“史上最强数码相机”首秀：鲁宾天文台开启天文学新时代

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从1609年伽利略用望远镜望向星空开始，光学望远镜极大地拓展了人类探索宇宙的视野。400多年来，光学望远镜发生了翻天覆地的变化，而我们也将在2025年见证一个光学望远镜新时代的到来：一座即将开始正式运行的天文台所使用的望远镜搭载了有史以来最强大的数码相机，将捕获比历史上所有光学望远镜加起来还要多的信息。
 
从遥远的恒星和星系到呼啸穿过太阳系的小行星，这座以著名天文学家、暗物质研究先驱薇拉·鲁宾（Vera Rubin）的名字命名的天文台将在未来10年内打开一个我们未曾窥见的宇宙。

▲薇拉·鲁宾天文台



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惊艳首秀

2025年6月23日，备受期待的薇拉·鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory，以下称“鲁宾天文台”）发布了首批观测图像。在10个小时的测试观测中，鲁宾天文台就显示出了史无前例的强大观测能力。它捕捉到数百万个星系、银河系中的数百万颗恒星以及太阳系内的2104颗前所未见的小行星，其中包括7颗不会构成威胁的近地小行星。相比之下，目前天文学家每年会发现约2万颗新的小行星，鲁宾天文台在短暂的测试时间里发现的小行星数量就达到了前者的十分之一。

▲鲁宾天文台在7小时的观测时间里拍摄的678张照片合成为这张照片，图中展示了礁湖星云和三叶星云

▲鲁宾天文台拍摄的室女座星系团


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史上最强

智利的塞罗帕雄山（Cerro Pachon）海拔2700米，拥有极度干燥的空气和极度黑暗的夜晚，是世界上最适合进行天文观测的地点之一，此前已有欧洲南方天文台的甚大望远镜（Very Large Telescope）等光学望远镜坐落在那里，而鲁宾天文台也选址于此。

▲鲁宾天文台位置示意图


鲁宾天文台由美国国家科学基金会和美国能源部共同运营，耗资8.1亿美元。天文台的核心装备是口径8.4米的西蒙尼巡天望远镜，配备有史以来最强大的数码相机——“时空遗珍巡天”（LSST）相机，像素高达32亿。相机拍摄的每张照片能够覆盖天空中45个满月的区域，每晚可以拍摄大约1000张南半球夜空的图像，用3到4个夜晚就能覆盖可见的南半球星空。

▲薇拉·鲁宾天文台


从2025年下半年开始，鲁宾天文台将开启为期10年的观测。在此期间，它将对200亿个星系进行观测，积累约500PB的数据量。这些数据将帮助天文学家对暗物质和暗能量、星系、小行星等多个领域进行深入研究。例如，通过绘制宇宙中的星系地图来追踪暗物质的踪迹，从而有望揭开暗物质的神秘面纱，同时揭示推动宇宙加速膨胀的暗能量的真实面目。

▲鲁宾天文台的研究领域包括银河系的结构和形成、暗物质与暗能量、太阳系内的小天体以及超新星爆发等。


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暗物质先驱

1928年，薇拉·鲁宾出生于美国费城。她先后在瓦萨学院、康奈尔大学和乔治城大学学习，获得了学士、硕士和博士学位。在康奈尔大学学习期间，她在玛莎·卡彭特（Martha Stahr Carpenter）的课上对星系动力学产生了兴趣，这后来成为她整个职业生涯的研究方向。而在乔治城大学，她的导师是宇宙大爆炸理论的创始人乔治·伽莫夫（George Gamow）。

▲1965年，薇拉·鲁宾在洛威尔天文台检查观测设备


20世纪60年代末70年代初，鲁宾通过对星系动力学的研究发现了暗物质存在的证据，从而掀起了一场天文学革命。根据目前的观测，宇宙中可见的普通物质只占大约5%，另外有25%左右的暗物质和70%左右的暗能量。


鲁宾的发现彻底改变了我们对宇宙的认识，如果没有暗物质的束缚，银河系也许早已分崩离析，一颗普通行星上也不会诞生可以仰望星空的人类。


2016年12月25日，鲁宾逝世于美国新泽西州普林斯顿，享年88岁。她曾经说过：“在我的生命里，没有什么事情能和每晚注视夜空一样有趣。”现在，一座以她命名的天文台将在未来10年的每个夜晚里注视夜空，继续她未竟的事业。