Brookhaven Lab的LSST項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的成員將看到一個(gè)原型筏低溫恒溫器。除木筏外，布魯克海文的科學(xué)家還設(shè)計(jì)并制造了低溫恒溫器，可將木筏固定并冷卻至-100攝氏度。圖片來源：布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室

經(jīng)過16年的專門規(guī)劃和工程，美國能源部（DOE）布魯克黑文國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家已經(jīng)完成了用于相機(jī)的3.2萬像素傳感器陣列，該陣列將用于大型天氣觀測望遠(yuǎn)鏡（LSST），這是一種大型望遠(yuǎn)鏡，將以前所未有的方式觀察宇宙。

Brookhaven Lab儀器儀表部門的資深科學(xué)家Paul O'Connor表示：“這是有史以來最大的電荷耦合器件（CCD）陣列�！� “這是30億像素。沒有望遠(yuǎn)鏡能將這么多的傳感器集成到一臺(tái)相機(jī)中�！�

數(shù)字傳感器陣列由大約200個(gè)16兆像素傳感器組成，分為21個(gè)稱為“筏”的模塊。每個(gè)木筏都可以單獨(dú)發(fā)揮作用，但結(jié)合起來后，它們將在單個(gè)圖像中看到可容納40多個(gè)滿月的天空區(qū)域。研究人員將這些圖像拼接在一起，以制作一部從智利可以進(jìn)入的完整可見宇宙的延時(shí)電影。

LSST目前正在智利的一個(gè)山頂上建造，其設(shè)計(jì)目的是捕獲迄今為止所能獲得的最完整的宇宙圖像。建造望遠(yuǎn)鏡設(shè)施和相機(jī)的項(xiàng)目是來自全球30多個(gè)機(jī)構(gòu)的合作，主要由美國能源部科學(xué)辦公室和國家科學(xué)基金會(huì)資助。美國能源部的SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室正在領(lǐng)導(dǎo)制造相機(jī)的工作，該相機(jī)是世界上最大的天文學(xué)相機(jī)，而布魯克海文則領(lǐng)導(dǎo)了數(shù)字傳感器陣列（相機(jī)的“數(shù)字膠片”）的設(shè)計(jì)，建造和鑒定。

Brookhaven Lab的LSST項(xiàng)目的科學(xué)筏子系統(tǒng)經(jīng)理Bill Wahl說：“這是相機(jī)的核心�！� “我們在布魯克黑文市所做的工作代表了許多有才華的科學(xué)家，工程師和技術(shù)人員多年的出色工作。他們的工作將產(chǎn)生一系列前所未有的圖像。這對于該項(xiàng)目和為了實(shí)驗(yàn)室�！�

Brookhaven于2003年開始其LSST研究與開發(fā)計(jì)劃，并于2014年開始建造數(shù)字傳感器陣列。在建造之前，Brookhaven為Brookhaven和SLAC所用的科學(xué)筏設(shè)計(jì)和組裝了組裝和測試設(shè)備。實(shí)驗(yàn)室還創(chuàng)建了一個(gè)完整的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)施和潔凈室，以及生產(chǎn)和跟蹤軟件。

奧康納說：“我們確保盡可能多地自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備�！� “測試一個(gè)木筏可能要花三天的時(shí)間。我們的時(shí)間安排很緊，所以我們的自動(dòng)化設(shè)施全天候運(yùn)行24/7。當(dāng)然，出于安全考慮，我們總是有人在整個(gè)過程中對設(shè)施進(jìn)行監(jiān)視日夜。”

構(gòu)造復(fù)雜的傳感器陣列本身是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，該陣列在真空中運(yùn)行并且必須冷卻至-100攝氏度。但是Brookhaven團(tuán)隊(duì)還承擔(dān)了測試每個(gè)完全組裝好的筏以及單個(gè)傳感器和電子設(shè)備的任務(wù)。每個(gè)木筏完成后，需要在保護(hù)環(huán)境中仔細(xì)包裝，以安全地運(yùn)送到全國各地的SLAC。

SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室安裝了布魯克海文的21條筏中的第一條，這些筏組成了LSST的數(shù)字傳感器陣列。圖片來源：SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室。

Brookhaven的LSST團(tuán)隊(duì)于2017年完成了第一艘木筏。但不久之后，他們面臨了新的挑戰(zhàn)。

奧康納說：“我們后來發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)特征無意間導(dǎo)致了木筏中的電線短路�！� “這種影響影響木筏的比率僅為0.2％左右，但是為了避免任何退化的可能性，我們經(jīng)歷了幾乎每艘木筏都需要重新安裝的麻煩。”

現(xiàn)在，僅在筏生產(chǎn)開始兩年后，該團(tuán)隊(duì)就成功地將最終的筏建造并交付給SLAC，以便集成到攝像機(jī)中。這標(biāo)志著布魯克海文（Brookhaven）一項(xiàng)為期16年的項(xiàng)目的結(jié)束，隨后將進(jìn)行多年的天文觀測。

為LSST項(xiàng)目招募到Brookhaven的許多才華橫溢的團(tuán)隊(duì)成員都是剛從研究生院聘用的年輕工程師和技術(shù)人員�，F(xiàn)在，他們已全部分配到實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行的物理項(xiàng)目中，例如將相對論重離子對撞機(jī)（美國能源部核物理研究科學(xué)辦公室）的PHENIX檢測器升級為sPHENIX，以及與CERN大型強(qiáng)子對撞機(jī)的ATLAS探測器。Brookhaven是ATLAS合作的美國宿主實(shí)驗(yàn)室

Wahl說：“布魯克海文在LSST相機(jī)項(xiàng)目中的作用為電光學(xué)的工程師，技術(shù)人員和科學(xué)家提供了新的令人振奮的機(jī)會(huì)，因?yàn)楸仨殱M足非�？量痰囊�(guī)格�！� “我們組成的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)方面做得非常出色，我為我們在一起的時(shí)間感到自豪。看著初級工程師和科學(xué)家成長為非常有能力的團(tuán)隊(duì)成員是非常有益的。”

Brookhaven實(shí)驗(yàn)室將繼續(xù)在LSST中扮演重要角色。在望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入調(diào)試階段時(shí)，布魯克海文的科學(xué)家將擔(dān)任照相機(jī)中數(shù)字傳感器陣列的專家。他們還將在預(yù)計(jì)于2022年開始的LSST運(yùn)營期間提供支持。

布魯克海文物理學(xué)家安德烈·諾梅洛茨基（Andrei Nomerotski）說：“如此復(fù)雜的攝像機(jī)的調(diào)試將是令人興奮且充滿挑戰(zhàn)的工作，”他領(lǐng)導(dǎo)布魯克海文為LSST項(xiàng)目的調(diào)試和運(yùn)營階段做出了貢獻(xiàn)�！敖�(jīng)過多年使用人工信號源進(jìn)行傳感器表征，我們期待在LSST CCD中看到真實(shí)的恒星和星系。”

一旦在安第斯山脈中運(yùn)行，LSST將幾乎服務(wù)于天體物理學(xué)界的每個(gè)子集。也許最重要的是，LSST將使科學(xué)家能夠研究暗能量和暗物質(zhì)，這是困擾物理學(xué)家數(shù)十年的兩個(gè)難題。據(jù)估計(jì)，除了提供有關(guān)銀河系形成的新信息外，LSST還將在我們的太陽系中找到數(shù)百萬顆小行星。由LSST捕獲的圖像將立即提供給美國和智利的物理學(xué)家和天文學(xué)家使用，這使LSST成為有史以來最先進(jìn)且可訪問的宇宙學(xué)實(shí)驗(yàn)之一。隨著時(shí)間的流逝，這些數(shù)據(jù)將向全世界的公眾開放。