開太陽系起源的神秘面紗，并實作對任何潛在威脅地球安全的小行星的實時監控。
負責統籌這個前沿項目的負責人曾經強調，有了這樣的工具的幫助，人類可以比以往任何時刻都更加全面多角度的深入觀測宇宙，進而拓寬人類對基礎實體的了解。随着這個項目的即将啟用，人類将有望開啟解答實體學領域和天文學領域的一些最具深度和影響力問題的新篇章。
之是以會有這樣的推論，正是因為它可以收集到的資料可以說是“開創性”的。這是因為這些資料的獨特的特征，我們将能夠對宇宙和暗能量的膨脹進行真正深入的研究，魯賓天文台副主任兼相機項目負責人告訴前往采訪的記者們表示道，資料處理也是一個難點，由于恐怖的像素内容，一天的資料可能就有20TB大小，對于儲存和分析都是挑戰。
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艱難的設計運輸和安裝
雖然這台相機可以作為科學家們破解暗能量和宇宙之謎的得力助手，但距離它的“完全體”還需經曆一段不小的旅程。它将從位于加利福尼亞州門洛帕克的實驗室裡啟程，最終抵達安第斯山脈海拔2700餘米的Cerro Pachón山頂的天文台。預計2024年晚些時候，這台相機将被穩穩吊裝在望遠鏡頂端，開始它的宇宙探索之旅。
然而它的運輸難題不僅源于其龐大的體積，更在于其内部結構的精密。這款相機的焦平面由201個高度定制化的CCD傳感器緊密排列而成，每個傳感器的平面度都精确控制在人類頭發寬度十分之一的5微米左右。
要知道，我們日常所用的普通的A4紙張的厚度，一張通常都在50到100微米之間，但是這些傳感器之間的間隔極其的小，而且由于任何的碰撞接觸等情況都會産生損毀的可能。因而在制造和運輸過程中，怎麼樣子確定這些敏感部件不發生任何碰撞，成為了一項艱巨的任務。
盡管項目團隊已采用與其重量和外形一緻的“品質模拟物”來測試相機的預期運輸路徑。該模拟物内置了加速度計，用以模拟并測量将施加于LSST相機的各種應力，特别是在空運至智利過程中可能遭受的壓力。
實驗室的負責人表示：“雖然此次的測試項目結果極為順利，我們為降低運輸過程中的不确定性付出了巨大努力。盡管如此，親眼看着它被裝載上飛機并運往智利，仍不免讓人感到憂慮。”
而當相機成功的部署在其依賴的環境中，比如将其圖像傳感器降至零下100攝氏度的冷卻裝置中，就會啟動并正式運作。随後，科學家們就将開展一系列測試，確定相機性能達标，并且整個望遠鏡系統能夠協同工作。
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為天文學和宇宙科學帶來新的篇章
雖然由于項目還沒有徹底的完工，甚至預計需要到2025年的春季，才能向公衆展示首批圖像，但是這仍然這令研究人員期待不已。很多人已經為了這個項目經曆了十幾年的漫長曆程，他們可以說是即将到來的成果充滿熱情，而這台相機及其首張照片的問世已備受矚目。
有很多人對這個産物可能不太能了解，畢竟我們現在一個小小的手機上面的傳感器就可以号稱是“1億像素”，為什麼這樣一個“區區”32億像素的相機，就要重達幾噸重的水準。那是因為大家其實沒有考慮一個數量級的問題。你以為32億是1億的32倍，實際上到了後面想要提升一點需要的是幾百倍幾千倍的堆料，而且産生的功用也超乎大家的想象。
這個機器的完成，就标志着大型儀器在天文觀測領域的一次重大突破。通過不斷重複掃描同一片天空，為科學家提供了精确監測該區域在未來很多年内所有變化的能力。借助這項技術，科學家們将能夠捕捉到瞬态事件如超新星的亮度變化，觀測到超視距外的天體光線因物質（包括暗物質）引力而産生的彎曲，以及追蹤星系間距離的擴大。
其實這樣的工作也是很多的天文觀測的方法，包括大陸在内的一些進階别的巡天望遠鏡就是采用這樣的方式，通過多次的記錄同一片天空中不同的光暗亮度表現，星星的軌迹，通過研究這些東西在“時間”這個軌道上的變化，進而分析出來天體運作的規律，發現那些我們無法直接驗證的各種現象，比如那些我們無法直接觀測的波和力的變化。
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大型光學相機和射電式望遠鏡的差別
也有人可能會好奇，這個号稱最大的天文相機東西和我們那個世界上最大的，有着“天眼”之稱的望遠鏡有什麼差別。其實這中間的差別還是不小的，比如中國天眼FAST，坐落于貴州，以其驚人的500米口徑傲視全球，成為當之無愧的世界最大單口徑射電望遠鏡，它的設計是專注于，幫助我們接收來自宇宙的射電信号。
然後通過它的幫助，人類的“目光”得以穿越星際，捕捉着宇宙深處的微弱射電信号。無論是搜尋脈沖星的蹤迹，還是深入研究氣體星系的奧秘，亦或是探尋宇宙微波背景輻射的線索，甚至尋找外星文明的呼喚，FAST都以其超凡的靈敏度和廣泛的頻率覆寫範圍，引領着射電天文學的發展潮流。
而與之不同的就是搭載了這種超級像素的“天文相機”。集光學和近紅外觀測能力于一身，同時由于搭載的巨型傳感器，擁有極寬的視場和超高的圖像解析度，将為我們揭示宇宙的壯麗畫卷，無論是小行星的舞動軌迹，超新星的絢爛爆炸，還是活動星系核的狂暴爆發。而通過對海量資料的深度挖掘，進而為宇宙學、天文學和實體學的研究提供新的突破性見解。
這兩者可謂是，一個專注于射電信号的捕捉與研究，一個緻力于光學和近紅外波段的大規模天體監測與時間域天文學研究。兩者雖探索的方式截然不同，但是最後的目的卻殊途同歸，共同構築着人類探索宇宙的嶄新篇章。在未來的日子裡，讓我們期待這些天文利器為我們帶來更多關于宇宙的奧秘與驚喜。
參考資料：
中國科學院 - 32億像素，全球最大數位相機亮相----中國科學院
澎湃新聞 - 維拉·魯賓天文台正從海量資料中篩選出雙超大品質黑洞_澎湃号·湃客_澎湃新聞-The Paper