历经20年 天文学领域最大的数码相机终于竣工了

历经20年 天文学领域最大的数码相机终于竣工了 研究人员正在检查 LSST 相机。这台相机将很快被运往智利，成为维拉-C-鲁宾天文台（右）的核心部分。资料来源：格雷格-斯图尔特/SLAC 国家加速器实验室作为能源部和美国国家科学基金会资助的维拉-C-鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory）的核心设备，这台 3200 万像素的相机将帮助研究人员以前所未有的细节观测我们的宇宙。在十年的时间里，它将产生大量关于南半球夜空的数据，研究人员将通过挖掘这些数据来获得对宇宙的新认识。这些数据将有助于研究人员了解推动宇宙加速膨胀的暗能量，以及寻找占宇宙物质 85% 左右的神秘物质暗物质。研究人员还计划利用鲁宾数据更好地了解不断变化的夜空、银河系和我们自己的太阳系。鲁宾天文台建设主任、华盛顿大学教授泽利科-伊维茨奇（Željko Ivezić）说："随着独一无二的LSST 照相机在 SLAC 完成并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影像和信息量最大的夜空地图。"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数码相机。这台相机大约有一辆小汽车那么大，重约 3000 公斤（3 公吨），其前镜头的宽度超过 5 英尺，是迄今为止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特殊设计，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。焦平面由 201 个定制设计的 CCD 传感器组成，它非常平整，变化幅度不超过头发丝宽度的十分之一。像素本身只有 10 微米宽。LSST 相机建于 SLAC 国家加速器实验室，是有史以来最大的天文数码相机。该相机是维拉-C-鲁宾天文台为期 10 年的时空遗产巡天（LSST）的核心设备，它将每 3 个夜晚拍摄整个南部天空。该相机的数据将有助于解决宇宙学中一些最紧迫的问题，如暗能量和暗物质的性质，以及推进对太阳系和不断变化的夜空的研究。图片来源：Olivier Bonin/SLAC 国家加速器实验室SLAC教授、鲁宾天文台副主任兼照相机项目负责人亚伦-鲁德曼（Aaron Roodman）说，这台照相机最重要的特点还是它的分辨率，它的分辨率非常高，需要数百台超高清电视才能全尺寸显示它的一幅图像。"它的图像非常细腻，可以分辨出 15 英里外的一个高尔夫球，同时覆盖的天空范围比满月还要宽七倍。这些包含数十亿颗恒星和星系的图像将有助于揭开宇宙的秘密"。能源部宇宙前沿计划项目经理凯西-特纳（Kathy Turner）说，揭示这些秘密越来越重要。特纳说："与以往任何时候相比，要想扩大我们对基础物理学的理解，就必须把目光投向更远的宇宙。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探索宇宙，帮助回答当今物理学中一些最难、最重要的问题。"现在，LSST 照相机已经完工，并在 SLAC 经过了全面测试，它将被打包运往智利，并被送上安第斯山脉 8900 英尺高的 Cerro Pachón，今年晚些时候将被吊装到西蒙尼巡天望远镜上。一旦开始运行，照相机的主要用途就是绘制大量夜空天体的位置图并测量其亮度。研究人员可以从该星表中推断出大量信息。也许最值得注意的是，LSST 相机将寻找弱引力透镜的迹象，在这种情况下，大质量星系会微妙地弯曲背景星系的光线到达我们的路径。弱透镜揭示了宇宙中质量分布的一些情况，以及随着时间的推移质量是如何变化的，这将有助于宇宙学家了解暗能量是如何推动宇宙膨胀的。SLAC 高级工程师兼 LSST 相机项目经理马丁-诺德比（Martin Nordby）说，该天文台是第一个为研究如此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们开发了许多新技术，包括新型 CCD 传感器和一些有史以来最大的透镜，并确保所有这些组件都能很好地协同工作。