人類光學的巔峰，這臺32億像素的相機，正在繪制全宇宙的地圖

在這個智能手機動輒宣稱擁有一億像素的時代，我們對高像素似乎已經見怪不怪了。

但如果我告訴你，天文學家和工程師們花費了整整 20 年的時間，耗資近 7 億美元，在南美洲智利海拔 2682 米的帕穹山之巔，建造了一臺擁有 32 億有效像素的超級數(shù)碼相機呢？

你可能會覺得，這不就是造個大一點的單反嗎？

絕非如此。這臺相機不僅體積大到相當于一輛家用 SUV，重量接近 3 噸，而且它是人類有史以來建造的最大、最復雜、的光學儀器，它所屬的觀測設施，被命名為維拉·魯賓天文臺。

在過去，像哈勃或詹姆斯·韋伯這樣的頂級太空望遠鏡，它們的任務是“深情凝視”，死死盯住宇宙中極其微小的一個點，曝光幾十個小時，以看清宇宙極深處的細節(jié)，但維拉·魯賓天文臺的野心截然不同。它的任務是“瘋狂掃射”，它要在整整 10 年的時間里，每隔三四個晚上，就把整個極其廣袤的南半球星空全部拍攝一遍。

它不是在給宇宙拍靜態(tài)的“證件照”，它是在給全宇宙拍攝一部超高清、三維立體的全景大電影。

這臺相機的尺寸大約是 1.65 米 × 3 米，重量達到了驚人的 3000 公斤，它前方的第一塊透鏡直徑高達 1.57 米，這是人類有史以來為了光學儀器制造的最大的高性能透鏡。

它的核心，是極其脆弱的焦平面。

這個焦平面由 189 個極其昂貴的 CCD 傳感器像鋪瓷磚一樣無縫拼接而成，為了保證像素極其完美的平整度，這 189 塊傳感器的表面高低差被嚴格控制在了一根頭發(fā)絲直徑的十分之一以內，一旦有任何微小的形變，哪怕是由于重力引起的微米級彎曲，幾千萬美元的造價就會瞬間打水漂。

在太空中拍星星，最怕的就是“熱噪聲”，相機的電子元件在工作時會發(fā)熱，這種熱量在極度靈敏的傳感器上會變成一片雪花般的噪點，掩蓋住百億光年外極其微弱的星光。

為了消除這種干擾，LSST 相機的整個焦平面被封存在一個巨大的真空低溫恒溫器里，工作溫度常年保持在 零下 100 攝氏度。

如果你想把 LSST 相機拍出的一張全尺寸照片，以原分辨率無損地顯示出來，你需要足足 378 臺 4K 超高清電視機拼成一面巨大的電視墻！

它的解析力恐怖到什么程度？

科學家打過一個比方：如果把這臺相機放在月球上，它能極其清晰地拍到地球表面的一只高爾夫球，如果在地球上，它能在 24 公里外看到漂浮在空氣中的一粒灰塵。

但它真正的威力不在于拍地球，而是它極其夸張的視場，詹姆斯·韋伯望遠鏡看得很遠，但它的視野極小，像是一根吸管看天，而魯賓天文臺的視野大得驚人，它拍下的一張照片，可以覆蓋天空中相當于 40 個滿月大小的面積！

這就意味著，它只需要按幾百次快門，就能把整個南半球的夜空全部掃進硬盤里。

有了這臺終極相機，魯賓天文臺將執(zhí)行一項人類歷史上極其宏大的觀測計劃，空間與時間遺產巡天，在傳統(tǒng)天文學中，星空被認為是極其永恒、靜止的，除了偶爾劃過的流星和幾十年一遇的超新星爆發(fā)，宇宙似乎是一幅掛在墻上的死寂油畫。

但事實完全不是這樣。宇宙其實極其熱鬧，甚至是狂暴的，每天晚上，都有成千上萬的恒星爆炸、黑洞吞噬天體、小行星在瘋狂亂竄。只是由于我們以前的望遠鏡視野太小、拍照太慢，這些轉瞬即逝的事件我們根本抓不住。

這就是魯賓天文臺要顛覆的地方，在未來的 10 年里，這臺巨獸將在每個晴朗的夜晚，瘋狂地搖頭晃腦。相機的快門每 15 秒鐘咔嚓一次，然后極其迅速地轉向下一片天空，它只需 3 到 4 個晚上，就能將整個可觀測的南天區(qū)全部掃描一遍。然后周而復始，長達 10 年。

