周圍環(huán)境發(fā)生了哪些變化？不管我們承認(rèn)與否，我們確實想要了解一切事物。但對于所有人 類和整個地球而言，問題是：銀河系正發(fā)生哪些變化？令人驚訝的是，我們對此知之甚少，因為我們真的很難從細(xì)節(jié)中看見整體。然而，英國天文學(xué)家發(fā)起的MOONS項目旨在改變之一現(xiàn)狀。FAULHABER的技術(shù)將為此發(fā)揮重要作用。

　　缺乏銀河系相關(guān)知識

　　提及探索我們賴以生存的圓盤狀螺旋星系時，天文學(xué) 家通常會提出一個基本問題：雖然地球不在銀河系正中

　　間，但它仍然位于銀河系的盤狀平面上。因此，如果想從 地球這個有利角度看到銀河系中心，甚至看到銀河系另一 邊，視野無疑會被無數(shù)的恒星擋住。站在地球上觀測時，很難甚至無法確定所觀測事物在銀盤中的位置。對于銀河 系，我們知之甚少的一個區(qū)域是銀河系中心的致密區(qū)，在 這里，無數(shù)恒星和氣體云聚集在一個假定的黑洞周圍。但是即將開展的一個重大天文學(xué)項目將幫助填補許多 相關(guān)知識空白。來自多個國家的八個研究所參與了這個 項目。該項目由歐洲南方天文臺（ESO）發(fā)起。這個科 學(xué)組織正在智利阿塔卡馬沙漠運營一些世界上最強(qiáng)大的 望遠(yuǎn)鏡。這些望遠(yuǎn)鏡包括帕拉那爾天文臺的甚大望遠(yuǎn)鏡 （VLT），該望遠(yuǎn)鏡口徑為8.2米。該項目旨在為VLT裝備一種新的儀器，用于捕捉來自太 空的光信號。上述儀器是一種光譜儀，能夠同時捕捉落入 光譜可見光和紅外光范圍的大量宇宙天體。其縮寫名稱即 為項目名稱：多目標(biāo)光學(xué)和近紅外光譜儀，MOONS。其 由蘇格蘭首府愛丁堡的英國天文學(xué)科技中心（UK ATC）協(xié)調(diào)。

　　光譜而非照片

　　“使用高質(zhì)量照相機(jī)時，你可以更換相機(jī)鏡頭。但使 用天文望遠(yuǎn)鏡時，情況正好相反–VLT配有優(yōu)質(zhì)鏡片，我們只需用我們的MOONS取代目前連接的“照相機(jī)” 即可，UK ATC的科學(xué)家William Taylor博士解釋道。憑 借新技術(shù)，MOONS在觀測太空方面開辟了全新的可能 性，盡管它不會生成傳統(tǒng)意義上的大尺寸圖像，只會捕 捉微小細(xì)節(jié)。它的工作方式如下：與以往的天文望遠(yuǎn)鏡類似，VLT的 巨大鏡片和反射鏡指向待觀測的太空部分。讓MOONS的 1001根光纖末端與待觀測宇宙區(qū)域內(nèi)的單個天體對齊。這款新儀器并不像照相機(jī)一樣捕捉整個選定區(qū)域，而是讓 光纖對準(zhǔn)宇宙中的某些點上。甚至也不只是拍攝這些點，而是通過棱鏡將其光線分成單獨的部分，即不同的波長。Taylor博士解釋道：“從科學(xué)角度講，這種方法產(chǎn)生 的信息比圖像多得多?！薄袄?， 我們可以了解天體的 化學(xué)成分。此外，這允許我們計算其動力學(xué)，即運動的 速度和方向。由于MOONS可以捕捉近紅外光譜，因此我 們可以精確地分析從遙遠(yuǎn)天體傳到我們這里的光所經(jīng)歷 的紅移?！碑?dāng)一顆恒星遠(yuǎn)離地

