科学家完成了LSST的数字传感器阵列

Brookhaven Lab的LSST项目团队的成员将看到一个原型筏低温恒温器。除木筏外，布鲁克海文的科学家还设计并制造了低温恒温器，可将木筏固定并冷却至-100摄氏度。图片来源：布鲁克海文国家实验室

经过16年的专门规划和工程，美国能源部（DOE）布鲁克黑文国家实验室的科学家已经完成了用于相机的3.2万像素传感器阵列，该阵列将用于大型天气观测望远镜（LSST），这是一种大型望远镜，将以前所未有的方式观察宇宙。

Brookhaven Lab仪器仪表部门的资深科学家Paul O'Connor表示：“这是有史以来最大的电荷耦合器件（CCD）阵列。” “这是30亿像素。没有望远镜能将这么多的传感器集成到一台相机中。”

数字传感器阵列由大约200个16兆像素传感器组成，分为21个称为“筏”的模块。每个木筏都可以单独发挥作用，但结合起来后，它们将在单个图像中看到可容纳40多个满月的天空区域。研究人员将这些图像拼接在一起，以制作一部从智利可以进入的完整可见宇宙的延时电影。

LSST目前正在智利的一个山顶上建造，其设计目的是捕获迄今为止所能获得的最完整的宇宙图像。建造望远镜设施和相机的项目是来自全球30多个机构的合作，主要由美国能源部科学办公室和国家科学基金会资助。美国能源部的SLAC国家加速器实验室正在领导制造相机的工作，该相机是世界上最大的天文学相机，而布鲁克海文则领导了数字传感器阵列（相机的“数字胶片”）的设计，建造和鉴定。

Brookhaven Lab的LSST项目的科学筏子系统经理Bill Wahl说：“这是相机的核心。” “我们在布鲁克黑文市所做的工作代表了许多有才华的科学家，工程师和技术人员多年的出色工作。他们的工作将产生一系列前所未有的图像。这对于该项目和为了实验室。”

Brookhaven于2003年开始其LSST研究与开发计划，并于2014年开始建造数字传感器阵列。在建造之前，Brookhaven为Brookhaven和SLAC所用的科学筏设计和组装了组装和测试设备。实验室还创建了一个完整的自动化生产设施和洁净室，以及生产和跟踪软件。

奥康纳说：“我们确保尽可能多地自动化生产设备。” “测试一个木筏可能要花三天的时间。我们的时间安排很紧，所以我们的自动化设施全天候运行24/7。当然，出于安全考虑，我们总是有人在整个过程中对设施进行监视日夜。”

构造复杂的传感器阵列本身是一项挑战，该阵列在真空中运行并且必须冷却至-100摄氏度。但是Brookhaven团队还承担了测试每个完全组装好的筏以及单个传感器和电子设备的任务。每个木筏完成后，需要在保护环境中仔细包装，以安全地运送到全国各地的SLAC。

SLAC国家加速器实验室安装了布鲁克海文的21条筏中的第一条，这些筏组成了LSST的数字传感器阵列。图片来源：SLAC国家加速器实验室。

Brookhaven的LSST团队于2017年完成了第一艘木筏。但不久之后，他们面临了新的挑战。

奥康纳说：“我们后来发现设计特征无意间导致了木筏中的电线短路。” “这种影响影响木筏的比率仅为0.2％左右，但是为了避免任何退化的可能性，我们经历了几乎每艘木筏都需要重新安装的麻烦。”

现在，仅在筏生产开始两年后，该团队就成功地将最终的筏建造并交付给SLAC，以便集成到摄像机中。这标志着布鲁克海文（Brookhaven）一项为期16年的项目的结束，随后将进行多年的天文观测。

为LSST项目招募到Brookhaven的许多才华横溢的团队成员都是刚从研究生院聘用的年轻工程师和技术人员。现在，他们已全部分配到实验室正在进行的物理项目中，例如将相对论重离子对撞机（美国能源部核物理研究科学办公室）的PHENIX检测器升级为sPHENIX，以及与CERN大型强子对撞机的ATLAS探测器。Brookhaven是ATLAS合作的美国宿主实验室

Wahl说：“布鲁克海文在LSST相机项目中的作用为电光学的工程师，技术人员和科学家提供了新的令人振奋的机会，因为必须满足非常苛刻的规格。” “我们组成的多学科团队在实现设计目标方面做得非常出色，我为我们在一起的时间感到自豪。看着初级工程师和科学家成长为非常有能力的团队成员是非常有益的。”

Brookhaven实验室将继续在LSST中扮演重要角色。在望远镜进入调试阶段时，布鲁克海文的科学家将担任照相机中数字传感器阵列的专家。他们还将在预计于2022年开始的LSST运营期间提供支持。

布鲁克海文物理学家安德烈·诺梅洛茨基（Andrei Nomerotski）说：“如此复杂的摄像机的调试将是令人兴奋且充满挑战的工作，”他领导布鲁克海文为LSST项目的调试和运营阶段做出了贡献。“经过多年使用人工信号源进行传感器表征，我们期待在LSST CCD中看到真实的恒星和星系。”

一旦在安第斯山脉中运行，LSST将几乎服务于天体物理学界的每个子集。也许最重要的是，LSST将使科学家能够研究暗能量和暗物质，这是困扰物理学家数十年的两个难题。据估计，除了提供有关银河系形成的新信息外，LSST还将在我们的太阳系中找到数百万颗小行星。由LSST捕获的图像将立即提供给美国和智利的物理学家和天文学家使用，这使LSST成为有史以来最先进且可访问的宇宙学实验之一。随着时间的流逝，这些数据将向全世界的公众开放。

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