虽然 NASA 的詹姆斯·韦伯太空望远镜正在帮助天文学家在距地球 150 万公里处拍摄122 兆像素的照片,但该机构的最新相机仅用 36 像素即可实现突破性的太空科学。是的,36 像素,而不是 36 兆像素。
X 射线成像和光谱任务 (XRISM),发音为“crism”,是 NASA 和日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 之间的合作项目。该任务的卫星于去年九月发射进入轨道,此后一直在宇宙中寻找一些最复杂的科学问题的答案。该任务的成像仪器 Resolve 具有 36 像素图像传感器。
这个六乘六的像素阵列每边尺寸为 0.2 英寸(五毫米),与Apple iPhone 15 和 15 Plus中的图像传感器没有太大区别。这些智能手机的主摄像头尺寸为 8 x 6 毫米,但像素为 48 兆像素。那是 48,000,000 像素,仅比 36 略多一点。
像索尼 a7R V这样的全画幅相机怎么样,这是首选的高分辨率无反光镜相机?该相机的像素超过 60 兆像素,可拍摄 9,504 x 6,336 像素的图像。该图像传感器共有 60,217,344 个像素,是 XRISM Resolve 成像器像素数的 1,672,704 倍。
此时,我们有理由想知道:“科学家们能用 36 个像素看到什么?”事实证明,数量相当多。
Resolve 可检测“软”X 射线,其能量比可见光波长高出约 5,000 倍。它研究了宇宙最热的区域、最大的结构和最大质量的宇宙物体,如超大质量黑洞。虽然它可能没有很多像素,但它的像素非常出色,可以产生从 400 到 12,000 电子伏特的丰富光谱的视觉数据。
“Resolve 不仅仅是一台相机。它的探测器会测量照射到它的每条 X 射线的温度,”美国宇航局戈达德 XRISM 项目科学家布莱恩·威廉姆斯 (Brian Williams) 解释道。“我们将 Resolve 称为微热量光谱仪,因为它的 36 个像素中的每一个都在测量每束传入 X 射线传递的微量热量,使我们能够以前所未有的细节查看构成源的元素的化学指纹。”
换句话说,传感器的 36 个像素中的每一个都可以独立、准确地测量特定波长光的温度变化。该传感器根据其吸收的 X 射线来测量每个像素的温度变化,从而使其能够测量单个电磁辐射粒子的能量。
这些数据包含大量信息,科学家可以利用这些 X 射线了解有关非常遥远物体的大量信息。
Resolve 可以精确地检测特定波长的光,从而可以检测目标内各个元素的运动,“有效地提供 3D 视图”。该相机可以探测遥远星系团内的气体流动,并跟踪超新星爆炸碎片中不同元素的行为。
36 像素图像传感器在科学操作过程中必须处于极冷状态,才能实现这一令人难以置信的壮举。
摄像师可能会在无反光镜相机上安装一个风扇,以在高分辨率视频录制期间保持其凉爽。然而,对于像 Resolve 这样的乐器来说,风扇是不够的。
使用六级冷却系统,传感器被冷却至 -459.58 华氏度(-273.1 摄氏度),仅比绝对零值高 0.09 华氏度(0.05 摄氏度)。顺便说一下,宇宙本身的平均温度约为-454.8华氏度(-270.4摄氏度)。
“Resolve 仪器利用戈达德在过去几十年发明和完善的技术,让我们能够更深入地了解 X 射线发射物体的构成和运动,”凯利继续说道。
XRISM 和 Resolve 提供天体物理学史上最详细、最精确的 X 射线光谱数据。他们仅用三打像素,就绘制了人类理解宇宙的新路线(并结束了百万像素竞赛)。
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