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据其制造商称，世界上最大的数码相机已正式调试好，并且准备开始前往目标地点去拍摄号称“有史以来最真实夜空”的项目。这就是不久之前，美国的工程师和科学家宣布完成了的，空间和时间的调查相机（LSST），这是一个大约三吨多，看上去就像一台汽车大小的工具，它的设计目的，是希望捕获有关宇宙天体，以及暗物质和暗能量性质的新信息。[啤酒]
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二十年的探索与建设
该项目的从论证到成品，已经有了约二十年的历史，这台拥有着夸张像素的超级相机，即将启程前往智利Cerro Pachón山顶的维拉·鲁宾天文台，这里海拔高达2700多米。到了2024年晚些时候，西蒙尼巡天望远镜完成与该设施的连接，其配备的双五英尺和三英尺宽的透镜将开始对天空展开长达10年的深入探索，覆盖太阳系、银河系乃至更遥远的宇宙深处。
为了达成这些宏伟至极的目标，这款超级相机绝非只是傻瓜数码相机的简单放大版。尽管在智能手机的镜头中我们通常看不到物理快门的身影，但在单反相机中，快门却是不可或缺的一部分。与此相比，LSST相机的快门速度却显得相对缓慢，这也是它在实现这些目标过程中所面临的挑战之一。
这是因为这台相机在读取数据时速度极慢且需精心控制，负责这个相机部分功能设计和建设的科学家曾经描述过这个过程，该相机在15秒的曝光后只需2秒进行读数。这样龟速般的处理让操作员只需要应对较低水平的底噪，大约6到7个电子，以便捕捉更昏暗的星空。事实上这也是传统天文观测的难点。
“我们需要更加高效的传感器，这样我们才能分辨出黑暗的天空中，哪些实际上是黑暗的，而哪些其实是被底噪遮蔽了，通过这样的方式我们就可以测量天空中非常暗淡的物体，”设计的科学家们解释为什么会做这样的设计。“在这 2 秒的读数期间，我们需要阻挡更多的光线进入相机，这就是为什么我们有一个专门设计的都特殊快门。”
为提高操作员在低光环境下捕捉昏暗物体测量数据的能力，研究团队采取了一项创新措施：将LSST相机焦点区域的温度降至极端低温，具体为-100°C或173K，以此有效抑制该区域内原子的热运动，从而优化测量精度。
宇宙学家正筹备利用LSST相机对太阳系进行前所未有的全面探索。这一雄心勃勃的研究计划有望使我们对太阳系中已知天体的认知数量激增十倍，从而助力我们揭开太阳系起源的神秘面纱，并实现对任何潜在威胁地球安全的小行星的实时监控。
负责统筹这个前沿项目的负责人曾经强调，有了这样的工具的帮助，人类可以比以往任何时刻都更加全面多角度的深入观测宇宙，从而拓宽人类对基础物理的理解。随着这个项目的即将启用，人类将有望开启解答物理学领域和天文学领域的一些最具深度和影响力问题的新篇章。
之所以会有这样的推论，正是因为它可以收集到的数据可以说是“开创性”的。这是因为这些数据的独特的特征，我们将能够对宇宙和暗能量的膨胀进行真正深入的研究，鲁宾天文台副主任兼相机项目负责人告诉前往采访的记者们表示道，数据处理也是一个难点，由于恐怖的像素内容，一天的数据可能就有20TB大小，对于储存和分析都是挑战。
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艰难的设计运输和安装
虽然这台相机可以作为科学家们破解暗能量和宇宙之谜的得力助手，但距离它的“完全体”还需经历一段不小的旅程。它将从位于加利福尼亚州门洛帕克的实验室里启程，最终抵达安第斯山脉海拔2700余米的Cerro Pachón山顶的天文台。预计2024年晚些时候，这台相机将被稳稳吊装在望远镜顶端，开始它的宇宙探索之旅。
然而它的运输难题不仅源于其庞大的体积，更在于其内部结构的精密。这款相机的焦平面由201个高度定制化的CCD传感器紧密排列而成，每个传感器的平面度都精确控制在人类头发宽度十分之一的5微米左右。
