來源 | “原理”微信公眾號（id：principia1687）
撰文 | 不二北斗
銀河系是如何形成的？暗能量和暗物質的本質是什麼？如果我們全面盤點太陽系，會發現什麼？如果我們連續10年觀測夜空中無數的變化，又會學到什麼？
這些問題是薇拉·魯賓天文臺（Vera C. Rubin Observatory）將要探索的眾多問題中的一部分。薇拉·魯賓，這個名字對那些關注暗物質的人來說並不陌生。正是她的工作為暗物質的存在提供了令人信服的證據。這臺以她命名的天文臺位於智利帕穹山伊爾佩恩峰，它將每晚持續系統性地掃描天空，監測所有會發生變化的天體——比如可能威脅地球的小行星，爆炸中的恆星，以及突然變亮的星系核心等。它將用10年時間拍攝夜空的延時電影，記錄宇宙中的一切動態變化。
現在，它剛剛釋出了首批影像，展示了前所未有規模的宇宙現象。
宇宙的寶箱
這段由1100多張照片製作而成的動畫，呈現了薇拉·魯賓天文臺所拍攝的璀璨宇宙。畫面從兩個星系的特寫開始：左側是一個古老而寂靜的星系，右側則是一個明亮的、閃耀著新生恆星光芒的風車星系。
隨著視野逐漸拉遠，展現出更多形狀各異、大小不一、色彩斑斕的星系。繼續放大，我們看到一個星辰與星系密佈的宇宙景象。畫面呈現的是薇拉·魯賓天文臺拍攝的室女星系團，視野範圍達14平方度。室女星系團是一個距地球約5500萬光年的龐大星系集合。這個超廣檢視中包含了約1000萬個星系，而這僅僅佔薇拉·魯賓天文臺在其為期十年的“時空遺珍巡天”（LSST）中預計拍攝的約200億個星系的0.05%。
隨後，畫面聚焦於影像中最大的星系——梅西葉49，然後緩緩移動至一個活動頻繁的區域：那裡不僅有一個星系三重併合事件，還有兩個大型旋渦星系以及一個稠密星系團，它們散佈在恆星與遙遠星系交織的背景中。
薇拉·魯賓天文臺僅在7個夜晚內完成了動畫中所有觀測資料的採集，是唯一能夠以如此速度、在如此寬廣的視野中呈現出如此豐富色彩與細節的裝置。動畫中所呈現的影像由薇拉·魯賓天文臺用世界最大數碼相機——32億畫素的LSST相機拍攝而成。
紛飛的星石
這段影片展示了薇拉·魯賓天文臺首次以前所未有的規模，即時捕捉繞太陽執行的小天體的動態。這部“宇宙電影”的首批畫面（共1185幀）呈現了大量小行星在靜止背景的恆星與星系之間穿行的景象。
起初，我們以清晰的細節看到幾個小行星，接著數量迅速增加，最終展示出的畫面是薇拉·魯賓天文臺探測到的數千顆全新的太空岩石。最後，畫面回到這些天體所處的狹小天空區域，提醒我們——這不過是宏大探索的開端。
在這次成果中，薇拉·魯賓天文臺共發現2104顆全新的太陽系小行星，其中包括：
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7顆近地天體
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11顆木星-特洛伊族小行星
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9顆海王星外天體
此外，它還重新探測到了約1800個已知天體（未包含於影片中），使總探測數量接近4000顆。換句話說，此次觀測中的多數天體都是首次發現！
在短短7晚內，薇拉·魯賓天文臺便發現了2104顆此前從未見過的小行星，而目前全球每年才發現約2萬顆小行星。這種效率，將使我們對太陽系中的移動天體掌握得更全面、更及時。
在未來1~2年內，魯賓預計將新增數百萬顆小行星，遠超我們目前已知的約145萬顆。對於潛在威脅地球的天體，魯賓也將提供史上最及時的預警系統，並將是我們尋找星際訪客（如奧陌陌）的最佳利器。隨著每天觀測的積累，在接下來的十年裡，這些在夜間發現的太陽系小天體數量將擴充套件至現有的近4倍。