艺术家绘制的 LSST 相机效果图，显示了其主要组件，包括镜头、传感器阵列和工具箱。资料来源：Chris Smith/SLAC 国家加速器实验室科学家们还希望研究星系分布的模式以及这些模式随着时间的推移而发生的变化，识别暗物质群和发现超新星，所有这些都有助于进一步了解暗物质和暗能量。这么大的相机还能做什么？揭示遥远星系细节的相同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。银河系中的许多恒星又小又暗，但借助 LSST 相机的灵敏度，研究人员有望绘制出银河系更为详细的地图，从而深入了解银河系的结构和演变，以及其中恒星和其他天体的性质。在离地球更近的地方，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，该项目可能会使已知天体的数量增加 10 倍，这可能会让人们对太阳系的形成过程有新的认识，或许还有助于识别那些过于接近地球的小行星所带来的威胁。这台相机将安装在鲁宾天文台的西蒙尼巡天望远镜上，该望远镜位于智利安第斯山脉的高处。资料来源：鲁宾天文台/美国国家科学基金会/AURA最后，鲁宾科学家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。SLAC 主任约翰-萨拉奥（John Sarrao）说，这台相机是实验室及其合作伙伴的一项"巨大成就"。LSST相机和鲁宾天文台将为我们的宇宙打开一扇新窗口，让我们深入了解宇宙中一些最神秘的事物，同时揭示离我们更近的奇迹。"看到拉加中心的科技专长、项目领导力和强大的全球合作伙伴关系以如此具有影响力的方式汇聚在一起，我感到非常兴奋。我们迫不及待地想看到下一步的发展。"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（Brookhaven National Laboratory），该实验室制造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 at the National Center for Scientific Research），该研究所参与了传感器和电子设备的设计，并制造了相机的滤光片交换系统，该系统将使相机能够捕捉从紫外线到红外线的六个不同波段的光。已完工的 LSST 相机正面图，显示其中的 3200 万像素焦平面。图片来源：Jacqueline Ramseyer Orrell/SLAC 国家加速器实验室布鲁克海文实验室仪器部高级物理学家保罗-奥康纳（Paul O'Connor）说："布鲁克海文实验室的团队（其中一些人已经为该项目工作了 20 多年）非常高兴地看到 LSST 相机的完工。我们与多个合作者共同开发的快速、超灵敏 CCD 模块将为鲁宾天文台未来十年的突破性科学研究做出贡献，我们期待着在这一旗舰天文巡天项目中开展合作。"照相机光学组件的一个主要特征是它的三个透镜，其中一个直径为 1.57 米（5.1 英尺）的透镜据信是迄今为止制造的世界上最大的高性能光学透镜。劳伦斯利弗莫尔国家实验室的工程师、前 LSST 相机项目经理 Vincent Riot 说："劳伦斯利弗莫尔国家实验室非常荣幸能有机会为 LSST 相机设计并监督大型透镜和光学过滤器的制造，其中包括世界上最大的透镜。LLNL 能够利用其几十年来开发世界上最大激光系统所积累的大型光学技术专长，看到这个前所未有的仪器完工并准备前往鲁宾天文台，我们感到非常兴奋。"IN2P3/CNRS 相机科学家皮埃尔-安蒂洛格斯（Pierre Antilogus）说："为了制作宇宙三维电影，相机必须在大约 2 秒钟内拍摄图像，并在 90 秒钟内更换滤镜。对于如此大小的相机来说，这是一项了不起的壮举。如果说 LSST 相机焦平面的... PC版： 手机版：

