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机器人正在加速天文学中最无聊的工作


把光纤插进铝板上的数百个孔里,这是天文学中最奇怪也最单调的工作之一。每天,斯隆数字天空调查(SDSS)的技术人员准备了10个板块,这些板块将在当晚放置在位于智利和新墨西哥的调查望远镜的焦点处。这些黑洞与望远镜观测到的恒星、星系或其他明亮物体的确切位置相匹配。每个物体发出的光直接落在一根光纤上,然后被传送到光谱仪上,光谱仪将光分解成不同的波长,揭示出一些关键的细节,比如物体是由什么组成的,以及它是如何运动的。

现在,20年过去了,SDSS正在变得自动化。在该项目即将进行的第五组调查中,沐鸣国际平台注册也就是所谓的SDSS-V,插板将被500个微型机器人手臂取代,每个手臂都持有光纤尖端,巡逻望远镜焦平面的一小块区域。他们可以在2分钟内重新配置一个新的天空地图。其他的天空调查也在采用快速机器人。它们不仅可以节省宝贵的观测时间,而且可以让观测跟上欧洲的盖亚卫星、即将在智利建成的维拉·鲁宾天文台以及其他需要光谱研究的天体的巨大目录。伦敦大学学院的天文学家理查德·埃利斯说:“这是由大量成像调查科学推动的。”

COVID-19推迟了SDSS的机器人改造。2020年10月,位于新墨西哥州阿帕奇角天文台(Apache Point Observatory)的北极望远镜开始使用插板采集SDSS-V数据。它的目标是到2021年年中改用机器人。智利拉斯坎帕纳斯天文台的南部范围将在今年晚些时候进行观测。卡内基天文台SDSS-V主任Juna Kollmeier说:“这是香蕉,但我们正在看到隧道的尽头。”

这些机器人标志着SDSS的新篇章。10年来,大部分时间用于暗能量的研究,这是一种加速宇宙膨胀的神秘力量。SDSS通过红移(由于宇宙膨胀造成的光的多普勒频移)将数百万个星系的光分开,以确定它们的距离,就像一声渐行渐远的警报器的哀号。2020年7月发布的星系调查结果,以1%的精度追溯了宇宙膨胀的80%,证实了暗能量的影响,这可能是宇宙学中最大的谜团。要想解开这个谜团,就需要回溯到更久远的时候,寻找更暗淡的星系,而这超出了巡天望远镜2.5米望远镜的能力范围。

相反,该望远镜将进行三次新的调查。银河系制图者将收集600万颗恒星的光谱,探测它们的成分,以查明它们燃烧和锻造重元素的时间。“星星都是时钟,”Kollmeier解释道。通过对年龄的估计,天文学家可以计算出银河系部分形成的时间。成分上的细微变化也可以揭示出一组恒星是否起源于另一个星系或已被纳入我们星系的星团——这是银河系历史的延伸,被称为星系考古学。

在第二次调查中,黑洞制图者,光纤将收集来自明亮星系的光,以了解它们所隐藏的超大质量黑洞。这些黑洞周围发光气体的光谱的多普勒偏移可以揭示它们抛掷这些物质的速度,从而揭示它们的重量。光谱的变化可以追踪它们是如何吞噬和吐出这种气体流的。Kollmeier说,通过追踪气体随时间的变化,天文学家可以了解黑洞是如何成长的,似乎是如何与它们的星系相协调。

第三个巡天项目是“局部体积制图者”,沐鸣平台注册登录官网它将像多像素探测器一样把纤维束在一起,从附近星系的星际气体云中获取光谱。“我们正在一次精确地绘制整个星系的细节,”Kollmeier说。通过确定气体云的运动和组成,SDSS团队希望能找出为什么一些气体云会坍缩成恒星,而另一些则不会。

与此同时,SDSS率先开展的暗能量探索将转向暗能量光谱仪,这是一台位于亚利桑那州的4米望远镜上的5000根光纤的机器人光谱仪。它将很快开始追踪宇宙中数千万个星系的距离。

在接下来的几个月里,位于加那利群岛的4.2米长的威廉·赫歇尔望远镜(William Herschel Telescope)将加入到机器人革命中来,它将把光发送到一个1000纤维的光谱仪上,这个光谱仪被称为WHT增强面积速度探测器(WEAVE)。与使用机器人固定纤维不同的是,WEAVE让两个机器人离线工作,将磁性纤维的末端拾取并放置在金属板上——自动化SDSS的板插接器所做的事情。WEAVE的目标之一就是从盖亚绘制的十亿颗恒星中收集多普勒频移,确定它们全部的3D运动。然后,格罗宁根大学的项目科学家斯科特·特雷格说:“我们可以让时钟倒转,看看它们是从哪里来的。”这是银河系考古的另一种方式。

明年,位于智利的欧洲南方天文台(ESO)的4米多目标光谱望远镜将安装另一种机器人技术。它的2400根纤维将通过可控制的“刺”进入望远镜的焦平面,这些“刺”可以移动,就像微风中的麦秆。和WEAVE一样,它也将跟踪欧洲宇宙飞船发现的暗能量源,包括盖亚和欧几里得,这是一项即将到来的暗能量任务。

它和其他纤维光谱仪也将有助于研究快速移动的宇宙事件,杏3沐鸣平台如超新星或产生引力波的剧烈碰撞。鲁宾天文台将会发现其中的许多。从2023年开始,它预计将每晚探测到1000万个快速变化的物体。对于成千上万的需要仔细检查的人来说,“光谱对于理解一个来源是什么真的是至关重要的,”西雅图华盛顿大学的Eric Bellm说,他是Rubin警报流的科学领导。

甚至一些世界上最大的望远镜,在8米的范围内,也添加了机器人摄谱仪。日本的斯巴鲁(Subaru)和ESO的甚大望远镜(Very Large Telescope)都在开发一种系统,该系统将从微弱、遥远的物体中吸收光谱。埃利斯说,一个纤维光谱仪结合斯巴鲁8.2米的镜子将能够挑选出仙女座星系中个别恒星的光谱,仙女座星系是银河系附近的孪生星系。“有了一个大望远镜,我们就可以在我们最近的邻居进行银河系考古,”他说。