- 科學家完成了LSST的數字傳感器陣列
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2020/10/27
Brookhaven Lab的LSST項目團隊的成員將看到一個原型筏低溫恒溫器。除木筏外，布魯克海文的科學家還設計并制造了低溫恒溫器，可將木筏固定并冷卻至-100攝氏度。圖片來源：布魯克海文國家實驗室
經過16年的專門規劃和工程，美國能源部（DOE）布魯克黑文國家實驗室的科學家已經完成了用于相機的3.2萬像素傳感器陣列，該陣列將用于大型天氣觀測望遠鏡（LSST），這是一種大型望遠鏡，將以前所未有的方式觀察宇宙。
Brookhaven Lab儀器儀表部門的資深科學家Paul O'Connor表示：“這是有史以來最大的電荷耦合器件（CCD）陣列。” “這是30億像素。沒有望遠鏡能將這么多的傳感器集成到一臺相機中。”
數字傳感器陣列由大約200個16兆像素傳感器組成，分為21個稱為“筏”的模塊。每個木筏都可以單獨發揮作用，但結合起來后，它們將在單個圖像中看到可容納40多個滿月的天空區域。研究人員將這些圖像拼接在一起，以制作一部從智利可以進入的完整可見宇宙的延時電影。
LSST目前正在智利的一個山頂上建造，其設計目的是捕獲迄今為止所能獲得的最完整的宇宙圖像。建造望遠鏡設施和相機的項目是來自全球30多個機構的合作，主要由美國能源部科學辦公室和國家科學基金會資助。美國能源部的SLAC國家加速器實驗室正在領導制造相機的工作，該相機是世界上最大的天文學相機，而布魯克海文則領導了數字傳感器陣列（相機的“數字膠片”）的設計，建造和鑒定。
Brookhaven Lab的LSST項目的科學筏子系統經理Bill Wahl說：“這是相機的核心。” “我們在布魯克黑文市所做的工作代表了許多有才華的科學家，工程師和技術人員多年的出色工作。他們的工作將產生一系列前所未有的圖像。這對于該項目和為了實驗室。”
Brookhaven于2003年開始其LSST研究與開發計劃，并于2014年開始建造數字傳感器陣列。在建造之前，Brookhaven為Brookhaven和SLAC所用的科學筏設計和組裝了組裝和測試設備。實驗室還創建了一個完整的自動化生產設施和潔凈室，以及生產和跟蹤軟件。
奧康納說：“我們確保盡可能多地自動化生產設備。” “測試一個木筏可能要花三天的時間。我們的時間安排很緊，所以我們的自動化設施全天候運行24/7。當然，出于安全考慮，我們總是有人在整個過程中對設施進行監視日夜。”
構造復雜的傳感器陣列本身是一項挑戰，該陣列在真空中運行并且必須冷卻至-100攝氏度。但是Brookhaven團隊還承擔了測試每個完全組裝好的筏以及單個傳感器和電子設備的任務。每個木筏完成后，需要在保護環境中仔細包裝，以安全地運送到全國各地的SLAC。
SLAC國家加速器實驗室安裝了布魯克海文的21條筏中的第一條，這些筏組成了LSST的數字傳感器陣列。圖片來源：SLAC國家加速器實驗室。
Brookhaven的LSST團隊于2017年完成了第一艘木筏。但不久之后，他們面臨了新的挑戰。
奧康納說：“我們后來發現設計特征無意間導致了木筏中的電線短路。” “這種影響影響木筏的比率僅為0.2％左右，但是為了避免任何退化的可能性，我們經歷了幾乎每艘木筏都需要重新安裝的麻煩。”
現在，僅在筏生產開始兩年后，該團隊就成功地將最終的筏建造并交付給SLAC，以便集成到攝像機中。這標志著布魯克海文（Brookhaven）一項為期16年的項目的結束，隨后將進行多年的天文觀測。
為LSST項目招募到Brookhaven的許多才華橫溢的團隊成員都是剛從研究生院聘用的年輕工程師和技術人員。現在，他們已全部分配到實驗室正在進行的物理項目中，例如將相對論重離子對撞機（美國能源部核物理研究科學辦公室）的PHENIX檢測器升級為sPHENIX，以及與CERN大型強子對撞機的ATLAS探測器。Brookhaven是ATLAS合作的美國宿主實驗室
Wahl說：“布魯克海文在LSST相機項目中的作用為電光學的工程師，技術人員和科學家提供了新的令人振奮的機會，因為必須滿足非常苛刻的規格。” “我們組成的多學科團隊在實現設計目標方面做得非常出色，我為我們在一起的時間感到自豪。看著初級工程師和科學家成長為非常有能力的團隊成員是非常有益的。”
Brookhaven實驗室將繼續在LSST中扮演重要角色。在望遠鏡進入調試階段時，布魯克海文的科學家將擔任照相機中數字傳感器陣列的專家。他們還將在預計于2022年開始的LSST運營期間提供支持。
布魯克海文物理學家安德烈·諾梅洛茨基（Andrei Nomerotski）說：“如此復雜的攝像機的調試將是令人興奮且充滿挑戰的工作，”他領導布魯克海文為LSST項目的調試和運營階段做出了貢獻。“經過多年使用人工信號源進行傳感器表征，我們期待在LSST CCD中看到真實的恒星和星系。”
一旦在安第斯山脈中運行，LSST將幾乎服務于天體物理學界的每個子集。也許最重要的是，LSST將使科學家能夠研究暗能量和暗物質，這是困擾物理學家數十年的兩個難題。據估計，除了提供有關銀河系形成的新信息外，LSST還將在我們的太陽系中找到數百萬顆小行星。由LSST捕獲的圖像將立即提供給美國和智利的物理學家和天文學家使用，這使LSST成為有史以來最先進且可訪問的宇宙學實驗之一。隨著時間的流逝，這些數據將向全世界的公眾開放。
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