北京時間2021年1月14日，國家天文臺北京-亞利桑那巡天（BASS）團隊和暗能量光譜巡天（DESI）國際合作項目團隊聯合發佈了最新巨幅宇宙二維天圖，為即將開始的新一代宇宙學紅移巡天構建三維宇宙鋪平了道路。
現代流行的宇宙起源學說認為我們的宇宙起源於137億前的一次大爆炸。大爆炸理論認為宇宙最初所有的能量都集中於密度極大且溫度極高的點。大爆炸之後，宇宙不斷地膨脹，溫度逐漸降低，物質也不斷產生和聚集，形成了我們現在能看到恆星和星系。
近代天文觀測證實了宇宙在不斷膨脹，而且處於加速膨脹狀態。驅動宇宙膨脹的力量被天文學家稱為暗能量。暗能量至今還是一個謎團，它佔宇宙組成約68%，剩餘物質為暗物質和普通重子物質。
圖1. 宇宙的組成成分（圖源：作者）
通過對宇宙中大量星系的光譜觀測，人們能夠準確獲得星系的退行速度，也就是紅移，從而獲得天體的距離。大規模星系的紅移測量能夠準確刻畫出宇宙物質的三維分佈，精確勾勒出暗能量對宇宙膨脹的影響。
DESI被稱為第四代宇宙學巡天項目，是美國能源部支持的國際合作項目，中國也參與其中。它計劃利用5年的時間，獲取數千萬星系的紅移，構建當前最大的三維宇宙，有望揭露暗能量的神秘面紗。
在開展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滿足大規模光譜觀測的需求。而我們只有5年左右的時間獲取這樣的圖像數據。因此DESI尋求與多個天文臺開展國際合作。
經國家天文臺和DESI國際合作團隊近200名科研人員的不懈努力，歷時6年進行聯合觀測和數據分析，對觀測的圖像拼接，打造了巨幅宇宙二維天圖。該宇宙二維天圖覆蓋了兩萬平方度的天空，約為全天球面積的一半，容納了10萬億數碼像素，包含了20億天體。
圖2. 此次發佈的巨幅二維宇宙圖像，面積約2萬平方度。BASS觀測天區為圖中偏藍色的區域。其中放大的子圖展示了位於BASS巡天範圍內的候選光譜觀測目標（圖源：DESI圖像巡天數據的發佈網站）
這些深度圖像數據是DESI光譜巡天順利進行的第一要素。在構建的巨幅宇宙二維天圖中，國家天文臺聯合美國亞利桑那大學開展的北京-亞利桑那巡天貢獻了北半球的星空。
圖3. BASS巡天使用的2.3米望遠鏡。背景圓頂為DESI所使用的4米望遠鏡（圖源：作者）
BASS巡天聯合了國內高校和國外合作單位組建了專門的觀測隊伍，前往美國亞利桑那州基特峰進行巡天觀測。總共獲得觀測時間387天，這是國內天文學家使用國外望遠鏡觀測時間最長的紀錄。自2015年開始，歷時4年零3個月，參與人次數超90人次，培養了大批青年觀測人才。
BASS巡天觀測已於2019年3月圓滿結束。針對圖像巡天的數據獲取，研究人員開發了自動化觀測和質量控制軟件，能夠實時獲取最優觀測的圖像，並自動制定觀測計劃。
圖4. 參與BASS巡天項目的觀測人員，多數為青年科研人員和學生（圖源：作者）
BASS數據團隊獨立開發了數據處理軟件，並利用阿裡雲的雲計算資源進行數據處理和分析，發佈了三個版本的數據產品。BASS巡天團隊聯合國際合作團隊為DESI光譜選源發佈了8個數據產品。
此次公佈的數據是經過1年半時間的處理後發佈DESI光譜選源的最終版本數據，包括了最大面積的觀測圖像和最準確的天體測量。作為DESI項目順利實施的保障，此次發佈的巡天數據也將成為全球天文界的數據遺產，發揮更廣泛的科研價值。同時，中國天文學家因BASS巡天的貢獻，成為DESI項目的創始成員，將在未來光譜觀測和科學研究中發揮重要作用。
圖5.BASS觀測部分天體彩色圖像（圖源：作者）
作者簡介：鄒虎，中國科學院國家天文臺副研究員，從事大規模圖像和光譜巡天以及星系形成演化研究。負責南銀冠u波段巡天和北京-亞利桑那巡天，深度參與了SDSS和DESI光譜巡天國際合作，目前是DESI項目董事會成員。
來源：光明網
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