智利薇拉·魯賓天文台的 LSST 相機

智利薇拉·魯賓天文台(Vera C. Rubin Observatory)的 LSST 相機。就在今年 2 月底,這台地表最強相機正式發佈了第一批科學觀測警報,宣告人類進入了「動態宇宙」的新紀元。這台相機的硬體規格,只能說是地表最強。

它擁有高達 3200 Megapixels(32 億畫素) 的超大感光平面。這解析度誇張到什麼程度?如果你要把這台相機拍的一張完整照片以原始畫質顯示出來,你需要整整 400 台 4K 高畫質電視拼成一面牆才夠放!
搭配 8.4 公尺的主鏡片,它按下一次快門,就能把相當於 45 個滿月大小的夜空範圍全部捕捉下來,進光量極其驚人。
為了拍攝不同波長的光,相機內建了六種不同的濾鏡。但這可不是一般能拿在手上的玻璃鏡片,這裡每一片濾鏡都重達 24 到 38 公斤!天文台甚至必須專門打造一組工業級的機械手臂,才能在夜間自動幫這台怪獸相機「抽換濾鏡」。
任務目標是拍攝長達 10 年的宇宙縮時攝影,過去的天文學往往是盯著宇宙的某一個小角落看,但 LSST 相機的任務完全不同。它的拍攝節奏極度瘋狂,每 40 秒按一次快門,無間斷地大範圍掃描整個南半球星空。
它預計要連續拍攝整整 10 年!這等於是在為整個宇宙拍攝一部超高畫質、超廣角的縮時攝影。透過這種方式,科學家只要把今天拍的照片跟昨天拍的影像直接相減,就能立刻抓出宇宙中任何正在移動或亮度改變的物體,例如朝地球飛來的極速小行星、或是遙遠星系中剛剛爆發的超新星。
這台怪獸相機預計每晚會產生高達 700 萬次的「變動警報」,資料量龐大到人類根本不可能用肉眼看完。為了不讓天文學家被這些數據淹死,科學家們導入了最新的 AI 機器學習與大語言模型架構,打造出了一套全自動宇宙篩圖與調色系統。
當相機拍下一張新照片時,超級電腦會瞬間把它跟同一個天區的歷史參考影像疊加在一起。這就像是在影像軟體裡把兩個圖層相減(Difference 模式)。如果兩張照片一模一樣,相減後就會變成全黑;但如果相減後畫面上亮起了一個點,就代表那個地方發生了變化,可能是有一顆小行星飛過,或是幾十億光年外有一顆恆星剛剛爆炸(超新星)。這套系統能在 60 秒內完成這項超高畫素的對比運算。
找出了變動的亮點後,挑戰才剛開始。因為這 700 萬個亮點中,有 99% 是雜訊,比如大氣層擾動、相機感光元件的熱雜訊,或是馬斯克的星鏈衛星剛好反光。
這時,經過海量天文數據訓練的 AI 模型就會介入。它會自動分析這個亮點的光變曲線,以及它在不同濾鏡下的色彩數據,瞬間判斷出:這只是衛星反光,丟垃圾桶!,這顆移動軌跡很詭異,可能是未知的近地小行星,標記為高危險!這個光譜特徵符合『Ia型超新星』爆發,立刻發送最高級別警報!」
這套結合了頂尖光學硬體與 AI 算力的系統,讓人類觀測宇宙的反應時間從幾天大幅縮短到了幾秒鐘。我們不再只是看著宇宙過去的靜態照片,而是正在看著宇宙的現場直播。