“第九行星”藏不住了？史上最大相机如何破解宇宙暗物质密码？

【导语】6月23日，坐落于智利安第斯山脉之巅的维拉·C·鲁宾天文台正式发布了其首批宇宙图像，标志着人类探索宇宙的全新时代到来。这台被誉为“史上最强数码相机”的设备，将启动长达十年的宇宙巡天任务，为我们呈现一部前所未有的“宇宙纪录大片”。从太阳系内的微小变化到遥远星系的壮丽景象，鲁宾天文台将首次揭示宇宙的“时间维度”，带领我们进入一个动态的星空时代。

这张图片展示了、鲁宾天文台拍摄的室女座星系团完整视场中的另一小块区域。图中可以看到：两个显著的旋涡星系（位于右下角）、三个正在合并的星系（位于右上角）、几群遥远的星系，以及我们银河系中的许多恒星等许多有趣的天体。

如果说哈勃望远镜是人类窥探宇宙的“单筒望远镜”，那么在6月23日，这部“电影机”级别的观天巨眼终于启动了：坐落于智利安第斯山脉之巅的维拉·C·鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory）正式发布了它的第一批宇宙图像。
这台被誉为“史上最强数码相机”的设备，即将启动其长达十年的宇宙巡天任务，准备为我们呈现一部前所未有的“宇宙纪录大片”。

一部连播十年的宇宙大片

传统望远镜拍的照片就像老式的相册，是静态的、瞬时的。但鲁宾天文台不同，它(tā)可(kě)以(yǐ)每(měi)三(sān)天(tiān)扫(sǎo)一(yī)次(cì)南(nán)半(bàn)球(qiú)的(de)夜(yè)空(kōng)，连(lián)续(xù)十(shí)年(nián)不(bù)间(jiān)断(duàn)拍(pāi)摄(shè)，记(jì)录(lù)下(xià)宇(yǔ)宙(zhòu)的(de)“时(shí)间(jiān)流(liú)动(dòng)”，这(zhè)也(yě)是(shì)鲁宾天文台的核心使命“时空遗产巡天”（Legacy Survey of Space and Time, LSST），将在今年下半年启动。

Vera Rubin 相机由美国能源部的 SLAC 国家加速器实验室制造，它的像素高达32亿（是iPhone 16 Pro摄像头的67倍），而要完整展示它拍摄的一张照片，则需要用400块超高清电视屏幕拼接起来才能实现。

简单来说，鲁宾天文台就像用一台超级摄像机，以极高的帧率，连续不断地为宇宙拍摄一部超高清延时电影。

而这部“电影”的主角，是宇宙中一切正在发生变化的事物。从太阳系内悄然掠过的小行星，到银河系中亮度忽明忽暗的脉动变星，再到遥远宇宙中恒星生命终结时那璀璨的超新星爆发。这部电影的意义，在于它将首次揭示宇宙的“时间维度”。

这张图片在短短七个多小时由拍摄的678张独立图像合成。通过这种图像合并的方式，可以清晰地揭示出那些原本暗淡或不可见的细节，例如构成三叶星云（位于右上方）和礁湖星云（位于下方中部）的气体和尘埃云，而这两个星云距离地球有数千光年之遥。

此次发布的测试图像，仅仅是天文台测试阶段10小时观测的成果，但已经让我们窥见了这部大片的冰山一角。

其中一张照片，如同一场粉色与蓝色交织的宇宙盛宴，将数千光年外的恒星“育儿所”——三叶星云和礁湖星云的梦幻景象尽收眼底。值得一提的是，这张照片实际上由678张独立的照片叠加而成，它们是鲁宾天文台是在7个多小时拍摄的。这种处理方式，让那些原本淹没在背(bèi)景(jǐng)噪(zào)声中的、极其暗淡的气体和尘埃云显现出来，以前所未有的细节揭示了恒星诞生的复杂过程。

鲁宾天文台图像标注版，展示了其首张照片捕捉到的一千万个星系中的部分星系。

而另一张照片则更加震撼，它一次性捕捉了室女座星系团及其周边的约一千万个星系，展示了鲁宾天文台无与伦比的“广角”能力。不过，这还仅仅是它单次曝光视场的一小部分，未来十年，它将拍摄到约200亿个星系和约400亿个天体，人类历史上第一次，我们观测到的天体数量将超过地球上的人口总数。

鲁宾科学平台使用界面的一个可视化展示，背景图像为玫瑰星云。

鲁宾天文台不仅能拍得清还拍得快，比很多同类望远镜快10到100倍。天文台的望远镜和穹顶能够快速重新定位，使其每晚能拍摄约1000张图像，每张曝光约30秒，间隔仅数秒。每晚产生的数据量高达20T，并将触(chù)发(fā)多(duō)达(dá)1000万(wàn)次(cì)关于(yú)天(tiān)体(tǐ)变(biàn)化(huà)的(de)实(shí)时(shí)警(jǐng)报(bào)，分(fēn)发(fā)给(gěi)全世(shì)界(jiè)的(de)科(kē)学(xué)家(jiā)。我(wǒ)们(men)正(zhèng)进(jìn)入(rù)“天(tiān)文电(diàn)影(yǐng)学(xué)”时(shí)代(dài)，用(yòng)一(yī)种(zhǒng)全新(xīn)的(de)视(shì)角探索宇宙。

