世上最大的世上上捕素图数码相机传感器在SLAC上捕获了最初的3200兆像素图像

2022-01-27 18:56:00步文妍导读能源部SLAC加速器实验室的工作人员已经拍摄了第一批3200万像素的数码照片，这是最大兆像单次拍摄的最大照片，其图像传感器阵列非常丰富，码相它们将成为

能源部SLAC加速器实验室的机传工作人员已经拍摄了第一批3200万像素的数码照片，这是感器单次拍摄的最大照片，其图像传感器阵列非常丰富，获最它们将成为未来Vera C相机的世上上捕素图核心和灵魂鲁宾天文台图像是如此之大，以至于需要378个4K超高清电视屏幕来显示其中的最大兆像一个完整尺寸，并且其分辨率是码相如此之高，以至于您可以在15英里外看到一个高尔夫球。机传这些和其他特性将很快推动空前的感器天体物理学研究。

接下来，获最传感器阵列将被集成到目前正在SLAC建造的世上上捕素图世界上最大的数码相机中。一旦安装在智利的最大兆像鲁宾天文台，该摄像机将产生整个南部天空的码相全景图像-10年中每隔几个晚上拍摄一次全景图。它的数据将被输入到鲁宾天文台的时空传统调查(LSST)中。该目录包含了比地球上有生命的人更多的星系，以及无数的天体物理物体的运动。该天文台将使用LSST相机拍摄有史以来最大的天文电影，并向人们揭示宇宙中一些最大的谜团，包括暗物质和暗能量。

用传感器拍摄的第一批图像是对相机焦平面的测试，该焦平面的组装于一月份在SLAC举行。

DOE劳伦斯·利弗莫尔实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的LSST相机项目经理Vincent Riot说：“这对我们来说是一个巨大的里程碑。“焦平面将为LSST产生图像，因此它是鲁宾天文台的能力和敏感的眼睛。”

SLAC天文台台长史蒂文·卡恩(Steven Kahn)表示：“这项成就是整个鲁宾天文台项目中最重要的成就。LSST相机焦平面的完成和成功的测试是相机团队的巨大胜利，这将使鲁宾提供下一代天文科学的天文台。”

最佳科学的技术奇迹

在某种程度上，焦平面类似于数字消费相机或手机中的相机的成像传感器：它捕获从物体发射或反射的光，并将其转换为用于产生数字图像的电信号。 。但是LSST相机的焦平面要复杂得多。实际上，它包含189个单独的传感器或电荷耦合器件(CCD)，每个传感器将16兆像素带到桌面上-与大多数现代数码相机的成像传感器数量大致相同。

9套CCD及其支持的电子设备在能源部布鲁克海文实验室组装成方形单元，称为“科学筏”，并运至SLAC。在那里，摄影队将其中的21根，加上另外四个未用于成像的特种木筏插入到将它们固定在适当位置的网格中。

焦平面具有某些真正的非凡特性。它不仅包含多达32亿个像素，而且其像素也非常小(约10微米宽)，并且焦平面本身非常平坦，其变化幅度不超过人类头发的十分之一。这使相机可以产生非常高分辨率的清晰图像。与全画幅消费相机的1.4英寸宽的成像传感器相比，焦平面的宽度超过2英尺，非常大，并且足够大，可以捕获约40个满月大小的天空。最终，整个望远镜的设计方式是，成像传感器将能够发现比肉眼可见的物体暗1亿倍的物体-这种灵敏度使您可以看到数千英里外的蜡烛。

加州大学圣克鲁斯分校的LSST相机项目科学家Steven Ritz说：“这些规格真是惊人。” “这些独特的功能将使鲁宾天文台的雄心勃勃的科学计划成为可能。”

未来10年，相机将收集约200亿个星系的图像。里兹说：“这些数据将提高我们对银河系如何随着时间演变的知识，并使我们比以往任何时候都能更深入，更准确地测试我们的暗物质和暗能量模型。” “天文台将是广泛科学领域的绝妙设施，从对太阳系的详细研究到对可见宇宙边缘的遥远天体的研究。”

高风险的组装过程

焦点飞机的完成于今年早些时候结束，SLAC机组人员花了六个月的时间才能将25个木筏插入网格的狭窄狭槽中。为了最大化成像面积，相邻筏上的传感器之间的间隙应小于五根人类头发宽。由于成像传感器相互接触时很容易破裂，因此整个操作非常棘手。

筏子也很昂贵，每个筏子高达300万美元。

负责传感器集成一线工作的SLAC机械工程师Hannah Pollek说：“高风险和严格的公差相结合，使该项目非常具有挑战性。但是，在一支多才多艺的团队的带领下，我们几乎钉住了它。”

团队成员花了一年的时间来准备筏的安装，方法是安装许多未进入最终焦平面的“实践”筏。这样一来，他们便可以使用SLAC的首席机械工程师Travis Lange开发的专用龙门架，完美地完成将2英尺高，20磅重的木筏拉入网格的过程。

SLAC LSST摄像机集成和测试团队的负责人Tim Bond说：“单个摄像机组件的庞大规模令人印象深刻，工作团队的规模也令人印象深刻。经过精心设计的团队才能完成焦平面组件，而且从事该组件的每个人都绝对要面对挑战。”

拍摄前3200万像素的图像

焦平面已放置在低温恒温器内部，传感器在此处冷却至所需的工作温度为负华氏150度。由于大流行而导致几个月无法进入实验室后，摄像头小组在5月恢复了工作，但工作量有限且遵循严格的社交距离要求。目前正在进行广泛的测试，以确保焦平面满足支持鲁宾天文台科学计划所需的技术要求。

这些测试之一是拍摄各种物体的前3200万像素图像，其中包括因其非常详细的表面结构而被选中的Romanesco。为了在没有完整组装的相机的情况下做到这一点，SLAC团队使用了150微米的针孔将图像投影到焦平面上。这些照片可以在线以全分辨率浏览(发布底部的链接)，显示了成像传感器捕获的非凡细节。

SLAC负责LSST相机组装和测试的科学家Aaron Roodman说：“拍摄这些图像是一项重大成就。” “有了严格的规格，我们确实突破了利用焦平面每平方毫米的可能性的极限，并最大限度地利用了我们可以做的科学。

摄影队在家中

随着团队完成相机的组装，未来的工作将更具挑战性。

在接下来的几个月中，他们将把低温恒温器和焦平面插入相机机身，并添加相机镜头，包括世界上最大的光学镜头，快门和滤镜更换系统，用于研究不同颜色的夜空。到2021年中期，这款SUV尺寸的相机将准备开始最终测试，然后再开始前往智利。

SLAC首席研究官兼基础物理学副实验室主任JoAnne Hewett说：“相机的接近完成非常令人兴奋，我们为在建立Rubin天文台的这一关键组件中扮演如此重要的角色而感到自豪。“这是一个里程碑，使我们朝着以前所未有的方式探索有关宇宙的基本问题迈出了一大步。”