机器人正在加速天文学中最无聊的工作

这是天文学中比较陌生，更单调的工作之一：将光纤插入铝板上的数百个孔中。每天，斯隆数字天空调查（SDSS）的技术人员都会准备多达10个板块，并将在当晚放置在智利和新墨西哥的调查望远镜的焦点上。这些孔与望远镜视图中的恒星，星系或其他明亮物体的确切位置匹配。来自每个物体的光直接落在光纤上，然后被扫射到一个光谱仪上，该光谱仪将光分成其组成波长，从而揭示关键细节，例如物体的构成以及运动方式。

现在，经过20年的发展，SDSS变得机器人化了。对于该项目即将进行的第五次调查（称为SDSS-V），塞盘将被500个细小的机械臂代替，每个机械臂都装有光纤尖端，它们可在望远镜焦平面的一小部分巡逻。可以在2分钟内将它们重新配置为新的天空地图。其他天空调查也采用了快速的机器人。它们不仅可以节省宝贵的观测时间，还可以使勘测与欧洲的盖亚卫星，即将在智利举行的维拉·鲁宾天文台保持一致，并进行其他工作，以产生需要光谱研究的大量物体。伦敦大学学院的天文学家理查德·埃利斯（Richard Ellis）说：“这是由庞大的影像调查学推动的。”

COVID-19延迟了SDSS的机器人改头换面。这项位于新墨西哥州阿帕奇角天文台的北方望远镜于2020年10月开始使用插塞板获取SDSS-V数据。它的目标是在2021年中之前改用机器人。智利拉斯坎帕纳斯天文台的南部范围将在今年晚些时候出现。卡内基天文台的SDSS-V主任Juna Kollmeier说：“这是香蕉，但我们看到了隧道的尽头。”

机器人标志着SDSS的新篇章。十年来，它的大部分时间都花在研究暗能量上，暗能量正在加速宇宙的膨胀。 SDSS珍视数百万个星系的光线，通过红移来确定它们的距离，红移是由于宇宙膨胀而产生的多普勒频移，就像警笛声一样。 2020年7月发布的银河系调查结果显示，宇宙的膨胀以1％的精度追溯了其历史的80％，证实了暗能量的影响，这也许是宇宙学中最大的谜团。破解它将需要时光倒流，以寻找更暗淡的星系，这超出了该调查的2.5米望远镜的能力。

相反，合并范围将进行三个新的调查。银河系测绘器将从600万颗恒星收集光谱，探测它们的成分，以找出它们燃烧和锻造重元素的时间。 “星星都是钟，”科尔迈尔解释说。根据年龄估算，天文学家可以在银河系部分形成时进行工作。成分的细微变化也可以揭示出一组恒星是否起源于另一个银河系或已包含在我们星系中的恒星团，这是银河系历史的一次解脱，称为银河考古学。

在第二项调查“黑洞映射器”中，光纤将收集来自明亮星系的光，以了解它们所藏的超大质量黑洞。这些黑洞周围的发光气体光谱的多普勒频移可以揭示出它们向周围飞来飞去的物质有多快，从而也有多重。光谱的变化可以追踪它们如何吞噬并吐出这种气体流。通过追踪一段时间内的气体，天文学家可能会了解黑洞是如何生长的，似乎与他们的星系一致。

第三次调查是“本地体积映射器”，它将像一个多像素检测器一样将纤维聚集在一起，以从附近星系中的星际气体云中获取光谱。 “我们一次绘制了一个完整的银河系的精美细节，”科尔米尔说。 SDSS小组希望通过确定气体云团的运动和成分，来找出为什么有些塌陷成恒星而另一些塌陷成星的原因。

同时，由SDSS发起的暗能量探索活动将转移到位于亚利桑那州4米望远镜上的5000纤维机器人光谱仪“暗能量光谱仪”上。它将很快开始追踪遥远宇宙中数千万个星系的距离。

在接下来的几个月中，加纳利群岛的4.2米望远镜William Herschel望远镜将向1000 W光纤光谱仪发出光，该光谱仪称为WHT增强区域速度浏览器（WEAVE），它将与机器人革​​命同时进行。 WEAVE没有使用机器人将光纤固定在适当的位置，而是让其中的两个脱机工作，将磁头拾起并放置在金属板上，从而实现了SDSS的板塞机的自动化。 WEAVE的目标之一是从盖亚绘制的十亿颗星星中收集多普勒频移，从而确定其完整的3D运动。然后，“我们可以倒计时，看看它们的来历，”格罗宁根大学的项目科学家Scott Trager说。这是进行银河考古的另一种方式。

明年，智利南部的欧洲南方天文台（ESO）的4米多目标光谱望远镜将配备另一种机器人技术。它的2400光纤将通过可控制的“脊柱”馈入，该“脊柱”粘在望远镜的焦平面上，并且可以像微风中的麦秆一样移动。像WEAVE一样，它将跟进欧洲航天器确定的消息来源，包括即将进行的暗能量任务盖亚（Gaia）和欧几里得（Euclid）。

它和其他光纤光谱仪也将有助于研究快速移动的宇宙事件，例如超新星或产生重力波的剧烈碰撞。鲁宾天文台将发现其中许多。从2023年开始，预计每天晚上可以检测到1000万个快速变化的物体。西雅图华盛顿大学的埃里克·贝伦（Eric Bellm）是鲁宾警报流的科学负责人，他说：“对于真正了解信号源的数千个需求进行严格审查。”

甚至在8米范围内，世界上一些最大的望远镜都在增加机器人光谱仪。日本的斯巴鲁（Subaru）和ESO的甚大望远镜（Every Large Telescope）都在开发系统，可以清除微弱而遥远的物体的光谱。埃利斯说，将光纤光谱仪与斯巴鲁的8.2米反射镜结合使用，将能够挑选出银河系附近双子星仙女座星系中单个恒星的光谱。他说：“有了大望远镜，我们就可以在我们最近的邻居中进行银河考古。”

*改正，2月5日，下午3:10：此故事中表格的早期版本错失了两种SDSS-V望远镜的光纤总数。