作者:曼努埃尔·格尼达，SLAC国家加速器实验室 SLAC的工作人员用LSST相机的完整焦平面拍摄了第一张3200万像素的照片，这是薇拉·C未来的“眼睛”
鲁宾天文台
它们是有史以来单次拍摄的最大的数字图像
第一批被拍摄的物体之一是罗马石，因其非常细致的纹理而被选中
学分:格雷格·斯图尔特/SLAC国家加速器实验室 能源部SLAC国家加速器实验室的工作人员已经拍摄了第一批3200万像素的数码照片——这是有史以来单次拍摄的最大照片——这些照片带有一系列非同寻常的成像传感器，将成为维拉C未来相机的核心和灵魂
鲁宾天文台
这些图像非常大，需要378个4K超高清电视屏幕才能以全尺寸显示其中一个，而且它们的分辨率非常高，你可以在大约15英里外看到一个高尔夫球
这些和其他性质将很快推动前所未有的天体物理学研究
接下来，传感器阵列将被集成到目前正在SLAC建造的世界上最大的数码相机中
一旦安装在智利的鲁宾天文台，该相机将产生整个南方天空的全景图像——10年来每隔几个晚上一个全景
它的数据将被输入鲁宾天文台遗留下来的空间和时间调查(LSST)——一个比地球上现存人口还多的星系和无数天体运动的目录
使用LSST照相机，天文台将创造有史以来最大的天文电影，并揭示宇宙中一些最大的秘密，包括暗物质和暗能量
用传感器拍摄的第一张照片是对相机焦平面的测试，焦平面的组装于一月份在SLAC完成
“这对我们来说是一个巨大的里程碑，”美国能源部劳伦斯利弗莫尔国家实验室的LSST照相机项目经理文森特·里奥特说
“焦平面将产生LSST的图像，所以它是鲁宾天文台能干而敏感的眼睛
" SLAC天文台台长史蒂文·卡恩说:“这一成就是整个鲁宾天文台项目中最重要的
LSST相机焦平面的完成和它的成功测试是相机团队的一个巨大胜利，这将使鲁宾天文台能够交付下一代天文学
" 未来LSST相机的完整焦平面超过2英尺宽，包含189个单独的传感器，将产生3200万像素的图像
学分:杰奎琳·奥瑞尔/SLAC国家加速器实验室 最佳科学的技术奇迹 在某种程度上，焦平面类似于数字消费相机或手机中的相机的成像传感器:它捕捉从物体发出或被物体反射的光，并将其转换成用于产生数字图像的电信号
但是LSST照相机的焦平面要复杂得多
事实上，它包含189个单独的传感器或电荷耦合器件(CCDs)，每个传感器都有1600万像素——与大多数现代数码相机的成像传感器数量大致相同
在美国能源部的布鲁克海文国家实验室，九套电荷耦合器件及其支持电子设备被组装成被称为“科学筏”的正方形单元，并被运往SLAC
在那里，摄像小组将其中的21个，加上另外四个不用于成像的专业木筏，插入一个网格，将它们固定在适当的位置
焦平面有一些真正非凡的特性
它不仅包含一个巨大的3
20亿像素，但它的像素也非常小——大约10微米宽——而且焦平面本身非常平坦，变化不超过人类头发宽度的十分之一
这使得相机能够以非常高的分辨率产生清晰的图像
在2英尺多宽，焦平面是巨大的相比1
全帧消费相机的4英寸宽成像传感器，大到足以捕捉大约40个满月大小的天空部分
最后，整个望远镜的设计方式是，成像传感器能够发现比肉眼可见的物体暗1亿倍的物体——这种灵敏度可以让你从几千英里外看到蜡烛
“这些规格令人震惊，”加州大学圣克鲁斯分校LSST照相机项目科学家史蒂文·里兹说
“这些独特的功能将使鲁宾天文台雄心勃勃的科学计划成为可能
" 在10年内，该相机将收集大约200亿个星系的图像