要知道，我们日常所用的普通的A4纸张的厚度，一张通常都在50到100微米之间，但是这些传感器之间的间隔极其的小，而且由于任何的碰撞接触等情况都会产生损毁的可能。因而在制造和运输过程中，怎么样子确保这些敏感部件不发生任何碰撞，成为了一项艰巨的任务。
尽管项目团队已采用与其重量和外形一致的“质量模拟物”来测试相机的预期运输路径。该模拟物内置了加速度计，用以模拟并测量将施加于LSST相机的各种应力，特别是在空运至智利过程中可能遭受的压力。
实验室的负责人表示：“虽然此次的测试项目结果极为顺利，我们为降低运输过程中的不确定性付出了巨大努力。尽管如此，亲眼看着它被装载上飞机并运往智利，仍不免让人感到忧虑。”
而当相机成功的部署在其依赖的环境中，比如将其图像传感器降至零下100摄氏度的冷却装置中，就会启动并正式运行。随后，科学家们就将开展一系列测试，确保相机性能达标，并且整个望远镜系统能够协同工作。
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为天文学和宇宙科学带来新的篇章
虽然由于项目还没有彻底的完工，甚至预计需要到2025年的春季，才能向公众展示首批图像，但是这仍然这令研究人员期待不已。很多人已经为了这个项目经历了十几年的漫长历程，他们可以说是即将到来的成果充满热情，而这台相机及其首张照片的问世已备受瞩目。
有很多人对这个产物可能不太能理解，毕竟我们现在一个小小的手机上面的传感器就可以号称是“1亿像素”，为什么这样一个“区区”32亿像素的相机，就要重达几吨重的水平。那是因为大家其实没有考虑一个数量级的问题。你以为32亿是1亿的32倍，实际上到了后面想要提升一点需要的是几百倍几千倍的堆料，而且产生的功用也超乎大家的想象。
这个机器的完成，就标志着大型仪器在天文观测领域的一次重大突破。通过不断重复扫描同一片天空，为科学家提供了精确监测该区域在未来很多年内所有变化的能力。借助这项技术，科学家们将能够捕捉到瞬态事件如超新星的亮度变化，观测到超视距外的天体光线因物质（包括暗物质）引力而产生的弯曲，以及追踪星系间距离的扩大。
其实这样的工作也是很多的天文观测的方法，包括大陆在内的一些高级别的巡天望远镜就是采用这样的方式，通过多次的记录同一片天空中不同的光暗亮度表现，星星的轨迹，通过研究这些东西在“时间”这个轨道上的变化，从而分析出来天体运行的规律，发现那些我们无法直接验证的各种现象，比如那些我们无法直接观测的波和力的变化。
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大型光学相机和射电式望远镜的区别
也有人可能会好奇，这个号称最大的天文相机东西和我们那个世界上最大的，有着“天眼”之称的望远镜有什么区别。其实这中间的区别还是不小的，比如中国天眼FAST，坐落于贵州，以其惊人的500米口径傲视全球，成为当之无愧的世界最大单口径射电望远镜，它的设计是专注于，帮助我们接收来自宇宙的射电信号。
然后通过它的帮助，人类的“目光”得以穿越星际，捕捉着宇宙深处的微弱射电信号。无论是搜寻脉冲星的踪迹，还是深入研究气体星系的奥秘，亦或是探寻宇宙微波背景辐射的线索，甚至寻找外星文明的呼唤，FAST都以其超凡的灵敏度和广泛的频率覆盖范围，引领着射电天文学的发展潮流。
而与之不同的就是搭载了这种超级像素的“天文相机”。集光学和近红外观测能力于一身，同时由于搭载的巨型传感器，拥有极宽的视场和超高的图像解析度，将为我们揭示宇宙的壮丽画卷，无论是小行星的舞动轨迹，超新星的绚烂爆炸，还是活动星系核的狂暴爆发。而通过对海量数据的深度挖掘，从而为宇宙学、天文学和物理学的研究提供新的突破性见解。
这两者可谓是，一个专注于射电信号的捕捉与研究，一个致力于光学和近红外波段的大规模天体监测与时间域天文学研究。两者虽探索的方式截然不同，但是最后的目的却殊途同归，共同构筑着人类探索宇宙的崭新篇章。在未来的日子里，让我们期待这些天文利器为我们带来更多关于宇宙的奥秘与惊喜。
参考资料：
中国科学院 - 32亿像素，全球最大数码相机亮相----中国科学院
澎湃新闻 - 维拉·鲁宾天文台正从海量数据中筛选出双超大质量黑洞_澎湃号·湃客_澎湃新闻-The Paper