# 最大的数码相机

拉普拉斯的迷你世界 · 图版 F63 · 能源、航天与探测 · 探测

> 鲁宾天文台的 LSST 相机，直径 1.65 米，长 3.73 米。三片透镜之后，是 189 块传感器、32 亿像素。一片滤光片正在换进光路。

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- 更新于：2026-11-04

## 01 十年的天空电影

2026 年 6 月底，鲁宾天文台开始为期十年的“时空遗产巡天”，简称 LSST。望远镜在智利的帕穹山上，海拔 2 647 米，每夜拍约 700 次，大约每 40 秒一张新图。主巡天覆盖南天约 1.8 万平方度，每片天区约三天拍一次。

十年里，每片天区在六种颜色下一共要拍大约 800 次。把同一片天的图按时间排起来，就是一部天空的延时电影：什么在动，什么变亮了，都看得出来。每夜的数据约 10 TB。

*2026 年 6 月开始 · 十年 · 每片天区约 800 次 · 每夜约 700 次*

## 02 一辆小车那么大

LSST 相机直径 1.65 米，长 3.73 米，重约 3 吨（各处公布的数在 2 800 到 3 060 千⁠克之间），大小像一辆小汽车。吉尼斯世界纪录把它列为最大的数码相机。它是在美国的 SLAC 国家加速器实验室造成的。

这里把它前上方的四分之一剖开，切口涂成红色。从前往后：前两片透镜、换滤光片的机构、围着杜瓦的滤光片转盘，杜瓦里是焦平面，最后面是装电子设备和管线的设备舱。旁边站着一个穿洁净服的人，高 1.75 米。

*直径 1.65 米 · 长 3.73 米 · 约 3 吨*

## 03 宽，而不是放大

这台相机并不比别的望远镜放得更大。它的长处是视场宽：一张图覆盖 9.6 平⁠方⁠度，直径 3.5°，约 45 个满月的面积，宽度是满月的七倍。

8.4 米的主镜（有效口径约 6.5 米）配上这么宽的视场：集光面积乘视场，得 319，单位是平方米⁠·⁠平⁠方⁠度；斯隆数字巡天只有 5.9。所以三四夜就能扫完看得见的南天。像有多清楚由大气决定：那里星像的典型宽度约 0.7 角⁠秒，而一个像素只有 0.2 角⁠秒。

*9.6 平⁠方⁠度 · 约 45 个满月 · 319 平⁠方⁠米⁠·⁠平⁠方⁠度*

## 04 189 块传感器

焦平面直径 0.64 米，上面铺着 189 块科学用的 CCD；每块每边 4 096 个像素，每个像素 10 微⁠米宽，对应天上 0.2 角⁠秒。九块一组装成一个“筏”，21 个筏排成方阵；四个角上另有四个筏，装导星和测量波前的传感器。

189 块 CCD 的像素加起来约 32 亿（本页的计算：189 × 4 096²）。CCD 来自两家厂商，同一个筏里的九块出自同一家。整个焦平面的起伏不超过头发丝宽度的十分之一。每块 CCD 有 16 个读出口，所有读出口同时工作。

*189 块 CCD · 21 个筏 · 约 32 亿像素 · 每像素 10 微⁠米*

## 05 比零下一百度还冷

CCD 装在杜瓦里：一个抽成真空（约 10⁻⁷ 托）的冷容器，L3 透镜就是它的窗。设计的工作温度约零下 100 °C；2026 年的论文说，焦平面实际在 150 开运行，约零下 123 °C。冷，是为了少出发亮的坏像素：温度越高，硅里自己冒出来的电荷就越多。