里兹说:“这些数据将提高我们对星系如何随时间演变的认识，并将让我们比以往任何时候都更深入、更精确地测试我们的暗物质和暗能量模型。”
“天文台将是一个奇妙的设施，用于广泛的科学研究——从对我们太阳系的详细研究到对可见宇宙边缘的遥远物体的研究
" 拍摄第一张320万像素的照片是对焦平面的第一次重要测试
为了在没有完全组装好的相机的情况下做到这一点，SLAC团队使用一个150微米的针孔将图像投射到焦平面上
左图:针孔投影仪的示意图，它将罗马斯科的细节纹理投影到焦平面上
右图:SLAC的优素介和亚伦·鲁德曼在将第一批图像投影到焦平面后，从低温恒温器上取下针孔投影仪
学分:格雷格·斯图尔特/杰奎琳·奥瑞尔/SLAC国家加速器实验室 高风险的组装过程 今年早些时候焦平面的完成结束了SLAC号船员6个月的紧张工作，他们将25个木筏插入到网格的狭窄缝隙中
为了最大化成像区域，相邻木筏上的传感器之间的间隙小于五根人发宽
由于成像传感器如果相互接触很容易破裂，这使得整个操作非常棘手
这些木筏也很昂贵——每个高达300万美元
在传感器集成一线工作的SLAC机械工程师汉娜·波利克说:“高风险和严格公差的结合使得这个项目极具挑战性
但是有了一支多才多艺的队伍，我们几乎做到了
" 团队成员花了一年的时间准备木筏安装，安装了许多没有进入最终焦平面的“练习”木筏
这使他们能够完善将每一个2英尺高、20磅重的木筏拉进网格的程序，使用的是SLAC的特拉维斯·兰格开发的专用门架，他是木筏安装的首席机械工程师
蒂姆·邦德是SLAC LSST相机集成和测试团队的负责人，他说:“单个相机组件的尺寸之大令人印象深刻，研发团队的规模也是如此
这需要一个精心设计的团队来完成焦平面的组装，绝对每个从事这项工作的人都接受了挑战
" 拍摄首批320万像素的图像 焦平面被放置在低温恒温器中，在那里传感器被冷却到零下150华氏度，这是它们所需的工作温度
由于冠状病毒大流行，几个月没有进入实验室，摄像小组在5月份恢复工作，但能力有限，并遵循严格的社交距离要求
目前正在进行广泛的测试，以确保焦平面满足支持鲁宾天文台科学计划所需的技术要求
这些测试之一是拍摄各种物体的首批3200万像素图像，其中包括因其非常详细的表面结构而被选中的罗马斯科
为了在没有完全组装好的相机的情况下做到这一点，SLAC团队使用一个150微米的针孔将图像投射到焦平面上
这些照片可以在网上以全分辨率浏览(发布底部的链接)，显示了成像传感器捕捉到的非同寻常的细节
“拍摄这些照片是一项重大成就，”SLAC的亚伦·鲁德曼说，他是负责LSST照相机组装和测试的科学家
“在严格的规格要求下，我们真正做到了最大限度地利用焦平面的每一平方毫米，最大限度地提高我们的科学水平
" 家庭摄影队 随着团队完成摄像机组装，更具挑战性的工作还在后面
在接下来的几个月里，他们将把带有焦平面的低温恒温器插入相机机身，并增加相机的镜头，包括世界上最大的光学镜头、快门和用于研究不同颜色夜空的滤光器交换系统
到2021年年中，这款运动型多功能车大小的相机将在开始智利之旅前准备好进行最终测试
SLAC首席研究官和基础物理实验室副主任乔安妮·休伊特说:“相机即将完工，这非常令人兴奋，我们为在鲁宾天文台的这个关键部分的建设中发挥了如此重要的作用而感到骄傲。”
“这是一个里程碑，让我们以前所未有的方式向探索宇宙的基本问题迈进了一大步
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