暗能量光谱仪用5000微型机器人(光纤定位)探索宇宙:捕捉遥远的3500万个星系

[2018-09-18]

美国暗能量光谱仪项目已获得美国能源部的批准，该项目将建造5000个微型机器人进行光纤定位探测来自宇宙中星系、恒星和类星体的光谱，并最终打印出一幅巨型宇宙3D地图，从而帮助科学家了解暗能量在宇宙膨胀中的机制和作用，更好地认识大约110亿年前的宇宙。

这些微型机器人是暗能量光谱仪(Dark Energy Spectroscopic Instrument，DESI)的一部分，每个微型机器人都具有一条光纤，其内核只有1米的1.07亿分之一宽，并准确地指向夜空中的特定天体，捕捉它们的光亮。这些天体大部分是遥远的星系，也有少数恒星和类星体。

DESI将于2018年安装到基特峰国家天文台（位于亚利桑那州）的4米口径梅奥尔（Mayall）望远镜上。

花瓣型装置将支撑5000个微型机器人，每个微型机器人使一根光纤定位（能够将光纤精准地指向特定目标采集来自目标的光线）

这5000个圆筒形的微型机器人各约一指宽，10英寸(约合25.4厘米)长，它们是美国暗能量光谱仪项目的一部分。据美国伯克利实验室介绍，暗能量光谱仪项目已经获得美国能源部的批准，2019年1月投入观测（最新计划2019年4月安装完毕，2019年9月开始观测）

暗能量光谱仪还包含10台光纤光谱仪，能够每隔12分钟对5000个被观测星系进行一次光谱收集。

现在，暗能量光谱仪项目获得正式批准，项目组300多位科学家进入实质性研究阶段。望远镜上还包括像场改正器（由六块1.1米透镜组成，总投资约600万美元）。为了提升透过率，这些透镜还需要镀增透膜。这一部分的投资仍在等待批准。

项目组软件工程师们已经为此项目做好准备。他们将利用伯克利实验室国家能源研究科学计算机中心的超级计算机来模拟暗能量光谱仪所采集到的数据。此外还有三种巡天设备已经就位，目前正在采集遥远星系的图像，这些星系也将添加到暗能量光谱仪的目标名单中去。

暗能量光谱仪项目成像技术科学家达斯廷-朗表示，“我认为，成像观测可用于绘制2D地图，而暗能量光谱仪的数据则被添加成第三维。这关键的第三维可以帮助我们测量星系在历史上是如何聚合在一起的。”

项目实施的难点在于使所有的机器人步调一致地移动。它们紧密地挤在一起，当移动到新的位置时（每小时有好几次），就有可能互相碰撞。为了避免这种情况，一个由10个微型机器人组成的缩小版系统于2017年9月安装到望远镜上。这项测试被称为ProtoDESI，科学家将以此对微型机器人及控制微型机器人的软件进行精度调试。

ProtoDESI将展示软件和定位控制器如何一起工作，伯克利实验室负责该项目的Parker Fagrelius说，“从ProtoDESI的测试中所学到的一切，都将应用到DESI计划当中。”一旦所有5000个微型机器人安装就绪，天文学家就有可能计算出不同星系和类星体远离地球的速度。

利用这些数据，我们将能更加详细地回溯宇宙历史。我们还能以此建立三维的宇宙地图，并一窥暗能量的奥秘。在宇宙的加速膨胀中，暗能量扮演着非常重要的角色。此外，我们还将进一步加深对暗物质、早期宇宙以及我们所在银河系结构的了解。