薇拉·魯賓天文臺

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薇拉·魯賓天文臺（Vera C. Rubin Observatory）是由美國國家科學基金會和美國能源部科學辦公室聯合建立的位於智利北部的天文臺，該天文臺的建立可追溯至2001年提出的大口徑全天巡視望遠鏡（Large Synoptic Survey Telescope，簡寫為LSST）。
2019年7月23日，落地該望遠鏡項目的天文臺被命名為薇拉·魯賓，以紀念其證實了星系中有暗物質的存在。此後LSST改指為，由薇拉·魯賓天文臺的核心設備：西蒙尼巡天望遠鏡（Simonyi Survey Telescope）將執行的時空遺珍巡天項目（Legacy Survey of Space and Time，簡寫為LSST），該項目旨對南半球天空進行為期十年的系統性掃描和觀測，用於研究有關宇宙結構和演化以及暗能量和暗物質等問題。
西蒙尼巡天望遠鏡的主鏡達8.4米，並搭載有迄今為止最大的數碼相機：LSST相機，該相機重約2.8噸，大小與SUV相當，像素達32億。
現該天文臺已建成進入測試階段，預計於2025年底可正式投入使用。

**西蒙尼巡天望遠鏡**
薇拉·魯賓天文臺的核心天文觀測設備是西蒙尼巡天望遠鏡，該望遠鏡是一臺8.4米口徑、視場直徑3.5度的大型綜合巡天望遠鏡。其主要由三個部分構成：

**望遠鏡支架**
望遠鏡支架 (TMA) 負責將望遠鏡精確定位、並為觀測做好準備。

**光學元件**
西蒙尼巡天望遠鏡的光學元件部分是由三個曲面非球面透鏡組成，其中最大的主鏡直徑達8.4米，第一副鏡口徑為3.4米，將裝置在主鏡一個大孔內的第二副鏡口徑是5米。西蒙尼巡天望遠鏡的視野高達直徑3.5度（9.6平方度）。相比較之下，在地球所見太陽和月球的視直徑是0.5度（0.2平方度）。再加上LSST的巨大口徑使它收集光線能力極強，光學擴展量高達319m²degree²。
主鏡上的大孔減少了35平方公尺的平方面積，因此主鏡實際集光面積相當於直徑6.68公尺鏡片（集光面積和視野的乘積得到，光學擴展量是336 m²degree²；但實際表現會因為暈影而降低）。LSST的主鏡和第二次鏡將會是單一鏡片。

**LSST相機**
LSST相機的誕生，分別奪得：最大鏡頭與最高分辨率的數碼相機這兩項吉尼斯世界紀錄。其鏡頭由美國公司Ball Aerospace及其分包商Arizona Optical Systems製造。
LSST相機集成有三個巨大的鏡頭，其最大的鏡頭直徑為1.57米，另外兩個鏡頭分別為1.2米和0.72米。這三枚鏡頭會收集來自西蒙尼巡天望遠鏡8.4米主鏡的光線並聚焦至其焦平面上。其圖像傳感器是由189個CCD組成的陣列（每個傳感器的分辨率為像素（16兆像素），總分辨率達32億像素）。
待正式投入使用後，其視野將達到 9.6平方度，預估該相機每晚可攝製多達15TB的圖像。該相機集成有六種濾鏡，但受空間限制，相機的濾鏡轉盤僅能容納五個濾鏡，第六個濾鏡將獨立存儲，並在需要時通過濾鏡裝載器進行替換調用。LSST相機的最佳波長範圍是320至1050納米（近紫外到近紅外），將據此開展時空遺珍巡天項目：南天球天區面積的u、g、r、i、z、y共6個波段的巡天觀測，該觀測活動將每三天巡測一遍，並持續工作十年，其獲取的數據將用於創建包含數百億顆恆星、星系和天體的超寬、超高清、縮時攝影的宇宙記錄，專家將據此研究暗物質和暗能量、太陽系天體、時域天文和銀河系等。
因為要考慮到望遠鏡穩定性、不良氣候等不利因素；LSST相機每年要拍攝超過人員所能分析的超過20萬張影像，相當於高達1.28Petabyte未經過壓縮的資料量。針對望遠鏡產生的大量資料，有效的管理和高效率資料探勘預期是該計畫的其中一個科技上的難題。部分來自LSST的資料（最多30 TB）將可被Google作為及時互動式星圖之用。

**工程測試相機（ComCam）**
ComCam是LSST相機的縮小版，用於代替LSST相機先期與望遠鏡結合以便展開工程測試，該相機擁有九個CCD傳感器，總分辨率為1.44億像素。2024年10月24日至12月11日的七週時間裡，試驗團隊共獲取了約1.6萬張曝光照片，以測試薇拉·魯賓天文臺的軟/硬件系統以及網絡。此後，LSST相機會安裝在西蒙尼巡天望遠鏡以取代ComCam，以完成為期十年的時空遺珍巡天項目。

