史隆數位巡天

斯隆數位化巡天（Sloan Digital Sky Survey，縮寫為SDSS）是使用位於新墨西哥州阿帕契點天文台(APO)的2.5米口徑望遠鏡進行的紅移巡天項目。該項目開始於2000年，以艾爾弗·斯隆基金會的名字命名，計劃觀測25%的天空，獲取超過一百萬個天體的多色測光資料和光譜數據。斯隆數位化巡天的星系樣本以紅移0.1為中值，對於紅星系的紅移值達到0.4，對於類星體紅移值則達到5，並且希望探測到紅移值大於6的類星體。

## 觀測

斯隆數位化巡天使用口徑為2.5米的寬視場望遠鏡，從1998年到2009年，它在成像和光譜模式下進行了觀測。成像相機於2009年底退役，此後望遠鏡完全以光譜模式進行觀測。

測光系統配以分別位於u、g、r、i、z波段的五個濾鏡對天體進行拍攝。這些照片經過處理之後生成天體的列表，包含被觀測天體的各種參數，比如它們是點狀的還是延展的，如果是後者，則該天體有可能是一個星系，以及它們在CCD上的亮度，這與其在不同波段的星等有關。

另外，天文學家們還選出一些目標來進行光譜觀測。目標的位置用鑽孔的方式記錄在鋁板上，小孔的後面接有光纖，將目標天體的光引入攝譜儀。望遠鏡每次可以同時拍攝640個天體的光譜，每晚大約需要6到9塊鋁板對天體進行定位。

望遠鏡每天晚上產生大約200GB的數據。

## 階段

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### SDSS-I：2000-2005

在2000年至2005年的第一階段操作中，SDSS 在五個光學帶通中對超過 8,000 平方度的天空成像，並獲得了從該成像的 5,700 平方度中選出的星系和類星體的光譜。它還獲得了南銀河帽中300平方度條紋的重複成像（大約 30 次掃描）。

### SDSS-II：2005-2008

2006年，斯隆數位化巡天進入了名為SDSS-II的新階段，進一步探索銀河系的結構和組成，而斯隆超新星巡天計劃搜尋Ⅰa型超新星爆發，以測量宇宙學尺度上的距離。2008年10月31日，SDSS-II發布了最後一次數據。

SDSS-II開始就增加來自在韓國、中國和瑞士這三個國家的25所大學、研究機構和研究小組。

#### 史隆擴大瞭解和探索銀河系計畫(SEGUE)

史隆理解和探索銀河的擴充計畫（縮寫為SEGUE）獲得了銀河系內24萬顆恆星的光譜，它們的徑向速度在每秒10公里上下，這使天文學家們得以研究銀河系的結構以及各組成部分是如何形成的。

#### 史隆超新星巡天

史隆超新星巡天計劃快速掃描300平方度的天空，搜尋光度快速變化的天體，尋找Ia超新星爆發。在2005年，該計劃找到了130個爆發的Ia超新星，在2006年找到197顆，總數已經超過了300個，這項計劃進行到2007年底。

### SDSS-III：2008–2014

斯隆數位化巡天第三期工程SDSS-III已經於2008年7月啟動。它包括四項單獨的調查：

#### APO銀河演化實驗 (APOGEE)

阿帕契點天文台(APO)銀河演化實驗 (APO Galactic Evolution Experiment, 縮寫：APOGEE) 使用高解析度、高信噪比紅外光譜穿透遮蔽銀河系內部的塵埃。APOGEE調查了100,000顆紅巨星，覆蓋了整個銀河系核球、棒狀、盤狀、和銀暈區域。它使在高光譜解析度（λ ≈ 1.6 μm 時R ≈ 20,000）和高信噪比（100）下觀測到的恆星數量增加了100倍以上。高解析度光譜揭示了大約 15 種元素的豐度，提供了有關形成紅巨星的氣體雲成分的資訊。APOGEE 計劃收集 2011 年至 2014 年的數據，並於 2013 年底作為 SDSS DR10 的一部分發布了第一批數據。

#### 重子振盪光譜調查 (BOSS)

SDSS-III的重子振盪光譜巡天（Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, 縮寫：BOSS）旨在測量宇宙的膨脹率。它繪製了發光紅星系 (LRG) 和類星體的空間分布圖，以確定它們的空間分布，並檢測早期宇宙中重子聲學振盪所留下的特徵尺度。在早期宇宙中傳播的聲波，就像在池塘中擴散的漣漪一樣，在星系之間的相對位置上留下了特徵尺度。宣布 BOSS 測量宇宙尺度的精度達到百分之一，並於 2014 年春季完成。

