“宇宙之眼”將開啓暗物質與銀河系探秘之旅

◎本報記者 劉 霞

“宇宙從未許諾會向我們袒露所有奧秘。”——這是美國天文學家薇拉·C·魯賓在自傳序言中留下的感慨。

而今，一座以她名字命名的天文台——薇拉·C·魯賓天文台（以下簡稱“魯賓天文台”）即將睜開“眼睛”，為人類揭開更多宇宙奧秘。

這座耗資8.1億美元的天文台由美國國家科學基金會與能源部運營，坐落於智利帕穹山伊爾佩恩峯，預計今年年底全面投入使用。

英國《自然》網站在6月12日的報道中指出，這個搭載了人類迄今最大數字相機的“宇宙之眼”將引領科學家邁入激動人心的天體探測新階段。服役期間，魯賓天文台將完成多項開創性使命：繪製全景宇宙地圖、追蹤暗物質蹤跡、發現數百萬顆新太陽系天體、預警潛在威脅的近地天體，同時幫助科學家解碼銀河系的精妙結構，從而徹底改變人們對太陽系、銀河系和宇宙的瞭解。

搭載迄今最大數字相機

魯賓天文台的核心裝備——8.4米口徑的西蒙尼巡天望遠鏡，每3天就能為南部天空繪製一幅全景畫卷。這台望遠鏡搭載着當今世界最大的“時空遺珍巡天”（LSST）數字相機，其分辨率高達32億像素。

現代工程奇蹟網站6月13日的報道揭示了這台望遠鏡的獨特構造：它採用革命性的三鏡光學系統，將尖端玻璃工藝與精密機械完美融合。主鏡和三級鏡由一整塊玻璃精密黏合而成，通過精妙設計的曲率引導光線先投射到8.4米的主鏡，再反射至3.4米的凸面次鏡，最後返回三級鏡並聚焦到LSST相機上。這種緊湊的同軸設計大大減少了機械振動，即使望遠鏡以每40秒一次的頻率快速轉動，也能捕捉到清晰的影像。

這台重達3噸的“巨無霸”相機配備了1.5米直徑的鏡頭，可通過6個濾鏡覆蓋9.6平方度的視場（大約是滿月面積的45倍）。其設計理念就是廣角、快速、深測，通過擴大觀測範圍、提高拍攝頻率、增強成像細節，來獲取前所未有的海量數據。

這套“三重奏”系統每晚將產生約20太字節的數據，相當於詹姆斯·韋布空間望遠鏡日產數據量的350倍。

面對如此洶湧的數據洪流，團隊開發了先進的軟件處理系統，運用統計分析和機器學習技術，能夠即時比對新舊觀測圖像。加州大學戴維斯分校天文學家託尼·泰森教授表示，系統能自動識別異常現象，每晚可產生超過800萬條關於瞬變天體、移動物體等異常現象的預警。全球天文學家將通過協作平台篩選這些警報，及時追蹤超新星爆發、小行星飛越等重要天文事件。

探究暗物質和暗能量的奧秘

魯賓天文台肩負着揭開暗物質神秘面紗的使命。魯賓本人畢生研究這種神秘物質，這座天文台也將繼續她未竟的事業。

暗物質不發光、不反射電磁波，卻用無形的引力之手操控着星系的運轉。魯賓天文台研究員斯蒂芬妮·德普解釋稱，實際上，是可見物質在追隨暗物質的腳步。星系分佈於天文學家所説的由暗物質細絲編織而成的宇宙網內，暗物質細絲通過引力捕獲恆星。

如果人們能繪製出這張宇宙網的藍圖，不但有望破解暗物質本質之謎，還將揭示暗能量——這個推動宇宙加速膨脹的神秘力量的真面目。通過追蹤200億個遙遠星系的引力特徵，魯賓天文台將為解開這兩個宇宙最幽深的奧秘提供關鍵線索。

擴展對銀河系和太陽系的理解

《科學美國人》6月12日的報道中表示，魯賓天文台將開啓太陽系探索的新篇章。這台強大的觀測設備能夠發現90%直徑超過140米的近地小行星，並在遙遠的柯伊伯帶識別數以萬計的新天體。這些發現將為理解行星起源和太陽系演化提供全新視角。

對銀河系的研究同樣將迎來革命性突破。通過精確測量數百萬顆恆星的運動軌跡和物理特徵，魯賓天文台的數據將幫助銀河系考古學家重構星系波瀾壯闊的演化史。斯坦福大學銀河系考古學家克里斯蒂安·阿甘澤表示，這些珍貴數據將成為研究銀河系歷史的金鑰匙。

魯賓天文台計劃在6月23日向世界展示其拍攝的首張全綵星空照片。這張照片將以前所未有的清晰度呈現數量驚人的恆星，並將創造天文觀測的新紀錄。

魯賓天文台承諾將所有觀測數據——從校準圖像到即時警報，免費向全球科學界開放。這一開放政策打破了專業與業餘的界限，讓全世界的天文愛好者都能參與到探索宇宙的征程中。

從監測可能威脅地球安全的小行星，到搜尋褐矮星這類“失敗的恆星”；從解析暗物質編織的宇宙網，到探索暗能量推動的宇宙膨脹……魯賓天文台的觀測範圍幾乎涵蓋了可見光天文學的所有領域。它或許將成為人類有史以來建造的最強大天文台，有望揭開那些最深邃的宇宙之謎。