云南天文台双中子星研究领域取得新进展

云南天文台双中子星研究领域取得新进展 双中子星系统示意图。图片来源：云南天文台南京大学郭云浪博士与中国科学院云南天文台王博研究员等人，对形成双中子星系统的电子俘获超新星通道作了系统研究，给出了该通道下形成双中子星系统的初始参数空间，发现该参数空间中的氦星伴星质量和最小初始轨道周期，随着金属丰度的增加而增加。同时，通过考虑氦星伴星在塌缩成中子星时受到的反冲速度，研究了该通道下形成双中子星系统的特征。他们发现小于50公里每秒的低反冲速度，能够解释观测上大多数的双中子星系统特征。此外，通过考虑氦星表面的残留氢包层，该团队还发现中子星在双星演化过程中能够从伴星上吸积更多的物质，从而达到更快的转速。 ... PC版： 手机版：

新型40万像素超导相机提供前所未有的宇宙视野

新型40万像素超导相机提供前所未有的宇宙视野 一直以来，超导照相机虽然能满足低噪声和高灵敏度的要求，但受限于其体积小，通常不超过几千个像素，这限制了其捕捉高分辨率图像的能力。然而，一个研究小组最近的一项突破打破了这一障碍，制造出了一台拥有 40 万像素的超导照相机。这一进步使我们能够探测从紫外线到红外线波长的宽光谱微弱天文信号。基于超导纳米线单光子探测器的 40 万像素超导相机。资料来源：Adam McCaughan/NIST虽然有很多其他的照相机技术，但使用超导探测器的照相机因其极低的工作噪声而非常适合在天文任务中使用。在对微弱光源成像时，照相机必须如实报告接收到的光量，而不能歪曲接收到的光量或注入自己的错误信号。超导探测器由于其低温运行和独特的成分，完全可以胜任这一任务。正如项目负责人亚当-麦考恩博士所描述的，"有了这些探测器，你可以整天采集数据，捕捉数十亿个光子，而其中只有不到十个光子是噪声造成的"。NIST 团队成员 Bakhrom Oripov（左）和 Ryan Morgenstern（右）将超导相机安装到专用低温平台上。资料来源：Adam McCaughan/NIST不过，虽然超导探测器在天文应用方面大有可为，但由于相机尺寸小，像素相对较少，它们在该领域的应用一直受到阻碍。由于这些探测器的灵敏度非常高，因此很难在小范围内安装大量的探测器而不相互干扰。此外，由于这些探测器需要在低温冰箱中保持低温，因此只能用少量的导线将信号从照相机传送到温度较高的读出电子装置。为了克服这些限制，美国国家标准与技术研究院（NIST）、美国国家航空航天局喷气推进实验室（JPL）和科罗拉多大学博尔德分校的研究人员将时域多路复用技术应用于二维超导纳米线单光子探测器（SNSPD）阵列的检测。单个 SNSPD 纳米线排列成相交的行和列。当光子到达时，测量触发行探测器和列探测器所需的时间，以确定是哪个像素发出的信号。通过这种方法，相机只需在几根读出导线上对许多行和列进行有效编码，而无需数千根导线。这幅动画描述了新开发的读出系统，该系统使研究人员有可能制造出一台 40 万像素的单线超导照相机，这是同类照相机中分辨率最高的照相机。资料来源：S. Kelley/NISTSNSPD 是众多此类超导探测器技术中的一种，包括微波动感探测器 (MKID)、过渡边传感器 (TES) 和量子电容探测器 (QCD)。SNSPD 的独特之处在于其工作温度远高于其他技术所需的毫开尔文温度，并且具有极高的时间分辨率，但无法分辨单个光子的颜色。近二十年来，NIST、JPL 和其他机构一直在合作研究 SNSPD，而最近的这项工作之所以能够完成，完全得益于更广泛的超导探测器领域所取得的进步。研究小组采用了这种读出架构后，他们发现立即就可以建造像素数量极多的超导相机。正如技术带头人巴赫罗姆-奥里波夫博士所描述的那样："这里最大的进步在于探测器是真正独立的，因此如果你想要像素更高的相机，只需在芯片上增加更多的探测器即可。研究人员指出，虽然他们最近的项目是一个 40 万像素的设备，但他们还即将展示一个像素超过 100 万的设备，目前还没有找到上限。"JPL 小组成员与两个低温冷却器原型，它们将用于测试远紫外波长的超导照相机。从左到右依次为：Emanuel Knehr、Boris Korzh、Jason Allmaras 和 Andrew Beyer。资料来源：Boris Korzh/NASA JPL研究人员认为，他们的相机最令人兴奋的用途之一是在太阳系外寻找类地行星。为了成功探测到这些行星，未来的太空望远镜将观测遥远的恒星，寻找来自轨道行星的微小反射光或发射光。探测和分析这些信号极具挑战性，需要长时间曝光，这意味着望远镜收集到的每一个光子都非常宝贵。一台可靠的低噪声照相机对于探测这些数量极少的光至关重要。SNSPD 摄像机还可用于探测来自深空任务的光通信信号。事实上，美国国家航空航天局（NASA）目前正在通过深空光通信（DSOC）项目演示这种能力，这是首次演示来自行星际空间的自由空间光通信。DSOC 正在从一个名为"Psyche"的航天器（已于 10 月 13 日发射升空，正在前往 Psyche 小行星的途中）向位于帕洛玛天文台的一个基于 SNSPD 的地面终端发送数据。光学链路的数据传输速率远远高于星际间的射频链路。为接收 Psyche 数据的地面站开发的照相机具有出色的定时分辨率，可以对来自航天器的光学数据进行解码，从而在一定时间内接收到比使用无线电信号多得多的数据。这些传感器还将在地球上的许多应用中发挥作用。由于这种相机的工作波长非常灵活，因此可以优化其在生物医学成像方面的应用，以探测以前无法探测到的细胞和分子发出的微弱信号。麦考恩博士指出："我们非常希望神经科学家能够使用这种相机。这项技术可以为他们提供一种新的工具，以完全非侵入性的方式研究我们的大脑"。最后，迅速发展的量子技术领域也将从这一令人兴奋的技术中获益，它有望改变我们确保通信和交易安全的方式，以及我们模拟和优化复杂过程的方式。一个光子可用于传输或计算一个比特的量子信息。目前，许多公司和政府都在努力扩大量子计算机和通信链路的规模，而获得如此易于扩展的单光子照相机可以克服释放量子技术全部潜力的主要障碍之一。据研究小组称，下一步将是利用这一初步演示，并对其进行优化，使其适用于太空应用。共同项目负责人鲍里斯-科尔日（Boris Korzh）博士说："现在，我们已经进行了概念验证演示，但我们还需要对其进行优化，以充分展示其潜力。研究团队目前正在计划进行超高效率照相机演示，以验证这项新技术在紫外线和红外线方面的实用性。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