星辰的韻律
在這段影片中，薇拉·魯賓首次展示了46顆天琴RR型變星——這類恆星以穩定的週期性脈動而聞名。影片首先聚焦三顆變星，展示它們亮度的微妙變化，隨後畫面拉遠至室女星系團南部區域，在那裡，更多其他變星的光芒得以顯現。儘管這些恆星是在室女星系團方向觀測到的，但它們實際上位於銀河系內部。
在未來10年裡，薇拉·魯賓天文臺預計將探測多達10萬顆這樣的變星，它們的分佈範圍可達百萬光年。這將幫助天文學家繪製出銀河系邊緣乃至銀暈。
雖然乍看之下，天琴RR型變星的外表並不華麗，但它們卻是測量銀河磁星系的尺度和形狀的“標準燭光”。由於這些變星的亮度與脈動週期之間關係明確，科學家可以藉助它們進行精準的距離測量，它們就像是豎立於太空中的一個個“路標”。
相比其他望遠鏡，薇拉·魯賓天文臺擁有獨一無二的優勢：能在大範圍視野內同步捕捉數以百計的微弱變星脈動，而且可以追蹤至極遠的銀河系邊緣。每顆變星將獲得近千次觀測資料，為變星研究帶來史無前例的樣本規模和時間精度。藉助這些資料，我們將更清晰地勾勒出銀河系的真實形狀與結構，開啟對銀河結構的全新探索。
雙星雲之境
在這段影片中，薇拉·魯賓天文臺僅用7個多小時就完成了678次曝光，呈現了包含三葉星雲（上方）與礁湖星雲所在區域的細節。
三葉星雲（Messier 20）位於人馬座，距地球約5000光年，是夜空中最引人注目的天體之一。它融合了三種不同的星雲特徵：一個發光的粉紅色發射星雲，一個寒冷的藍色反射星雲，以及將它分裂成三個區域的暗塵帶。在星雲內部，新生恆星正在形成，並釋放出強烈的恆星風與輻射，雕刻著周圍的氣體，為我們揭示了大質量恆星是如何在誕生的同時塑造周圍環境的。
在三葉星雲的下方的是礁湖星雲（Messier 8），它距地球約4000光年，同樣是一個活躍的恆星誕生區。它的中心是一團年輕的大質量恆星，它們釋放出的強烈輻射照亮了周圍氣體。礁湖星雲為天文學家研究恆星形成的早期階段提供了理想的實驗場，從巨大分子云的坍縮、星團的聚集，以及新生恆星的反饋作用，多個過程都將得以清晰觀測。
讓全世界都能“讀”宇宙
僅在執行的第一年內，薇拉·魯賓天文臺所採集的資料量就將超過以往所有光學天文臺總和。在未來為期10年的觀測計劃中，薇拉·魯賓天文臺每晚將產生約20TB的資料，並將構建一個15PB的“天體目錄資料庫”。在10年的時間裡，預計累計資料量將達到約500PB。在最終的資料集中，將包含數十億個天體和數萬億次測量記錄。
薇拉·魯賓天文臺將定期對外發布這些資料，全球科學家都可遠端訪問與使用，開展獨立研究。這一開放共享機制不僅將支撐未來數十年的宇宙探索，還將推動無數意想不到的科學突破，加速我們對宇宙起源與演化的深刻理解。
參考來源：
https://rubinobservatory.org
https://noirlab.edu/public/videos/noirlab2521a/
https://noirlab.edu/public/videos/noirlab2521b/
https://noirlab.edu/public/videos/noirlab2521c/
https://noirlab.edu/public/videos/noirlab2521d/
#圖片來源：
封面圖：NSF-DOE Vera C. Rubin Observatory
首圖：NSF-DOE Vera C. Rubin Observatory/P. Horálek
影片來源：NOIRLabAstro
本文轉載自“原理”微信公眾號（id：principia1687）
