人类光学的巅峰，这台32亿像素的相机，正在绘制全宇宙的地图

在这个智能手机动辄宣称拥有一亿像素的时代，我们对高像素似乎已经见怪不怪了。

但如果我告诉你，天文学家和工程师们花费了整整 20 年的时间，耗资近 7 亿美元，在南美洲智利海拔 2682 米的帕穹山之巅，建造了一台拥有 32 亿有效像素的超级数码相机呢？

你可能会觉得，这不就是造个大一点的单反吗？

绝非如此。这台相机不仅体积大到相当于一辆家用 SUV，重量接近 3 吨，而且它是人类有史以来建造的最大、最复杂、的光学仪器，它所属的观测设施，被命名为维拉·鲁宾天文台。

在过去，像哈勃或詹姆斯·韦伯这样的顶级太空望远镜，它们的任务是“深情凝视”，死死盯住宇宙中极其微小的一个点，曝光几十个小时，以看清宇宙极深处的细节，但维拉·鲁宾天文台的野心截然不同。它的任务是“疯狂扫射”，它要在整整 10 年的时间里，每隔三四个晚上，就把整个极其广袤的南半球星空全部拍摄一遍。

它不是在给宇宙拍静态的“证件照”，它是在给全宇宙拍摄一部超高清、三维立体的全景大电影。

这台相机的尺寸大约是 1.65 米 × 3 米，重量达到了惊人的 3000 公斤，它前方的第一块透镜直径高达 1.57 米，这是人类有史以来为了光学仪器制造的最大的高性能透镜。

它的核心，是极其脆弱的焦平面。

这个焦平面由 189 个极其昂贵的 CCD 传感器像铺瓷砖一样无缝拼接而成，为了保证像素极其完美的平整度，这 189 块传感器的表面高低差被严格控制在了一根头发丝直径的十分之一以内，一旦有任何微小的形变，哪怕是由于重力引起的微米级弯曲，几千万美元的造价就会瞬间打水漂。

在太空中拍星星，最怕的就是“热噪声”，相机的电子元件在工作时会发热，这种热量在极度灵敏的传感器上会变成一片雪花般的噪点，掩盖住百亿光年外极其微弱的星光。

为了消除这种干扰，LSST 相机的整个焦平面被封存在一个巨大的真空低温恒温器里，工作温度常年保持在 零下 100 摄氏度。

如果你想把 LSST 相机拍出的一张全尺寸照片，以原分辨率无损地显示出来，你需要足足 378 台 4K 超高清电视机拼成一面巨大的电视墙！

它的解析力恐怖到什么程度？

科学家打过一个比方：如果把这台相机放在月球上，它能极其清晰地拍到地球表面的一只高尔夫球，如果在地球上，它能在 24 公里外看到漂浮在空气中的一粒灰尘。

但它真正的威力不在于拍地球，而是它极其夸张的视场，詹姆斯·韦伯望远镜看得很远，但它的视野极小，像是一根吸管看天，而鲁宾天文台的视野大得惊人，它拍下的一张照片，可以覆盖天空中相当于 40 个满月大小的面积！

这就意味着，它只需要按几百次快门，就能把整个南半球的夜空全部扫进硬盘里。

有了这台终极相机，鲁宾天文台将执行一项人类历史上极其宏大的观测计划，空间与时间遗产巡天，在传统天文学中，星空被认为是极其永恒、静止的，除了偶尔划过的流星和几十年一遇的超新星爆发，宇宙似乎是一幅挂在墙上的死寂油画。

但事实完全不是这样。宇宙其实极其热闹，甚至是狂暴的，每天晚上，都有成千上万的恒星爆炸、黑洞吞噬天体、小行星在疯狂乱窜。只是由于我们以前的望远镜视野太小、拍照太慢，这些转瞬即逝的事件我们根本抓不住。

