魯賓天文臺：揭開宇宙膨脹速度之謎

宇宙的膨脹速度超乎預期，而薇拉·C·魯賓天文臺（Vera C. Rubin Observatory）將在未來十年內，透過探測數百萬顆爆炸恆星——Ia型超新星，徹底革新我們對宇宙的認知。這些絢爛的爆炸猶如宇宙的量尺，協助科學家測量宇宙的膨脹，並深化我們對暗能量的理解。暗能量是推動宇宙膨脹的神秘力量。

魯賓天文臺每晚進行的天空巡測，將提供前所未有的海量資料，這需要先進的機器學習工具即時處理和分析這些天體事件。從中獲得的見解，可能會改寫我們對宇宙形成、演化和最終命運的既有認識。

超新星發現的新時代即將到來，魯賓天文臺即將見證數百萬顆恆星在太空中爆炸。這些瀕死的恆星，也就是Ia型超新星，能幫助科學家測量宇宙距離，研究暗能量如何影響宇宙膨脹。在其長達10年的「時空遺產巡天」（Legacy Survey of Space and Time，LSST）期間，魯賓天文臺可能會改變我們對宇宙何時以及如何形成的理解。

在太空中測量距離，比在地球上困難得多。一顆恆星看起來可能更亮，但它是真的更近，還是隻是發出更多的光呢？為了精確測量宇宙距離，科學家依賴具有已知亮度的天體，比如Ia型超新星。

這些壯觀的爆炸，是夜空中有史以來記錄到最明亮的現象之一，它們是白矮星劇烈死亡的結果，為科學家提供了可靠的宇宙量尺。它們的亮度和顏色，再結合其所在星系的資訊，使科學家能夠計算出它們的距離，以及在其光線到達我們這裡的過程中，宇宙膨脹了多少。透過足夠多的Ia型超新星觀測，科學家可以測量宇宙的膨脹速率，以及它是否隨時間變化。

儘管到目前為止，我們已經捕捉到了數千顆Ia型超新星，但僅僅觀測一兩次是不夠的——它們短暫的光線隨時間的變化中蘊藏著大量資訊。美國國家科學基金會（NSF）和美國能源部科學辦公室共同資助的薇拉·C·魯賓天文臺，即將開始為期十年的每晚對南半球天空進行掃描，大約每隔幾天就會覆蓋整個南半球。每當魯賓天文臺探測到一個天體的亮度或位置發生變化，就會向科學界發出警報。憑藉如此快速的探測能力，魯賓天文臺將成為我們在Ia型超新星消失之前發現它們的最強有力工具。

魯賓天文臺由美國國家科學基金會和美國能源部科學辦公室聯合資助。它是美國國家科學基金會的NOIRLab和美國能源部的史丹佛直線加速器中心國家加速器實驗室（SLAC National Accelerator Laboratory）的聯合專案，雙方將合作運營魯賓天文臺。

像魯賓/LSST暗能量科學合作組織成員阿奈斯·莫勒（Anais Möller）這樣的科學家，期待著魯賓天文臺長達十年的「時空遺產巡天」。在此期間，預計將探測到數百萬顆Ia型超新星。莫勒表示，魯賓天文臺產生的大量資料，將讓我們獲得各種不同距離、不同型別星系中的Ia型超新星樣本。

事實上，在「時空遺產巡天」的頭幾個月裡，魯賓天文臺發現的Ia型超新星數量，將超過最初發現暗能量時所使用的數量。暗能量是一種神秘力量，它使得宇宙的膨脹速度比根據引力理論預期的要快。目前的測量結果暗示，暗能量可能會隨時間變化，如果得到證實，這將有助於完善我們對宇宙年齡和演化的理解。這反過來又會影響我們對宇宙如何形成的認識，包括早期宇宙中恆星和星系形成的速度。

有了來自整個宇宙的大量Ia型超新星樣本，科學家將能夠完善我們現有的時空地圖，更全面地瞭解暗能量的影響。莫勒說，宇宙膨脹就像橡皮筋被拉伸。如果暗能量不是恆定的，那就像是在橡皮筋的不同位置施加不同的拉力。「我認為在未來十年，我們將能夠確定暗能量是恆定的還是隨著宇宙時間演化的。魯賓天文臺將使我們能夠利用Ia型超新星做到這一點。」

魯賓天文臺每晚將產生約20PB的資料，並發出高達1000萬次警報——歷史上從未有過其他望遠鏡能產生如此海量的資料。這要求科學家重新思考如何管理快速警報，並開發處理大量輸入資料集的方法和系統。

魯賓天文臺每晚大量的警報將透過七個社群軟體系統進行管理，並提供給科學家。這些系統將接收和處理這些警報，然後提供給世界各地的科學家。莫勒與跨領域的科學家們合作，正在開發其中一個名為Fink的系統。

這些軟體系統每晚從魯賓天文臺收集警報，將魯賓天文臺的資料與其他資料集合併，並使用機器學習技術根據型別對它們進行分類，例如千新星、變星或Ia型超新星等。使用魯賓天文臺社群系統（如Fink）的科學家，將能夠根據選擇的過濾器對大量的警報資料集進行分類，從而快速找到對他們的研究有用的資料。

莫勒說：「由於資料量巨大，我們不能再像以前那樣進行科學研究。魯賓天文臺代表著一個世代的轉變。我們的責任是開發下一代將使用的方法。」