人工智能在突破性研究中推断出暗能量的影响和特性

人工智能在突破性研究中推断出暗能量的影响和特性 暗能量是加速宇宙膨胀的神秘力量，被认为占宇宙内容的70%左右（暗物质是看不见的东西，它的引力牵引着星系，占25%，正常物质只占5%）。主要作者尼尔-杰弗里（Niall Jeffrey）博士（UCL 物理与天文学）说："利用人工智能从计算机模拟的宇宙中学习，我们对宇宙关键属性的估计精度提高了两倍。如果没有这些新技术，要实现这一改进，我们需要四倍的数据量。这相当于再绘制3亿个星系的地图"。共同作者洛恩-怀特威博士（伦敦大学物理与天文学学院）说："我们的发现符合目前对暗能量的最佳预测，即暗能量是一个'宇宙常数'，其值不会随空间或时间而变化。不过，它们也为正确的不同解释留出了灵活性。例如，我们的引力理论仍然可能是错误的。"从其中一个模拟宇宙中得到的物质地图。图中最亮的区域表示暗物质密度最高的区域。这些区域与超星系团相对应。深色的几乎是黑色的斑块是宇宙空洞，即星系团之间的大片空隙。资料来源：尼尔-杰弗里等人完善宇宙学模型与之前于2021年首次发表的暗能量勘测图分析结果一致，这些研究结果表明，宇宙中的物质比爱因斯坦广义相对论所预测的分布得更平滑更少有块状的情况。不过，与之前的分析相比，这项研究的差异并不那么显著，因为误差条更大。暗能量勘测图是通过一种叫做弱引力透镜的方法获得的，即观察来自遥远星系的光线在到达地球的途中是如何被干扰物质的引力弯曲的。这项合作分析了 1 亿个星系形状的扭曲，从而推断出这些星系前景中所有物质（包括暗物质和可见物质）的分布情况。由此绘制的地图覆盖了南半球四分之一的天空。在这项新研究中，研究人员利用英国政府资助的超级计算机，根据暗能量调查物质地图的数据，对不同的宇宙进行了模拟。每个模拟都有不同的宇宙数学模型作为基础。研究人员从这些模拟中创建了物质图谱。一个机器学习模型被用来提取这些地图中与宇宙学模型相关的信息。第二个机器学习工具从许多不同宇宙学模型的模拟宇宙实例中学习，查看真实观测数据，并给出任何宇宙学模型成为我们宇宙真实模型的几率。与以前的方法相比，这项新技术使研究人员能够使用更多的地图信息。模拟在 DiRAC 高性能计算（HPC）设施上运行，该设施由英国科技设施委员会（STFC）资助。宇宙学的未来探索下一阶段的暗宇宙项目包括去年夏天启动的欧洲航天局（ESA）欧几里得（Euclid）任务将大大增加我们所掌握的有关宇宙大尺度结构的数据量，帮助研究人员确定宇宙出人意料的平滑是否是当前宇宙学模型错误的标志，或者是否有其他解释。目前，这种平滑性与根据宇宙微波背景（CMB）宇宙大爆炸时留下的光线分析得出的预测结果不符。暗能量勘测合作项目由美国能源部费米国家加速器实验室（Fermilab）主办，来自七个国家 25 个机构的 400 多名科学家参与其中。该合作项目利用世界上功能最强大的数码相机之一5.7亿像素暗能量相机（Dark Energy Camera）在六年时间里（从2013年到2019年）拍摄的夜空照片，对数以亿计的星系进行了编目。该相机的光学校正器由 UCL 制造，安装在智利国家科学基金会 Cerro Tololo 美洲天文台的望远镜上。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

