薇拉·鲁宾天文台内部，世界上最大的数码相机的所在地

明年，随着Vera C. Rubin天文台的首次运营，天文学世界将变得更大。这个巨大的天文台目前正在智利近9英尺高的山峰Cerro Pachón山顶建造。
天文台将容纳一个8.4米长的望远镜，该望远镜将捕获来自遥远星系的光线，并将其引导到世界上最大的数码相机中，从而产生整个南方天空令人难以置信的深度图像。

世界上最大的数码相机

在基本层面上，鲁宾相机的工作方式与手机中的商用数码相机相同 - 尽管它的技术实际上更接近五年前的手机相机，因为它使用称为CCD的传感器技术而不是CMOS，因为天文台相机的建造始于10年前。最大的区别在于比例：您的手机摄像头的分辨率可能为1000万像素，但Rubin摄像头的分辨率为3，2亿像素。
根据正在构建相机的SLAC国家加速器实验室的说法，为了让您更切实地了解3，200百万像素的外观，需要378个4K电视屏幕才能显示全尺寸的图像。这种分辨率可以让您在15英里外看到高尔夫球。
为了达到这种分辨率，相机硬件的每个元素都需要以极高的精度设计和制造。相机的一个需要特别小心制造的组件是镜头。有三个镜头可以帮助校正输入信号中的任何像差，每个镜头都必须有一个完全无瑕疵的表面。

Rubin Obs/NSF/AURA
这甚至比望远镜反射镜所需的精度更难实现，因为透镜的两侧需要同等抛光。“挑战在于，现在，你不是镜子的一个表面，而是两个必须完美的表面，”Reil解释说。“这个天文台的所有光学元件 - 透镜和镜子 - 都是需要数年才能创造的东西。
获得完美的镜头甚至不是这种望远镜所需的套件中最困难的部分。“这是一项已知的技术，”Reil说。“这很难，但有些公司知道如何制造这些镜片。
鲁宾相机进入更鲜为人知的地面的地方是它的传感器。凭借3，2亿像素的高分辨率，相机的189个传感器需要排列成一个阵列并进行调整，直到达到严格的规格。这些传感器中的每一个都有 16 个通道，因此总共有 3，024 个通道。

Rubin Obs/NSF/AURA
“就我个人而言，最大的挑战是传感器，”Reil说。“拥有16个读出通道和189个传感器，并同时读取它们。所以数据采集，真正使传感器满足要求。
对传感器的这些要求是针对非常低的读取噪声水平 - 这是您在黑暗中使用手机拍照时会看到的颗粒状纹理。为了尽量减少这种会干扰天文观测的噪音，传感器被冷却到零下150华氏度。但即使这样也只能起到很大的作用，因此传感器必须非常小心地制造以减少读取噪声 - 世界上只有少数公司可以做到这一点。
另一个问题是相机的焦平面，这与相机的对焦方式有关。为了保持其完全平坦，在几微米内，传感器必须安装在碳化硅制成的木筏上，然后安装到相机中。

SLAC / 鲁宾天文台
望远镜上的相机与典型数码相机的一个关键区别在于使用滤镜。望远镜相机实际上不是捕捉彩色图像，而是拍摄不同波长的黑白图像。然后，这些图像可以以不同的方式组合，以挑选出不同的天文特征。
为此，鲁宾相机配备了六个滤光片，每个滤光片隔离不同波长的电磁光谱 - 从紫外线到可见光谱，再到红外线。这些滤镜是大型圆形玻璃片，需要在相机前物理移动，因此在相机上安装了一个机制，可以根据需要将它们换入和换出。一个轮子围绕相机机身旋转，将所需的滤镜带到顶部，然后一个机械臂拿起滤镜并将其滑到镜头之间的位置。
最后是快门。它由一个双叶片系统组成，该系统在镜头表面滑动，然后返回以捕获图像。“这非常精确，”Reil说。“那些移动的叶片和三号镜头之间的距离非常非常近。这需要仔细的工程设计，以确保间距完全正确。

放眼大局

所有这些精密工程将使鲁宾成为一个极其强大的天文工具。但它的功能与哈勃太空望远镜或詹姆斯韦伯太空望远镜等工具不同，这些工具旨在观察非常遥远的物体。相反，鲁宾会看着整个天空，非常快速地测量整个天空。
它将每周对整个南方天空进行一次调查，一遍又一遍地重复这项任务，每晚收集大约14TB的数据。通过定期更新的图像，天文学家可以将上周在给定天空中发生的事情与本周发生的事情进行比较 - 这使他们能够捕捉到超新星等快速演变的事件，以了解它们如何随时间变化。
因此，不仅使用相机硬件收集所有数据是一个挑战，而且还要非常快速地处理这些数据，以便天文学家可以及时将其提供给天文学家，以便他们看到正在发生的新事件。
数据也将公开。您将能够选择南部天空中的任何物体并提取该物体的图像，或者只是浏览显示天空惊人细节的调查数据。

深邃而大的巡天

除了作为天文学家研究特定物体如何随时间变化的资源外，鲁宾天文台对于识别近地物体也很重要。这些是靠近地球的小行星或彗星，可能会威胁到我们的星球，但由于它们在天空中移动得如此之快，因此很难被发现。
凭借其大镜子和视野，鲁宾天文台将能够识别特别靠近地球的物体，这些物体被称为潜在危险物体。而且由于这些数据经常刷新，它应该能够标记需要进一步研究的物体，以便其他望远镜观察。
但天文台最大的贡献可能是对暗物质和暗能量的研究。事实上，天文台是以美国天文学家维拉·C·鲁宾（Vera C. Rubin）的名字命名的，她在1960年代和1970年代通过对星系的观察发现了暗物质的第一个证据。
鲁宾天文台将能够通过在非常大尺度上观察宇宙来探测暗物质的神秘物质。

“要真正看到暗物质 - 好吧，你不能，”Reil解释道。“但要真正研究暗物质，你必须看看星系尺度。
通过观察星系边缘的恒星旋转速度，你可以计算出这些恒星和银河系中心之间必须有多少质量。当我们这样做时，我们可以看到的质量不足以解释这些旋转 - “甚至不够接近，”Reil说。因此，我们需要解释质量的缺失量。“这就是暗物质，”他补充道。
类似的原理适用于整个星系团。通过观察这些星系团内的星系轨道，鲁宾将能够用其宽视野观察，观测将获得一个新的统计能力。为了研究暗能量的相关现象，这是一种解释宇宙膨胀速率的假设能量类型，天文学家可以将计算出的大型物体的质量与其观测质量进行比较。
“你可以看到每个星系团，你不能得到比整个天空更多的统计数据，”Reil说。“拥有关于该主题的所有可用数据与拥有小视野相比，具有真正的优势。