#### SEGUE-2

最初的『史隆擴大瞭解和探索銀河系計畫』 (SEGUE-1) 獲得了近240,000顆光譜類型範圍內恆星的光譜。在此成功的基礎上，SEGUE-2 通過光譜觀測了大約120,000顆恆星，重點關注銀河系的原位恆星暈，距離為 10 到 60 kpc。SEGUE-2 的樣本量是SEGUE-1的兩倍。

結合SEGUE-1和SEGUE-2揭示了星系暈和盤的複雜運動學和化學亞結構，為星系的聚集和富集歷史提供了重要線索。特別是，外暈預計將由晚期吸積事件主導。SEGUE 數據可以幫助限制現有的恆星暈形成模型，並為下一代星系形成的高解析度模擬提供資訊。此外，SEGUE-1 和 SEGUE-2 可能有助於發現稀有的化學原始恆星，它們是最早幾代宇宙恆星形成的化石。

### SDSS IV: 2014-2020

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最新一代的SDSS（SDSS-IV，2014-2020）正在將精確的宇宙學測量擴展到宇宙歷史的關鍵早期階段（eBOSS），擴展其對北半球和南半球銀河系的紅外光譜調查（APOGEE-2 )，並首次使用斯隆光譜儀製作單個星系的空間分辨圖 (MaNGA)。

#### APO銀河演化實驗（APOGEE-2）

對銀河系的恆星調查，包括兩個主要部分：北半球調查使用阿帕契點天文台(APO)的明亮時間，以及南半球調查使用在拉斯坎帕納斯天文台(LCO)的2.5 m杜邦望遠鏡。

### SDSS-V: 2020-至今

新墨西哥州的阿帕契點天文台於2020年10月開始為SDSS-V收集數據。阿帕契點天文台計劃在 2021 年中期從插板（帶有手動放置孔的鋁板，用於星光照射）轉換為小型自動化機器人 今年晚些時候與智利的拉斯坎帕納斯天文台（Las Campanas Observatory)合作。銀河地圖調查將針對 600 萬顆恆星的光譜。Black Hole Mapper 調查將以星係為目標，間接分析它們的超大質量黑洞。Local Volume Mapper 調查將瞄準附近的星係來分析它們的星際氣體雲。

## 史隆數位巡天的貢獻

斯隆數位化巡天涵蓋了南銀極周圍7,500平方度的星空，記錄到近二百萬個天體的數據，包括80多萬個星系和10多萬個類星體的光譜的數據。這些天體的位置和距離資料為人們研究宇宙的大尺度結構開闢了道路。下表是SDSS有光譜的星種數量：

種類｜個數

星系｜790,220

類星體 (z <2.3)｜89,458

類星體 (z ≥2.3)｜12,892

M型和更晚型的恆星｜64,895

其他恆星｜126,351

天空光譜｜59,843

待確認天體｜19,861

## 數據訪問

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SkyServer為底層Microsoft SQL Server提供了一系列接口。光譜和圖像都以這種方式可用，並且界面非常易於使用，例如，只需提供坐標即可獲得SDSS數據發布覆蓋的任何天空區域的全彩色圖像。數據僅供非商業用途，未經書面許可。

斯隆數位化巡天將全部圖片和光譜數據發布在國際網際網路上，並且提供了簡單易用的接口。使用者只要輸入坐標就可以獲得斯隆數位化巡天拍攝在該天區拍攝的全部圖像。同時還提供了針對從學生到專業天文學家的詳盡指南。數據也可以通過美國宇航局的世界風(NASA World Wind)軟體獲取。

Google地球中的Sky包含來自SDSS的數據，適用於可獲得此類數據的地區。還有用於SDSS光度測量和光譜層的KML插件，允許從 Google Sky 內直接訪問 SkyServer 數據。

數據也可在帶有3D可視化器的海登天文館(Hayden Planetarium)上獲得。

繼技術研究員詹姆斯·格雷 (Jim Gray)代表微軟研究院對 SkyServer項目的貢獻之後，微軟的WorldWide Telescope使用了SDSS和其他數據源。

MilkyWay@home還使用SDSS的數據創建了一個高精度的銀河系三維模型。

## 成果

除了描述調查本身的出版物外，斯隆數位化巡天(SDSS)數據還已經被用於涉及範圍廣泛的天文主題的出版物中。斯隆數位化巡天網站有這些出版物的 完整列表，涵蓋可觀測宇宙範圍內的遙遠類星體、星系分布、我們銀河系內恆星的特性、以及宇宙中的暗物質和暗能量等主題。

### 星圖

基於數據發布9( Data Release 9)的公布，2012年8月8日發布了大質量星系和遙遠黑洞的新3D星圖。