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全球第一张32亿像素相片出炉,彻底显现需求378个超高清屏幕

有史以来单次拍照像素最高的一组相片面世了,分辨率高达 32 亿像素。

近来,美国能源部国家加速器实验室的作业人员使用一系列特别的成像传感器,拍照了第一组 32 亿像素的数码相片。这些成像传感器将成为坐落智利的薇拉 · 鲁宾地理台未来相机的中心和魂灵。

图 | 这张罗马花椰菜相片是有史以来最大的数码相片之一。

这组相片的尺度也十分惊人,显现其间一张全尺度相片,就需求 378 个 4K 超高清电视屏幕。它们的分辨率高达 32 亿像素,乃至能够让你从大约 15 英里外看到一个高尔夫球。很快,这些特性将史无前例地推进天体物理学研讨。

图 | SLAC 的作业人员用 LSST 相机的完好焦平面拍照了第一张 32 亿像素的相片。

接下来,这些传感器阵列将被集成到现在 SLAC 正在制作中的世界上最大的数码相机中。在薇拉 · 鲁宾地理台装置完结之后,这架照相机将在未来 10 年中,每隔几个晚上拍照一张完好的天空全景图。它的数据将被输入到薇拉 · 鲁宾地理台的时空遗产查询文档中,LSST 是一个包含了更多星系和很多天体运动的目录。使用这架 LSST 相机,地理台将拍照有史以来最大的地理记载,并提醒世界中一些最大的疑团,包含暗物质和暗能量。

早在本年 1 月,SLAC 就完结了相机的焦平面拼装,此次拍照是对相机焦平面的测验。

“LSST 相机是鲁宾地理台活络的眼睛。” LSST 相机项目经理文森特 · 里奥特如此点评。

LSST 相机焦平面的完结和测验的成功,是整个鲁宾地理台项目中最重要的成果之一,将使地理台能够探究下一代地理科学。

图 | 未来 LSST 相机的完好焦平面宽度超越 2 英尺,包含 189 个独立传感器,将发生 32 亿像素的图画。

技能奇观

在某种程度上,焦平面类似于数码相机或手机摄像头的成像传感器:它捕获物体宣布或反射的光,并将其转换为电信号,用于生成数字图画。可是 LSST 相机的焦平面要杂乱得多。事实上,它包含 189 个独立的传感器,每一个都有高达 1600 万像素的分辨率。

在美国能源部的布鲁克海文国家实验室,9 套 CCDs 及其配套电子元件被拼装成名为 “科学筏” 的方形单元,然后运往 SLAC。在那里,项目团队将其间 21 个“科学筏”,以及别的 4 个不用于成像的特别“科学筏”,刺进一个固定方位的网格中。

焦平面有一些十分特别的特性。它不只包含 32 亿像素,并且像素也十分小——大约 10 微米宽,别的,焦平面自身十分平整,崎岖不超越人类头发的十分之一。这才干保证相机能够发生十分高分辨率的明晰图画。

这个焦平面超越 2 英尺宽,与全画幅消费相机 1.4 英寸宽的成像传感器比较,它显得十分巨大。更夸大的是,整个望远镜的规划使成像传感器能够发现比肉眼可见的物体暗 1 亿倍的物体,这种活络度能够在几千英里之外看到蜡烛。

加州大学圣克鲁兹分校 LSST 相机项目科学家史蒂文 · 里兹说:“这简直令人震惊。这些共同的特征将使鲁宾地理台雄心壮志的科学方案成为可能。”

在 10 年的时刻里,该相机将搜集大约 200 亿个星系的图画。里兹介绍称,这些数据将进步咱们对星系怎么随时刻演化的知道,并将使咱们比以往更深化、更精确地测验暗物质和暗能量模型。这座地理台将是进行广泛科学研讨的绝佳设备,从对咱们太阳系的具体研讨,到对通向可见世界边际的悠远物体的研讨。

图 | 为了拍照第一张 3.2 亿像素的图画,SLAC 团队使用了一个 150 微米的针孔将图画投射到焦平面上。左图: 针孔投影仪的原理图。右图: 在将图画投射到焦平面后,SLAC 作业人员从低温组件上取出针孔投影仪。

高风险的装置进程

本年早些时候,阅历了 6 个月的严重作业之后,焦平面总算拼装完结。SLAC 的作业人员将 25 个筏体刺进网格的狭隘槽中。为了最大极限地扩展成像区域,相邻筏体上的传感器之间的间隔小于 5 根人类头发的宽度。因为成像传感器很简单决裂,使得整个操作十分扎手。

别的,这些筏体也很贵重,每个价值高达 300 万美元。

高风险和严厉的公役,都让这个项目充溢应战性。

团队成员花了一年的时刻预备筏体装置,他们经过装置许多没有正式进入最终焦平面拼装的筏体进行“操练”。这使得他们能够完善将每个 2 英尺高、20 磅重的筏体装入网格的程序。整个装置进程使用了专门开发的特别龙门架。

SLAC 的 LSST 相机集成和测验团队的负责人蒂姆 · 邦德说:“单个相机组件的巨细令人形象深入,团队的规划也令人形象深入。这需求一个精心规划的团队来完结焦平面的拼装,并且每个作业人员都接受了应战。”

拍照 32 亿像素的相片

拍照时,焦平面被放置在一个低温恒温器中,传感器被冷却到零下 150 华氏度,这是它们所需的作业温度。因为新冠病毒疫情影响,项目团队有几个月不能进入实验室,本年 5 月,团队严厉依照安全间隔的要求,康复了作业。现在正在进行广泛的测验,保证焦平面满意支撑鲁宾地理台科学方案所需的技能要求。

这些测验触及拍照各种物体的 32 亿像素的相片,其间包含一幅外表结构十分精密的罗马画。为了做到这一点,SLAC 团队使用了一个 150 微米的针孔将图画投射到焦平面上。这些相片展现了成像传感器捕捉到的特别细节,并且能够在网上以全分辨率阅读。

拍照这些相片是一项重大成果,在严厉的标准下,SLAC 团队真的突破了使用焦平面每一平方毫米的极限,最大化使用它的科学才能。

往后,还有更具应战性的作业在等着 SLAC 团队。

在接下来的几个月里,他们将把带有焦平面的低温恒温器刺进相机机身,并增加相机的镜头,包含世界上最大的光学镜头、快门和用于研讨不同色彩夜空的滤光片交流体系。到 2021 年中期,这款有一辆 SUV 巨细的相机将进行最终测验,然后起程前往智利。

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