制冷用的是十种液体和气体的混合物。每个筏背后是读出电子板，也装在杜瓦里，设计在零下 10 °C 左右工作。管线从杜瓦的后部穿出，接到设备舱。

*设计约 −100 °C · 运行 150 开 · 约 10⁻⁷ 托*

## 06 剖开：三片透镜

星光先在主镜、副镜和三镜上反射三次，进相机时已经在会聚，再穿过三片熔石英透镜。L1 直径 1.57 米，被认为是造过的最大的高性能光学透镜；L2 直径 1.10 米；L3 直径约 0.7 米、厚约 6 厘⁠米，同时是杜瓦的真空窗，离焦平面只有 2.85 厘⁠米。

三片透镜不是用来放大的。它们修正厚窗口带来的色差，再把成像面压平，让平的焦平面处处清楚。图里的光线是示意，透镜里的折射没有画。

*L1 1.57 米 · L2 1.10 米 · L3 约 0.7 米 · 离焦平面 2.85 厘⁠米*

## 07 六种颜色，五个位置

CCD 只记亮度，不分颜色。颜色靠滤光片：u、g、r、i、z、y 六片，从紫外经过可见光到近红外，合起来覆盖 320 到 1 050 纳⁠米的波长。每片直径 75 厘⁠米，重 25.5 到 38 千⁠克，每面镀约 100 层膜，让一段颜色通过，把其余的反射掉。

相机里的转盘只放得下五片，放六片“在几何上不可能”：五个插座围着杜瓦排成五边形。第六片放在相机外面，白天用装填器换进来，大约每隔几个星期一次。

*u g r i z y · 320⁠–⁠1 050 纳⁠米 · 每片 75 厘⁠米，25.5⁠–⁠38 千⁠克*

## 08 九十秒换一片

要换颜色时，转盘转动，把选中的那片滤光片送到顶上的待命位置；换片机构把它从插座里取出，送进光路，位置误差不超过 100 微⁠米。整个过程不到 90 秒，每夜最多换 40 次。

真实的路线是一条复杂的三维轨迹，这里画成一段简单的弯导轨。滤光片到位之后，穿过它的光只剩它那一段颜色。

*少于 90 秒 · 定位 100 微⁠米 · 每夜最多 40 次*

## 09 三十秒，然后转向

一次“访问”就是一张 30 秒的曝光（在 u 波段是 38 秒）。快门的两半向两边滑开，再合上，开合各约 1 秒。原先的设计是每次拍两张 15 秒，调试之后改成了一张。

快门合上后读出全部像素：设计是 2 秒，实际放慢到约 3 秒，读出噪声更低。读出的同时，望远镜转向下一片天，转向时间的中位数是 4.8 秒。所以大约每 40 秒就有一张新图。

*曝光 30 秒 · 读出约 3 秒 · 转向 4.8 秒 · 约每 40 秒一张*

## 10 一分钟内发出警报

每张新图都和同一片天以前的图比较，亮度变了或位置动了的东西会生成一条警报。设计要求读出结束后 60 秒内发出 98 % 的警报，平均每次曝光至少能发 1 万条，长期平均每夜能发 1 000 万条；天文台现在估计每夜约 700 万条。警报对全世界公开，由七个自动“经纪人”系统分拣。

2025 年 6 月公布“第一眼”图像时，约 10 小⁠时的观测已经找到了 2 104 颗从没见过的小行星，其中 7 颗是近地小行星，都没有危险。十年里，预计要编目约 600 万个太阳系天体，看到的超新星约有 1 000 万颗。

*60 秒内 98 %（设计）· 每夜约 700 万条 · 10 小⁠时 2 104 颗新小行星*

## 11 被拉歪一点点

远处星系的光经过前景的质量时会被引力弯折，星系的样子被拉长一点点，这叫弱引力透镜。单看一个星系看不出来：星系本来就形状各异，每个方向的散布约为 0.26。本页的估算：要看出 1 % 的拉伸，约需 680 个星系一起平均。