站在巨人肩膀上的“观天巨眼”

要制作如此宏大的宇宙电影，需要的不仅仅是决心，更是一代代技术积累的结晶，以及一个完美的舞台。

鲁宾天文台的西蒙尼巡天望远镜正在为穹顶内的校准工作做准备。科学家们利用左侧的白色屏幕和一个均匀光源，来测量LSST相机32亿像素之间的响应差异。这些差异源于探测器制造过程中的固有偏差，而非我们从太空中收集到的光线本身的变化。科学家们将利用通过这块屏幕收集到的校准信息，来分辨这些制造偏差在最终科学数据中造成的影响。

鲁宾天文台的成功并非凭空而来，它站在了巨人的肩膀上。从开启现代大规模巡天时代的斯隆数字巡天（SDSS），到作为其“探路先锋”的暗能量相机（DECam），再到太空中的银河测绘师盖亚（Gaia）探测器，人类制造的“巨眼”像素越来越高，视野越来越广。每一次升级，都(dōu)代(dài)表(biǎo)着(zhe)我(wǒ)们(men)观(guān)测(cè)宇(yǔ)宙(zhòu)的(de)范(fàn)式(shì)转(zhuǎn)变(biàn)——从(cóng)静(jìng)态(tài)的(de)“拍(pāi)照(zhào)存(cún)档(dàng)”，迈(mài)向(xiàng)动(dòng)态(tài)的(de)“实(shí)时(shí)监(jiān)控(kòng)”。

位(wèi)于(yú)智(zhì)利(lì)安(ān)第(dì)斯(sī)山(shān)脉(mài)的(de)帕(pà)穹山之巅的鲁宾天文台

而要实现这终极一步，除了拥有32亿像素的史上最大相机，还需要一个完美的舞台。鲁宾天文台选址于智利安第斯山脉的帕穹山之巅，这里海拔近2700米，拥有天文学家梦寐以求的条件：海拔高、空气干燥、远离城镇光污染。

干燥的空气能最大限度地减少水汽对星光的吸收和扰动，而极致的黑暗则是捕捉来自宇宙亿万光年外微弱光子的前提。为了维护这份“神圣的黑暗”，天文台有着近乎严苛的规定：夜间上下山的车辆禁止使用远光灯，工程团队会像“捉鬼”一样清除穹顶内外任何一个多余的LED灯或其他杂散光源。因为对于鲁宾天文台而言，来自宇宙深处的星光，就足够了。

从寻找“第九行星”到保卫地球家园

长曝光镜头下，智利帕穹山之巅，鲁宾天文台静静矗立，背后是斗转星移绘就的璀璨星轨。

这部宇宙大片将首先为我们解答家门口的谜题。一个萦绕天文学家心头的疑问是：太阳系是否存在遥远的“第九大行星”？科学家们相信，如果它真的存在，鲁宾天文台将在第一年内就找到它的踪迹。

同时，它也是地球的“哨兵”，通过高效扫描，它在前两年发现的小行星数量就可能超过过去200年的总和，将那些潜在的“杀手小行星”纳入监控。

如果视线再放远一些，鲁宾天文台将把我们对银河系的认知边界从16万光年推至惊人的120万光年，清晰描绘出银河系吞噬其他星系后留下的“星辰墓地”，并找到那些暗淡的、幸存的卫星星系。

宇宙由三个组成部分组成：正常或可见物质 （5%）、暗物质 （27%） 和暗能量 （68%）。（图片来源：NASA）

更进一步，鲁宾天文台将直面现代物理学的两大终极谜题：暗物质与暗能量。这两种神秘的存在占据了宇宙的95%，却几乎隐形。鲁宾将通过捕捉暗物质造成的微弱引力透镜效应，并利用无数超新星作为“标准烛光”来精确丈量宇宙，绘制出它们的分布图。

然而，这部电影最激动人心的，或许是那些我们完全意(yì)想(xiǎng)不(bù)到(dào)的(de)“剧(jù)情(qíng)”。鲁(lǔ)宾(bīn)天(tiān)文台(tái)对(duì)瞬(shùn)变(biàn)天(tiān)体(tǐ)的(de)捕(bǔ)捉(zhuō)能(néng)力(lì)有(yǒu)可(kě)能(néng)向(xiàng)我(wǒ)们(men)展(zhǎn)示(shì)一(yī)些(xiē)我(wǒ)们(men)以(yǐ)前(qián)从(cóng)未(wèi)想(xiǎng)过(guò)的(de)东(dōng)西(xi)。

最后一句话总结：

如果某个天体移动或发生变化，鲁宾一定能看到它，并告诉全世界。未来十年，这位“宇宙摄影师”将带我们进入一个动态的星空时代。还等什么？宇宙电影，已经开拍了！（杨雨鑫）

参考资料：

https://www.space.com/astronomy/vera-c-rubin-observatory-reveals-1st-stunning-images-of-the-cosmos-scientists-are-beyond-excited-about-whats-coming

https://skyviewer.app/

https://www.cnn.com/2025/06/23/science/vera-rubin-observatory-first-images

https://www.newscientist.com/article/2485201-stunning-first-images-show-the-power-of-the-vera-c-rubin-observatory/
https://www.bbc.com/news/articles/cj3rmjjgx6xo

审核：北京天文馆研究馆员 李昕