这就是鲁宾天文台要颠覆的地方，在未来的 10 年里，这台巨兽将在每个晴朗的夜晚，疯狂地摇头晃脑。相机的快门每 15 秒钟咔嚓一次，然后极其迅速地转向下一片天空，它只需 3 到 4 个晚上，就能将整个可观测的南天区全部扫描一遍。然后周而复始，长达 10 年。

这意味着人类将首次拥有整个南半球星空长达 10 年的时间序列图像，你可以把它想象成在看一部宇宙的延时摄影，通过对比今天和三天前的照片，任何移动了位置的、变亮了的、变暗了的，甚至是突然冒出来的不明闪光，都将无所遁形！

天文学家预计，在鲁宾天文台全面开机后，它每天晚上将发现约 1000 万个“瞬变事件”，人类对宇宙的认知，将从“静态的照片”彻底跨入“动态的电影”时代。

除了寻找宇宙中转瞬即逝的烟花，鲁宾天文台还肩负着物理学界最沉重的使命：破解暗物质与暗能量的终极谜团。

在我们的宇宙中，我们能看见的普通物质只占全宇宙总质能的 5%，剩下的 27% 是暗物质，它像看不见的骨架一样把星系拉扯在一起，而高达 68% 的是暗能量，它像踩在宇宙膨胀油门上的脚，正在疯狂地把整个宇宙撕裂。

我们看不见它们，该怎么研究？

答案是：引力透镜，鲁宾天文台在这 10 年里，将拍摄和记录超过 200 亿个遥远星系的高清图像，虽然暗物质不发光，但当这 200 亿个星系的光芒穿过宇宙中极其庞大的暗物质网时，暗物质的引力会使这些星系的形状发生极其极其微小的扭曲。

鲁宾天文台的 32 亿像素，就是为了极其精准地测量这 200 亿个星系形状上那种只有不到百分之一的扭曲形变，通过用超级计算机分析这海量的形状扭曲，天文学家就能像倒模一样，极其精确地反向绘制出整个宇宙中暗物质的三维分布图！

不仅是仰望几十亿光年外的深空，鲁宾天文台还将低头守望我们极其脆弱的地球家园。

过去的巡天望远镜虽然也能找小行星，但由于视野太小，很难在广袤的夜空中将那些体积小、速度快、且极其暗淡的岩石全部揪出来，但在鲁宾天文台面前，整个太阳系将变得透明，由于它每隔几天就会把天空扫一遍，小行星只要在天幕上稍微挪动一点位置，就会立刻被 32 亿像素的相机捕捉到。

科学家预计，在长达 10 年的观测中，鲁宾天文台将把太阳系已知小行星的数量增加 10 到 100 倍，它将发现大约 500 万个小行星带天体，以及极其遥远、隐藏在太阳系边缘柯伊伯带的数十万个冰冻天体。

由于这台望远镜实在太强了，强到它引发了一场让计算机科学家头皮发麻的灾难：数据海啸，LSST 相机每晚要拍摄约 1000 张全尺寸高分辨率照片，一晚上产生的数据量，高达极其恐怖的 20 TB，在长达 10 年的寿命期内，鲁宾天文台将积累超过 60 PB的极其纯净的原始科学数据，这相当于几千万部高清电影的容量。

每天晚上，当望远镜拍下照片后，智利山顶的数据必须在几秒钟内通过其专用的光缆，跨越半个地球传输到美国的超级计算机中心。

面对这种规模的数据，人类的肉眼已经彻底报废。即使全世界所有的天文学家不吃不喝天天看照片，也看不完它一天产生的数据。

所以，鲁宾天文台将极度依赖人工智能，AI 算法将被训练成了极其不知疲倦的宇宙守夜人，它们将在几十亿个像素点中，瞬间剔除假信号，自动对星系进行分类，自动识别出超新星的类型，甚至能发现人类物理学从未定义过的全新天体现象。

当它的穹顶在帕穹山之巅缓缓打开，当那巨大的 8.4 米主镜将第一束遥远的星光反射进 32 亿像素的传感器时，人类天文学将迈入一个全新的纪元。