所以它是统计：巡天要量约 20 亿个星系的形状，推算物质（大部分是看不见的暗物质）怎样分布、怎样随时间聚集。天文台以薇拉⁠·⁠鲁宾命名，她测量星系的转动，给出了看不见的物质存在的有力证据。地下的暗物质探测器，见图版“暗物质探测”。

*约 20 亿个星系的形状 · σₑ = 0.26 · 1 % 的拉伸约需 680 个星系*

## 12 从加州到安第斯山

相机在加州的 SLAC 造成。2020 年 1 月焦平面装完，同年 9 月拍出第一批 32 亿像素的照片：当时还没有透镜，用一个 150 微⁠米的针孔把图像投上去，拍的东西里有一颗罗马花椰菜。2024 年 4 月整机完工，5 月运到智利。

2025 年 3 月，它被吊上西蒙尼巡天望远镜；4 月 15 日第一次对准天空，6 月 23 日公布“第一眼”图像。2026 年 6 月 29 日起，十年巡天正式开始。太空里的红外望远镜见图版“韦布空间望远镜”。

*2020 年第一张 32 亿像素照片 · 2024 年完工 · 2025 年 4 月 15 日对天 · 2026 年 6 月巡天*

## 13 拆开来看

相机机身、前透镜组、换片机构、快门、滤光片转盘、杜瓦和设备舱，一件件分开。

指针停在哪一件上（手机上轻点一下），那一件便单独托起，标出名字，其余的淡去。

## 14 实验台

选一片滤光片、每次曝光多长、同一片天拍几次。读数是能拍到的最暗的星（5σ 的点源星等，数越大越暗）、整个视场里能数到的星系，和原始数据量。

这是本页的模型，不是天文台的巡天模拟：单次 30 秒的深度，用天文台公布的值；曝光加长或多拍几次，深度就按 1.25 × log₁₀（总时间 ÷ 30 秒）加深，这是天空背景限制时的近似。星系数用 DESC 给 i 波段的拟合公式，按同样曝光在 i 波段的深度算，深过 25.3 等是外推。数据量按每像素 2 字节、每张约 6.3 GB 算。

**试一试**：实验台上选 i 波段、每次曝光 30 秒：同一片天拍 20 次，数到的星系是拍 1 次的多少倍？

## 模型省略了什么

相机按 1:4 做。公开的尺寸都照用：直径 1.65 米，长 3.73 米；L1 1.57 米，L2 1.10 米，L3 约 0.72 米（透光口径）；滤光片 75 厘⁠米；焦平面 0.64 米；L3 离焦平面 2.85 厘⁠米。其余按公开的剖面图、分解图和照片读，没有公布的数字：各段的长度和壁厚、透镜的曲面、转盘和换片机构的样子、快门的位置和形状、杜瓦和设备舱里面的布置、白色的搬运支架。滤光片从转盘到光路的真实轨迹是复杂的三维路线，这里画成一段弯导轨。CCD 之间的缝画宽了，两家厂商的筏画成两种深浅，哪个筏是哪家没有照实。光线是示意，没有画透镜里的折射。实验台是本页的模型。

## 几个常见的误解

这台相机不是“放得更大”的望远镜：它的长处是视场宽、主镜大，扫天快。32 亿像素也不代表能看清更小的东西：清晰度由大气决定，一个像素比星像小得多。CCD 不拍彩色照片，颜色来自一次一片的滤光片。它不是每夜拍遍全天，而是三四夜拍遍看得见的南天。暗物质不是在哪一张图里“看见”的，而是从大量星系形状的统计里推算出来的。每夜的警报数和数据量是设计值或估计值。“201 块传感器”是把四个角上的 12 块也算进去了；拍科学图像的是 189 块。

## 常见问题

### LSST 相机有多大？

LSST 相机直径 1.65 米，长 3.73 米，重约 3 吨（各处公布的数在 2 800 到 3 060 千⁠克之间），大小像一辆小汽车。吉尼斯世界纪录把它列为最大的数码相机。