這意味著人類將首次擁有整個南半球星空長達 10 年的時間序列圖像，你可以把它想象成在看一部宇宙的延時攝影，通過對比今天和三天前的照片，任何移動了位置的、變亮了的、變暗了的，甚至是突然冒出來的不明閃光，都將無所遁形！

天文學家預計，在魯賓天文臺全面開機后，它每天晚上將發(fā)現(xiàn)約 1000 萬個“瞬變事件”，人類對宇宙的認知，將從“靜態(tài)的照片”徹底跨入“動態(tài)的電影”時代。

除了尋找宇宙中轉瞬即逝的煙花，魯賓天文臺還肩負著物理學界最沉重的使命：破解暗物質與暗能量的終極謎團。

在我們的宇宙中，我們能看見的普通物質只占全宇宙總質能的 5%，剩下的 27% 是暗物質，它像看不見的骨架一樣把星系拉扯在一起，而高達 68% 的是暗能量，它像踩在宇宙膨脹油門上的腳，正在瘋狂地把整個宇宙撕裂。

我們看不見它們，該怎么研究？

答案是：引力透鏡，魯賓天文臺在這 10 年里，將拍攝和記錄超過 200 億個遙遠星系的高清圖像，雖然暗物質不發(fā)光，但當這 200 億個星系的光芒穿過宇宙中極其龐大的暗物質網時，暗物質的引力會使這些星系的形狀發(fā)生極其極其微小的扭曲。

魯賓天文臺的 32 億像素，就是為了極其精準地測量這 200 億個星系形狀上那種只有不到百分之一的扭曲形變，通過用超級計算機分析這海量的形狀扭曲，天文學家就能像倒模一樣，極其精確地反向繪制出整個宇宙中暗物質的三維分布圖！

不僅是仰望幾十億光年外的深空，魯賓天文臺還將低頭守望我們極其脆弱的地球家園。

過去的巡天望遠鏡雖然也能找小行星，但由于視野太小，很難在廣袤的夜空中將那些體積小、速度快、且極其暗淡的巖石全部揪出來，但在魯賓天文臺面前，整個太陽系將變得透明，由于它每隔幾天就會把天空掃一遍，小行星只要在天幕上稍微挪動一點位置，就會立刻被 32 億像素的相機捕捉到。

科學家預計，在長達 10 年的觀測中，魯賓天文臺將把太陽系已知小行星的數(shù)量增加 10 到 100 倍，它將發(fā)現(xiàn)大約 500 萬個小行星帶天體，以及極其遙遠、隱藏在太陽系邊緣柯伊伯帶的數(shù)十萬個冰凍天體。

由于這臺望遠鏡實在太強了，強到它引發(fā)了一場讓計算機科學家頭皮發(fā)麻的災難：數(shù)據(jù)海嘯，LSST 相機每晚要拍攝約 1000 張全尺寸高分辨率照片，一晚上產生的數(shù)據(jù)量，高達極其恐怖的 20 TB，在長達 10 年的壽命期內，魯賓天文臺將積累超過 60 PB的極其純凈的原始科學數(shù)據(jù)，這相當于幾千萬部高清電影的容量。

每天晚上，當望遠鏡拍下照片后，智利山頂?shù)臄?shù)據(jù)必須在幾秒鐘內通過其專用的光纜，跨越半個地球傳輸?shù)矫绹某売嬎銠C中心。

面對這種規(guī)模的數(shù)據(jù)，人類的肉眼已經徹底報廢。即使全世界所有的天文學家不吃不喝天天看照片，也看不完它一天產生的數(shù)據(jù)。

所以，魯賓天文臺將極度依賴人工智能，AI 算法將被訓練成了極其不知疲倦的宇宙守夜人，它們將在幾十億個像素點中，瞬間剔除假信號，自動對星系進行分類，自動識別出超新星的類型，甚至能發(fā)現(xiàn)人類物理學從未定義過的全新天體現(xiàn)象。

當它的穹頂在帕穹山之巔緩緩打開，當那巨大的 8.4 米主鏡將第一束遙遠的星光反射進 32 億像素的傳感器時，人類天文學將邁入一個全新的紀元。