全球最大數碼相機，開啓天文學變革新篇章

在智利北部的一座山頂上，全球最大的數碼相機準備啓動。

它的使命雖說簡單，卻相當雄心勃勃——要以極高的細節來拍攝整個夜空，還要揭開宇宙的一些深層奧秘。

這臺相機安放在維拉·C·魯賓天文臺內，該天文臺是一座位於塞羅·帕瓊的新望遠鏡，即將完工。這座山高 2682 米（8800 英尺），在智利首都聖地亞哥以北約 300 英里（482 公里）處。

每隔三個晚上，這臺望遠鏡就會對整個可見天空成像，生成數千張圖片，這能讓天文學家看到任何移動或者亮度有變化的東西。

預計通過這種方式，維拉·魯賓能發現約 170 億顆恆星和 200 億個星系，這些都是咱們以前從未見過的——而這不過是個開端。

“魯賓天文臺能幹的事兒太多啦，”天文臺的天文學推廣專家克萊爾·希格斯說道。

我們正在以一種前所未有的方式探索天空，這讓我們有能力回答那些我們甚至都還沒想到要問的問題。

這臺望遠鏡將對夜空進行長達整整十年的觀測，每晚拍攝 1000 張照片。

十年後，我們會談論新的科學領域、新的天體類別、新的發現類型，我現在甚至沒法跟你們說，因爲我都還不知道是啥。我覺得這真的是件讓人興奮的事兒，”希格斯補充道。

這座望遠鏡自 2015 年起就處於建設中

該項目於 21 世紀初由私人捐款啓動，其中包括來自億萬富翁查爾斯·西蒙尼（Charles Simonyi）和比爾·蓋茨（Bill Gates）的捐款。後來由能源部科學辦公室和美國國家科學基金會共同資助，該基金會還與斯坦福大學在加利福尼亞運營的研究中心 SLAC 國家加速器實驗室一起管理它。

儘管魯賓是美國國家天文臺，但它位於智利安第斯山脈，出於多種原因它與其他幾臺望遠鏡共享這個位置。“對於光學望遠鏡來說，你需要一個高、暗且乾燥的地點，”希格斯說，提到了光污染和空氣溼度的問題，這些會降低儀器的靈敏度。“你想要一個非常穩定且易於掌控的大氣層，智利的夜空質量非常出色，這就是爲什麼這裡有這麼多望遠鏡，”她補充道。“它很偏遠，但也沒有偏遠到從山上獲取數據成爲問題——魯賓能夠依靠那裡的基礎設施。

目前處於建設的最後階段，該望遠鏡預計將於 2025 年開機。“我們目前正在努力組裝所有部件，但它們都在山頂上——這是我們在夏天達到的一個重要里程碑，”希格斯說。“我們預計明年春天會有進展——把所有東西都整合在一起，所有東西都校準好，確保從山頂一直到我們的管道和數據的所有系統都看起來正常，並儘可能優化。爲此已經進行了幾十年的準備工作，但在你開啓所有設備之前，你永遠無法預知結果。”

經過幾個月的測試，在 2025 年底，該天文臺將進行首次觀測，儘管希格斯警告說這個時間表存在“不確定性”。

魯賓的主要任務名爲 LSST，即空間和時間遺產巡天。“這是一項爲期 10 年的巡天，我們每晚觀測南天，每三個晚上重複一次。所以我們基本上爲南天製作了一部長達十年的‘電影’，”希格斯說。

相機每 30 秒可以拍攝一張照片，每 24 小時就能產生 20 太字節的數據，這相當於普通人看三年網飛或者聽 50 年 Spotify 所產生的數據量。完成後，這項巡天將產生超過 6000 萬吉字節的原始數據。

然而，從智利把每張圖像傳輸到加利福尼亞只需 60 秒，在那裡，人工智能和算法將首先對其進行分析，尋找任何變化或移動的物體，如果發現任何東西就會生成警報。

“我們預計這架望遠鏡每晚大約會發出 1000 萬次警報，”希格斯說。“警報指的是天空中任何發生變化的事物，涵蓋了一系列科學案例，像太陽系天體、小行星和超新星。我們預計有數百萬顆太陽系恆星和數十億個星系，這就是爲什麼機器學習真的至關重要。”