欧空局火球相机在西班牙卡塞雷斯拍摄到的壮观流星

欧空局火球相机在西班牙卡塞雷斯拍摄到的壮观流星 欧空局位于西班牙卡塞雷斯的火球相机在 2024 年 5 月 18 日星期六晚上拍摄到了这颗令人惊叹的流星。图片来源：ESA/PDO/AMS82 - AllSky7 Fireball Network调查与分析在接到流星的初步报告后，欧空局的观察家们迅速展开了调查。他们对该天体轨迹的分析表明，它很可能是彗星的一小块碎片。他们确定，这颗流星以大约 45 千米/秒或 162000 千米/小时（28 英里/秒或 100000 英里/小时）的速度飞越西班牙和葡萄牙，然后在大西洋上空大约 60 千米（37 英里）的高度燃烧。欧空局在西班牙卡塞雷斯（Cáceres）的火球相机在 2024 年 5 月 18 日至 19 日夜间（欧洲中部时间 5 月 19 日 00:46 / 世界协调时 5 月 18 日 22:46）拍摄到了这颗令人惊叹的流星。图片来源：ESA/PDO/AMS82 - AllSky7 Fireball Network流星的详细信息研究人员利用撞击过程中释放的能量数据估计，这颗流星的大小约为 1 米（约 3 英尺），质量为 500-1000 公斤（1100-2200 磅）。从这一事件中发现任何陨石的可能性都很低。这颗流星在撞击之前一直未被发现，很可能是因为它从一个挤满银河系恒星的天空区域飞来，遮挡了它的视线。欧空局的火球相机是欧洲航天局管理的网络的一部分，旨在探测和研究进入地球大气层的流星。这些相机战略性地部署在欧洲各地，用于捕捉火球异常明亮的流星的高清图像和数据。通过利用灵敏的探测技术，这些相机可以记录火球的轨迹、速度和光强，为了解火球的起源和组成提供宝贵的资料。该网络的主要目标是加强我们对近地天体（NEOs）的了解，并评估它们可能对地球造成的潜在威胁。收集到的数据有助于科学家改进流星体轨道模型及其与地球大气层的相互作用。这项研究对于制定减轻较大天体潜在影响的战略至关重要。总之，欧空局的火球相机是行星防御领域的重要工具，对太阳系较小天体的研究做出了重大贡献。AllSky7 火球网是一个先进的观测系统，旨在探测和分析地球大气层中的火球和流星。该网络由美国流星协会（AMS）运营，由配备灵敏探测技术的全天空照相机组成。这些照相机分布在不同地点，以提供全面的覆盖范围，并捕捉有关流星活动的高分辨率图像和数据。AllSky7火球网的主要目的是精确监测流星现象，收集有关火球的轨迹、速度和起源的数据。这些信息对于计算流星体的轨道、了解它们与地球大气层的相互作用以及评估较大天体构成的任何潜在威胁至关重要。该网络可以准确跟踪流星雨和偶尔出现的意外火球，对科学研究和公众参与天文学活动都有很大的帮助。通过促进专业和业余天文学家之间的合作，AllSky7 火球网络增进了我们对宇宙的了解，并加强了行星防御工作。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

NASA遭遇故障的IXPE太空观测设施于4月3日成功恢复了科学运行

NASA遭遇故障的IXPE太空观测设施于4月3日成功恢复了科学运行 IXPE 航天器经过航空电子设备重置后，恢复了对宇宙现象的观测，其中包括一个潜在的吸积黑洞，为了解黑洞吸积做出了贡献。资料来源：美国国家航空航天局此前唯一一次中断 IXPE 科学观测是由于 2023 年 6 月的一个类似问题。利用上次中断后制定的程序，研究小组启动了航天器航空电子设备重置以解决该问题，从而使 IXPE 进入计划的安全模式。研究小组立即开始工作，以尽可能迅速和安全的方式恢复科学运行。IXPE 任务现在正在观测一个新的瞬态 X 射线源Swift J1727.8-161 一个候选吸积黑洞。该源最近开始产生物质喷流，其运动速度仅为光速的一小部分。IXPE 的观测将有助于了解黑洞的吸积，包括揭示相对论喷流是如何形成的。IXPE 于 2021 年发射，它是一个太空观测站，旨在发现一些最极端宇宙天体的秘密超新星爆炸的残余物、中子星、哺育黑洞喷射出的强大粒子流等等。该天文台是美国国家航空航天局（NASA）首个研究来自许多不同类型天体的 X 射线偏振的任务。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：