**歷史**
LSST計劃於2001年提出。2006年，LSST項目選址於智利北部科金博大區的帕穹山的伊爾佩恩峰（El Peñón），海拔2682公尺，就位在雙子星天文臺和南方天文物理研究望遠鏡的旁邊。2007年，項目開始由私人資金資助建造。2008年1月，電腦軟體界的兩位大富豪，查爾斯·西蒙尼和比爾·蓋茲分別捐贈兩千萬美金和一千萬美金給LSST計畫，據此該望遠鏡被命名為西蒙尼巡天望遠鏡。2007年11月，亞利桑那大學斯圖爾德天文臺鏡面實驗室成功製成西蒙尼巡天望遠鏡的鏡片模具，並在2008年3月開始鑄造，後於2008年9月初宣佈其鏡胚是「完美的」 。
LSST曾是2010年天文學和天體物理學十年調查中排名最高的大型地面項目。2014年8月1日，國家科學基金會批給該項目2,750萬美元的建築預算，宣告該項目正式開始。2015年4月14日，奠基儀式啟動，該項目正式開工。項目預算達6.75億美元。
2019年，負責設計LSST相機鏡頭與濾鏡製造的美國勞倫斯利佛摩國家實驗室完工了LSST相機的三枚鏡頭，送至SLAC國家加速器實驗室。同年6月，美國眾議院科學、空間和技術委員會主席艾迪·伯尼斯·強森和國會女議員詹妮弗·岡薩雷斯發起了重新命名天文臺的倡議，並於2019年12月20日頒佈成為法律。2020年1月，美國國家科學基金會主任France Córdova在美國天文學會冬季會議上宣佈，為表彰薇拉·魯賓在暗物質方面的貢獻，將前大口徑全天巡視望遠鏡（LSST）更名為薇拉·魯賓天文臺，使其成為美國第一座以女性天文學家命名的國家天文臺。
2021年10月，勞倫斯利佛摩國家實驗室將其生產的LSST相機最後一塊濾鏡運抵美國SLAC國家加速器實驗室，交由其完成LSST相機剩餘部分。2024年5月，LSST相機從美國運抵智利。計劃於2025年初，將LSST相機安裝於西蒙尼巡天望遠鏡上。

**數據處理**
薇拉·魯賓天文臺每晚都會產生約20TB的數據並生成多達一千萬條警報。有學者據此開發了Fink系統，該系統通過機器學習的方式，自動分析數據並進行分類、自動判斷千新星、變星或Ia超新星等。學者可根據選定的過濾器對大量警報數據集進行排序，以供其快速找到有用的數據。

**科學目標**
著名光學望遠鏡主鏡面積比較，點選影像可看大圖。
薇拉·魯賓天文臺的主任務將覆蓋南半球天空中約18,000平方度的區域。它將使用6個不同波段的濾光片，平均對每個天空區域進行約825次觀察。在r-波段的極限星等（5σ）預計為24.5（單次曝光）和27.8（堆疊全部曝光後）。 
主任務將佔用約90%的觀測時間，剩餘的 10% 將用於提高特定目標和地區的覆蓋率。這包括非常深（r 波段極限星等~ 26）的觀測、非常短的重訪時間（大約一分鐘間隔）、對黃道、銀河面、大小麥哲倫星雲等“特殊”區域的觀測，以及COSMOS和錢德拉望遠鏡南部深空巡天等多波長巡天詳細覆蓋的區域。 這些特別項目加起來將使總面積增加到約 25,000平方度。 
薇拉·魯賓天文臺的科學目標包括：- 通過觀測弱引力透鏡、重子聲學振盪和Ia型超新星來研究暗能量和暗物質，尤其是高紅移範圍。 - 繪製太陽系內小天體地圖，特別是近地小行星和柯伊伯帶天體。 薇拉·魯賓天文臺預計將使已編目的天體數量增加10到100倍。它還將有助於尋找假想存在的第九行星。  - 探測新星、超新星、伽馬射線爆發、類星體活動和引力透鏡等瞬態天文事件，並提供及時的事件通知以便於後續跟進觀測。- 繪製銀河系地圖。
由於其廣闊的視野和靈敏度，薇拉·魯賓天文臺有望成為探測LIGO和其他引力波天文臺探測到的引力波事件的光學對應物的最佳儀器之一。 
因為LSST將會產生大量資料，也可能有其他意外發現。
美國國會已委託NASA對90%直徑大於140米的近地軌道小行星進行探測和分類。據估計，魯賓天文臺本身能夠探測到62%的此類天體，而根據美國國家科學院的說法，將其調查時間從10年延長至12年將是完成這項任務最具成本效益的方式。 
魯賓天文臺有一個教育和公眾宣傳 (EPO) 計劃。魯賓天文臺EPO將服務於四類主要用戶：普通公眾、正規教育工作者、公民科學首席研究員以及非正式科學教育機構的內容開發者。 魯賓天文臺將與Zooniverse合作開展多項公民科學項目。 

**參見**
 泛星計畫- 大光學反射鏡列表

**參考資料**

**外部連結**
name=LSST官網網站
*name=維拉·魯賓天文臺官網網站
*LSST項目的介紹論文（2018年5月23日版）- 可篩選薇拉·魯賓天文臺警報數據流的Fink系統 date=20250214040921 
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