　　球時，其光波長會變長。 這就是部分可見光轉(zhuǎn)移到不可見紅外光范圍的方式，該 范圍仍然接近可見光譜。

　　視野中有數(shù)千個天體

　　先前技術(shù)允許單獨觀測最多約100個天體，并且只能 在可見光范圍內(nèi)觀測。MOONS不僅把這個數(shù)字提升了 10倍，

　　而且也進(jìn)一步增加了信息的深度。在銀河系中，這不僅能讓我們更精確地觀測到細(xì)節(jié)，還能更清晰地看 到整個觀測環(huán)境。“這個項目的一個目標(biāo)是創(chuàng)建一張銀河系的3D地圖，讓某種GPS能在整個銀河系中進(jìn)行導(dǎo)航。MOONS的分辨率極高，能讓我們觀測到非常遙遠(yuǎn)的事物，也能讓我們 追溯很久以前發(fā)生的事情。我們或許能夠觸及在幾億年 內(nèi)發(fā)生的大爆炸的成因?！边@有助于讓科學(xué)家探索宇宙 的初創(chuàng)期。Taylor博士說，雖然在當(dāng)今時代，探索宇宙 初創(chuàng)期在某種程度上已成為可能，但是MOONS能為我們 提供更加清晰、詳細(xì)的圖像。“我們能以前所未有的深度 繪制宇宙的地圖?！?天文學(xué)家的目標(biāo)是在大約五年的時間里探索幾百萬個 天體。為了達(dá)到這一目標(biāo)，這臺光譜儀的1001根光纖必 須快速且大部分自動指向宇宙天體。這可以通過相同數(shù) 量的光纖定位單元（FPU）實現(xiàn)。每個FPU都有兩個步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元，安裝在回差縮減直齒輪減速箱上。后 面的驅(qū)動單元可以推動FPU的中心軸（α）。偏心安裝 在FPU上的前電機(jī)減速箱驅(qū)動單元（β）同時推動光纖 尖端。兩個軸向運動的結(jié)合可以讓每個FPU覆蓋一個圓 形區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)可以隨機(jī)對齊光纖。該區(qū)域與相鄰 FPU的區(qū)域部分重疊。這意味著可以控制捕捉區(qū)內(nèi)的每 個點。為了滿足定位重復(fù)性方面的挑戰(zhàn)性要求（這是避 免FPU尖端之間碰撞的必要條件），驅(qū)動系統(tǒng)解決方案 必須極其精確。為了確保所需的精度并避免FPU尖端之間 的碰撞，系統(tǒng)必須以高重復(fù)性運行。高質(zhì)量步進(jìn)電機(jī)源自 FAULHABER PRECISTEP；FAULHABER Minimotor 的零回 差減速箱有助于提高定位精度。FAULHABER子公司mps負(fù) 責(zé)模塊的機(jī)械設(shè)計。

　　特制瞄準(zhǔn)裝置

　　“我們收到了FAULHABER集團(tuán)所有三家參與公司提 供的非常寶貴的意見，”負(fù)責(zé)UK ATC的FPU開發(fā)工作的Steve Watson博士報告稱?！叭绻麤]有他們提供的專業(yè) 知識，我們就不可能以這種形式開發(fā)出這個核心模塊， 尤其是不可能達(dá)到我們所要求的數(shù)量。除了光纖的對齊 速度之外，還必須確保對齊非常精確。我們實現(xiàn)了0.2 度 的精度和低至20微米的定位可再現(xiàn)性?？紤]到FPU的長 度和模塊化設(shè)計，這些數(shù)據(jù)都表明取得了良好的成果。此外，這些單元始終與焦面板適當(dāng)對齊，而模塊也適當(dāng) 布置在焦面板上的所有適當(dāng)位置?！?部件的高精度和極高可靠性使控制程序操作簡單，這 是完美運行光譜儀的另一個要求。復(fù)雜的電子元件和控 制邏輯將嚴(yán)重阻礙1001個單元的快速同步控制。由于部件的高質(zhì)量，通過簡單的開環(huán)控制可以實現(xiàn)精確對齊。 該技術(shù)必須非常健全，幾乎不需要維護(hù)，以便在計劃的 10年系統(tǒng)使用壽命內(nèi)不間斷地執(zhí)行其任務(wù)。項目經(jīng)理Alasdair Fairley博士表示已經(jīng)克服了這些技 術(shù)問題： “我們在MOONS上取得了良好的進(jìn)展，預(yù)計能 在2021年夏天安裝光譜儀。調(diào)試大約需要半年的時間，因此我們可能會在2022年初開始繪制宇宙地圖。我們相 信，未來十年，F(xiàn)PU將保持全面運行，無需維護(hù)。”