见：[02 一辆小车那么大](https://world.lapla.si/zh/rubin/#size)

### 鲁宾天文台的相机是放大倍数特别高吗？

这台相机并不比别的望远镜放得更大。它的长处是视场宽：一张图覆盖 9.6 平⁠方⁠度，直径 3.5°，约 45 个满月的面积，宽度是满月的七倍。

见：[03 宽，而不是放大](https://world.lapla.si/zh/rubin/#wide)

### LSST 相机有多少像素？

189 块 CCD 的像素加起来约 32 亿（本页的计算：189 × 4 096²）。

见：[04 189 块传感器](https://world.lapla.si/zh/rubin/#pixels)

### 为什么 LSST 相机里只放五片滤光片？

相机里的转盘只放得下五片，放六片“在几何上不可能”：五个插座围着杜瓦排成五边形。第六片放在相机外面，白天用装填器换进来，大约每隔几个星期一次。

见：[07 六种颜色，五个位置](https://world.lapla.si/zh/rubin/#filters)

### 时空遗产巡天（LSST）要拍多少次？

十年里，每片天区在六种颜色下一共要拍大约 800 次。

见：[01 十年的天空电影](https://world.lapla.si/zh/rubin/#survey)

## 资料来源

1. [Ivezić 等（2019）：LSST: From Science Drivers to Reference Design and Anticipated Data Products，ApJ 873, 111（0.64 米焦平面；0.2 角⁠秒像素；约 173 开；L3 是杜瓦的窗；每波段的访问次数；集光本领 319 平⁠方⁠米⁠·⁠平⁠方⁠度；大气限制清晰度；约 20 亿个星系的形状；相机剖面图）](https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab042c)
2. [LSST 相机团队（2026）：The On-Sky Performance of the LSST Camera CCD Array，arXiv:2606.31806（189 块 CCD；两家厂商；读出 3 秒；150 开；约 10⁻⁷ 托；2025 年 4 月 15 日第一次对天；分解图）](https://arxiv.org/abs/2606.31806)
3. [Boucaud 等（2026）：The filter exchange system of the LSSTCam at the Vera C. Rubin Observatory，arXiv:2606.31995（五边形转盘；复杂的三维轨迹；少于 90 秒；100 微⁠米；每夜最多 40 次；25.5⁠–⁠38 千⁠克）](https://arxiv.org/abs/2606.31995)
4. [Olivier 等（2012）：LSST Camera Optics Design，SPIE（三片熔石英透镜；L3 约 6 厘⁠米厚、离焦平面 2.85 厘⁠米；滤光片每面约 100 层膜）](https://www.osti.gov/servlets/purl/1046117)
5. [SLAC 与鲁宾天文台（2025）：The LSST Camera（LSSTCam）技术文档（每块 CCD 16 个读出口；快门开合约 1 秒；六个波段的中心和宽度）](https://lsstcam.lsst.io/)
6. [鲁宾天文台：Key numbers（2026 年 5 月更新：3 060 千⁠克；9.6 平⁠方⁠度；转向 4.8 秒；每夜约 700 次；每夜 10 TB；各波段深度；海拔 2 647 米）](https://rubinobservatory.org/for-scientists/rubin-101/key-numbers)
7. [鲁宾天文台：Rubin Numbers（2 800 千⁠克；约 45 个满月；320⁠–⁠1 050 纳⁠米；约 600 万个太阳系天体；约 1 000 万颗超新星）](https://rubinobservatory.org/explore/how-rubin-works/numbers)
8. [鲁宾天文台：LSST Camera（小汽车大小；约 −100 °C，为了少出亮的坏像素；转盘放不下六片；装填器）](https://rubinobservatory.org/explore/how-rubin-works/technology/camera)
9. [鲁宾天文台：Telescopes（8.4 米主镜，有效约 6.5 米；三面反射镜）](https://rubinobservatory.org/for-scientists/rubin-101/telescopes)
10. [鲁宾天文台：The Legacy Survey of Space and Time（2026 年 6 月开始；约三天一次）](https://rubinobservatory.org/for-scientists/rubin-101/the-legacy-survey-of-space-and-time-lsst)
11. [鲁宾巡天调度组：Updates to the baseline（一次 30 秒、u 波段 38 秒；读出 3.07 秒）](https://survey-strategy.lsst.io/baseline/changes.html)
12. [Graham 等：LSST Alerts: Key Numbers，DMTN-102（60 秒内 98 %；每次曝光至少 1 万条；每夜 10⁷ 条）](https://dmtn-102.lsst.io/DMTN-102.pdf)