希格斯說，這些數據每年會向一組選定的天文學家發佈，再過兩年，每個數據集都會向公衆開放，以供全球科學界進行研究。

期望這些數據能涵蓋四個主要的研究領域

創建太陽系的清單，其中包括髮現數個新天體，或許還有被稱作“第九行星”的隱匿行星

繪製我們整個星系的圖譜

探索一類被稱爲“瞬變天體”的特殊物體，這類物體的位置或亮度會隨時間變化

“在大概 10 個不同的科學領域，我都能跟你說魯賓會做得很出色”

“比如說，我覺得咱們在幾個月內將會觀測到比以往任何時候都多的 I 型超新星

“在衆多領域，我們會從幾個樣本變爲具有統計學意義的大量樣本，這所能帶來的科學影響是巨大的。”

麻省理工學院的物理學教授兼科學史格梅什豪森教授大衛·凱澤（David Kaiser）表示，天文學界對維拉·魯賓天文臺興奮不已。

“維拉·魯賓天文臺將使天文學家能夠以前所未有的方式繪製暗物質的分佈，基於暗物質如何彎曲普通星光的路徑——這一過程被稱爲‘引力透鏡’，”凱澤解釋說。“暗物質似乎在整個宇宙中無所不在，可它到底是怎樣隨着時間聚集或聚類的，對於大片夜空而言，仍然難以量化，”他說，並補充說，通過收集更多關於暗物質分佈的數據，維拉·魯賓天文臺可以幫助天體物理學家辨別其特性。

魯賓能夠解決的另一個長期存在的宇宙謎題是探尋第九行星。

加州理工學院行星科學教授康斯坦丁·巴蒂金（Konstantin Batygin）就此主題撰寫了數篇學術論文，他表示，該望遠鏡不僅爲直接探測第九行星提供了真正的機會，而且即便該行星未被直接觀測到，對外太陽系動態結構的詳細測繪——尤其是小天體的軌道分佈——也將爲第九行星假說提供關鍵檢驗。簡而言之，他補充道，維拉·魯賓天文臺將徹底改變我們對外太陽系的理解，並有望成爲“改變遊戲規則的存在”。

倫敦大學學院物理與天文學系講師凱特·帕特爾（Kate Pattle）稱，很少有天文學家不對魯賓感到興奮，因爲它將繪製從最局部（追蹤我們太陽系中的近地小行星）到最大範圍（繪製整個宇宙中暗物質的分佈）的各種尺寸規模的空間。

“魯賓將一次又一次地觀測天空的同一部分，這意味着它將在天文瞬變的研究中開闢新天地——它將識別變星，追蹤超新星殘骸的衰變，並觀測超高能伽馬射線暴和類星體（非常遙遠、非常活躍的星系）的變化。通過這樣做，它將爲我們的宇宙以及其中的恆星和星系如何演化提供前所未有的見解。”

耶魯大學天文學和物理學教授普里亞姆瓦達·納塔拉詹（Priyamvada Natarajan）表示，魯賓天文臺有望在多個方面打破紀錄，整個天文學界都在等待首次觀測。這項調查將爲無數科學項目提供數據，一次性解決許多基本的開放性問題，涵蓋從近到遠的宇宙，不僅包括星系、星團、類星體、超新星、伽馬射線暴和其他瞬變的豐富內容，“它還將憑藉前所未有的近地小行星、柯伊伯帶天體（海王星軌道之外的冰體區域）清單，讓我們更清晰地瞭解太陽系——簡而言之，人人都能有所收穫，”她說。

她補充說，如果望遠鏡能夠揭示暗物質的真實本質，那將是最令人興奮的發現——這一發現肯定會讓維拉·魯賓感到高興。

“畢竟，正是她在 20 世紀 70 年代對螺旋星系中暗物質探測的具有開創性的工作開啓了這一探索之旅，”納塔拉詹說。“前景十分誘人——而且變革肯定正在發生。”