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據(jù)“中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)”公眾號(hào)消息，北京時(shí)間2021年1月14日，國(guó)家天文臺(tái)北京-亞利桑那巡天（BASS）團(tuán)隊(duì)和暗能量光譜巡天（DESI）國(guó)際合作項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)聯(lián)合發(fā)布了最新巨幅宇宙二維天圖，為即將開(kāi)始的新一代宇宙學(xué)紅移巡天構(gòu)建三維宇宙鋪平了道路。

現(xiàn)代流行的宇宙起源學(xué)說(shuō)認(rèn)為我們的宇宙起源于137億前的一次大爆炸。大爆炸理論認(rèn)為宇宙最初所有的能量都集中于密度極大且溫度極高的點(diǎn)。大爆炸之后，宇宙不斷地膨脹，溫度逐漸降低，物質(zhì)也不斷產(chǎn)生和聚集，形成了我們現(xiàn)在能看到恒星和星系。

近代天文觀測(cè)證實(shí)了宇宙在不斷膨脹，而且處于加速膨脹狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)宇宙膨脹的力量被天文學(xué)家稱為暗能量。暗能量至今還是一個(gè)謎團(tuán)，它占宇宙組成約68%，剩余物質(zhì)為暗物質(zhì)和普通重子物質(zhì)。

圖1. 宇宙的組成成分

通過(guò)對(duì)宇宙中大量星系的光譜觀測(cè)，人們能夠準(zhǔn)確獲得星系的退行速度，也就是紅移，從而獲得天體的距離。大規(guī)模星系的紅移測(cè)量能夠準(zhǔn)確刻畫(huà)出宇宙物質(zhì)的三維分布，精確勾勒出暗能量對(duì)宇宙膨脹的影響。

DESI被稱為第四代宇宙學(xué)巡天項(xiàng)目，是美國(guó)能源部支持的國(guó)際合作項(xiàng)目，中國(guó)也參與其中。它計(jì)劃利用5年的時(shí)間，獲取數(shù)千萬(wàn)星系的紅移，構(gòu)建當(dāng)前最大的三維宇宙，有望揭露暗能量的神秘面紗。

在開(kāi)展DESI光譜紅移巡天之前，研究人員需要獲得比以往面積更大、更深的宇宙二維圖像來(lái)滿足大規(guī)模光譜觀測(cè)的需求。而我們只有5年左右的時(shí)間獲取這樣的圖像數(shù)據(jù)。因此DESI尋求與多個(gè)天文臺(tái)開(kāi)展國(guó)際合作。

經(jīng)國(guó)家天文臺(tái)和DESI國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)近200名科研人員的不懈努力，歷時(shí)6年進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析，對(duì)觀測(cè)的圖像拼接，打造了巨幅宇宙二維天圖。該宇宙二維天圖覆蓋了兩萬(wàn)平方度的天空，約為全天球面積的一半，容納了10萬(wàn)億數(shù)碼像素，包含了20億天體。

圖2. 此次發(fā)布的巨幅二維宇宙圖像，面積約2萬(wàn)平方度。BASS觀測(cè)天區(qū)為圖中偏藍(lán)色的區(qū)域。其中放大的子圖展示了位于BASS巡天范圍內(nèi)的候選光譜觀測(cè)目標(biāo)（圖源：DESI圖像巡天數(shù)據(jù)的發(fā)布網(wǎng)站）

這些深度圖像數(shù)據(jù)是DESI光譜巡天順利進(jìn)行的第一要素。在構(gòu)建的巨幅宇宙二維天圖中，國(guó)家天文臺(tái)聯(lián)合美國(guó)亞利桑那大學(xué)開(kāi)展的北京-亞利桑那巡天貢獻(xiàn)了北半球的星空。

圖3. BASS巡天使用的2.3米望遠(yuǎn)鏡。背景圓頂為DESI所使用的4米望遠(yuǎn)鏡

BASS巡天聯(lián)合了國(guó)內(nèi)高校和國(guó)外合作單位組建了專門的觀測(cè)隊(duì)伍，前往美國(guó)亞利桑那州基特峰進(jìn)行巡天觀測(cè)。總共獲得觀測(cè)時(shí)間387天，這是國(guó)內(nèi)天文學(xué)家使用國(guó)外望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)時(shí)間最長(zhǎng)的紀(jì)錄。自2015年開(kāi)始，歷時(shí)4年零3個(gè)月，參與人次數(shù)超90人次，培養(yǎng)了大批青年觀測(cè)人才。

BASS巡天觀測(cè)已于2019年3月圓滿結(jié)束。針對(duì)圖像巡天的數(shù)據(jù)獲取，研究人員開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化觀測(cè)和質(zhì)量控制軟件，能夠?qū)崟r(shí)獲取最優(yōu)觀測(cè)的圖像，并自動(dòng)制定觀測(cè)計(jì)劃。

圖4. 參與BASS巡天項(xiàng)目的觀測(cè)人員，多數(shù)為青年科研人員和學(xué)生

BASS數(shù)據(jù)團(tuán)隊(duì)獨(dú)立開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)處理軟件，并利用阿里云的云計(jì)算資源進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，發(fā)布了三個(gè)版本的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。BASS巡天團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)為DESI光譜選源發(fā)布了8個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

此次公布的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)1年半時(shí)間的處理后發(fā)布DESI光譜選源的最終版本數(shù)據(jù)，包括了最大面積的觀測(cè)圖像和最準(zhǔn)確的天體測(cè)量。作為DESI項(xiàng)目順利實(shí)施的保障，此次發(fā)布的巡天數(shù)據(jù)也將成為全球天文界的數(shù)據(jù)遺產(chǎn)，發(fā)揮更廣泛的科研價(jià)值。同時(shí)，中國(guó)天文學(xué)家因BASS巡天的貢獻(xiàn)，成為DESI項(xiàng)目的創(chuàng)始成員，將在未來(lái)光譜觀測(cè)和科學(xué)研究中發(fā)揮重要作用。

圖5.BASS觀測(cè)部分天體彩色圖像

作者簡(jiǎn)介

鄒虎， 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副研究員，從事大規(guī)模圖像和光譜巡天以及星系形成演化研究。 負(fù)責(zé)南銀冠u波段巡天和北京-亞利桑那巡天，深度參與了SDSS和DESI光譜巡天國(guó)際合作，目前是DESI項(xiàng)目董事會(huì)成員。