鲁宾天文台开启新时代

AI科技 2025年07月12日 18:11 1 admin

从伽利略在1609年使用望远镜观测夜空开始，四百多年来，望远镜改变了人类看待宇宙的方式和对自身所处位置的认识，成为天文学家手中的强大工具。为了获得对宇宙更加全面的了解，天文学家正在一方面把诸如詹姆斯·韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope）、欧几里得望远镜（Euclid）这样的天基望远镜送入太空，另一方面在地面上建设观测能力不断跃升的地基望远镜。

位于智利塞罗·帕雄山（Cerro Pachon）山顶的薇拉·鲁宾天文台。（图片来源：鲁宾天文台官网）

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。这座位于智利的天文台以著名天文学家、暗物质研究先驱薇拉·鲁宾（Vera Rubin）的名字命名。天文学家期待在未来的10年里，鲁宾天文台能够凭借有史以来最强大的观测能力，在从遥远的恒星和星系到呼啸穿过太阳系的小行星等诸多领域中为他们提供海量数据，从而描绘出一个我们未曾窥见过的宇宙。

首秀开启十年之旅

鲁宾天文台此次发布的观测图像来自为期10个小时的测试观测。而就在这短短的10个小时里，这座天文台就展示出史无前例的观测能力，它在捕捉星系、恒星和小行星等各类目标上的表现都令天文学界感到惊讶，以精彩的首秀开启了为期10年的观测。

其中一张图片展示了我们熟悉的三叶星云和礁湖星云。三叶星云距离地球约为5000光年，在图中呈现为被蓝色包围的粉色球状区域，那是一个位于银河系中的恒星形成区域，周围围绕着数千颗年轻的恒星。而位于图片中心的大片粉色区域则是距离地球同样约为5000光年的礁湖星云，其中充满了大量的星际气体和尘埃。天文学家使用鲁宾天文台在7小时里拍摄的678张照片合成了这张图片。

另外一张图片展示了距离地球约为5500万光年的室女星系团的特写。这张图片由在7个晚上完成的1185次曝光所合成，包含超过1000万个星系。虽然其中一些最明亮的星系通过普通望远镜就能看到，但是鲁宾天文台拍摄的图片却能展示非常丰富的细节。在未来的10年里，鲁宾天文台将拍摄200亿个星系，这张图片所包含的星系只占其中的0.05%。

鲁宾天文台拍摄到的星系团照片。（图片来源：鲁宾天文台官网）

而在包含星系和恒星的绚丽图片之外，鲁宾天文台在太阳系研究中同样能大展身手。建设鲁宾天文台的主要目的并不是探测太阳系内的天体，但是它所具备的长时、快速扫描大范围天空的能力使它非常适用于进行小行星探测，天文学家可以通过扫描同一区域的天空并留意移动的目标来识别小行星。

在测试观测中，鲁宾天文台发现了太阳系内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。截至目前，天文学家发现了超过100万颗小行星。这些小天体虽然看起来微不足道，但是它们可能给出太阳系形成、行星演化和生命起源等一系列重大问题的答案。同时，小行星还具有开采矿产的巨大潜力，也可能对地球安全构成重大威胁，因此近年来成为天文学研究的热点。但是，暗淡的小行星却对天文学家的观测能力提出了挑战。

目前天文学家每年会发现约2万颗新的小行星，而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这个数量的十分之一。根据估计，鲁宾天文台将在10年的正式观测期内发现大约500万颗小行星，这是我们累积几个世纪所观测到的小行星数量的5倍。

美国华盛顿大学西雅图分校天文学家、鲁宾天文台建设主任泽利科·伊韦齐奇（?eljko Ivezi?）在天文台官网上表示：“发布首批观测图像标志着鲁宾天文台一个非凡的里程碑。它代表了一个全球团队在大约20年时间里的奉献、创新和协作的顶峰。随着施工完成，我们正在把目光完全转向天空——不只为了拍摄图像，还为了开启一个发现的全新时代。”

史上最强数码相机

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，选址于智利的塞罗帕雄山（Cerro Pachon）山顶。那里海拔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 LargeTelescope）等光学望远镜坐落在那里。

从提出设想到完成测试观测，鲁宾天文台这个雄心勃勃的项目历时二十多年时间，耗资达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。这台相机由美国斯坦福线性加速器中心（SLAC）的团队设计和制造，重约2.8吨，大小相当于一辆小汽车。

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。凭借这样强大的观测能力，鲁宾天文台在正式观测的第一年里获得的数据就将超过史上所有其他光学望远镜观测数据的总和。

从2025年下半年开始，鲁宾天文台将开启为期10年的正式观测。在此期间，它每天获得大约20TB的数据，最终积累约500PB的数据量，其中包含数万亿次测量。这些数据将帮助天文学家对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多个领域进行深入研究。

探测暗物质是鲁宾天文台的核心任务，因此以暗物质研究先驱薇拉·鲁宾的名字命名也在情理之中。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，后来这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（GeorgeGamow）。

暗物质这个概念最早并非由鲁宾提出。早在20世纪30年代，瑞士天文学家弗里茨·兹威基（Fritz Zwicky）在对后发星系团进行研究时，提出存在一种不可见的物质把星系团束缚在一起，使得星系团没有因为星系移动速度太快而分崩离析，他把这种不可见的物质称作暗物质。但在当时，天文学界完全忽略了兹威基的观点。到了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关键证据，由此掀起了一场天文学革命。

根据目前的理论，宇宙中可见的普通物质只占大约5%，我们对其余的95%所知甚少，推测可能有25%左右的暗物质和70%左右的暗能量。因此，探索暗物质和暗能量对我们了解宇宙的全貌至关重要。在这个过程中，鲁宾天文台将会发挥关键的作用，它有望通过绘制宇宙中的星系地图来追踪暗物质的踪迹，从而揭开暗物质的神秘面纱，并揭示推动宇宙加速膨胀的暗能量的真实面目。

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。她在接受《发现》（Discover）杂志的采访时曾经说过：“名望转瞬即逝。对我来说，我的数字比我的名字更重要。如果天文学家在接下来的一些年里继续使用我的数据，那就是对我最大的褒奖。”现在，天文学家当然记着鲁宾的名字，还以她的名字命名了一座全新的天文台，继续走在由她开启的探索之路上。而这座天文台获得的数据，也将在未来数十年中持续推动天文学的发展。

南方周末特约撰稿鞠强

责编朱力远