13. [鲁宾天文台：Alert Stream 与 Alerts and brokers（每夜约 700 万条；七个全流经纪人系统）](https://rubinobservatory.org/explore/how-rubin-works/alerts)
14. [LSST 暗能量科学合作组（2018）：The LSST DESC Science Requirements Document，arXiv:1809.01669（i 波段星系计数的拟合；σₑ = 0.26）](https://arxiv.org/abs/1809.01669)
15. [SLAC（2020）：Sensors of world’s largest digital camera snap first 3,200-megapixel images（针孔；罗马花椰菜；头发丝的十分之一）](https://www6.slac.stanford.edu/news/2020-09-08-sensors-worlds-largest-digital-camera-snap-first-3200-megapixel-images-slac)
16. [SLAC（2024）：SLAC completes construction of the largest digital camera ever built for astronomy（1.57 米透镜；完工）](https://www6.slac.stanford.edu/news/2024-04-03-slac-completes-construction-largest-digital-camera-ever-built-astronomy)
17. [鲁宾天文台（2025）：Rubin Observatory Installs LSST Camera on Telescope](https://rubinobservatory.org/news/lsst-camera-installed)
18. [NOIRLab（2025）：Installing the Biggest Camera in the World（L2 1.10 米；L3 0.69 米；十种液体和气体）](https://noirlab.edu/public/announcements/annee25022/)
19. [NOIRLab（2025）：First Look 新闻稿（约 10 小⁠时，2 104 颗新小行星，7 颗近地）](https://noirlab.edu/public/news/noirlab2521/)
20. [SLAC（2026）：Rubin Observatory begins capturing the greatest cosmic movie ever made（巡天开始；约每 40 秒一张）](https://www6.slac.stanford.edu/news/2026-06-30-action-rubin-observatory-begins-capturing-greatest-cosmic-movie-ever-made)
21. [吉尼斯世界纪录：Largest digital camera（1.65 米 × 3.73 米，2 800 千⁠克）](https://www.guinnessworldrecords.com/world-records/728927-largest-digital-camera)
22. [鲁宾天文台：Who was Vera Rubin?](https://rubinobservatory.org/about/vera-rubin)

## 数据

The camera follows the LSST Camera team’s published drawings: the ¾-section cutaway in Ivezić et al., ApJ 873, 111 (2019), the exploded views in arXiv:2606.31806 and arXiv:2606.31995 (T. Lange, SLAC), and photographs by SLAC (J. Ramseyer Orrell, G. Stewart, F. Abbott) and NOIRLab (T. Lange, B. Quint). The published sizes are used where they exist (1.65 m × 3.73 m; L1 1.57 m, L2 1.10 m, L3 about 0.72 m; filters 75 cm; the focal plane 0.64 m; L3 2.85 cm from the focal plane); the rest is read off the drawings, and the notes list what is simplified. The visits, depths, galaxy counts, data volumes and the laboratory are computed by this page (src/topics/rubin/science.js, tests/rubin.test.js) from the figures quoted in its sources; the laboratory is this page’s model, not the observatory’s survey simulation. Material presets, parts and the softbox studio of the site’s model kit are ported from AirsupHQ/machine-skill (MIT, © 2026 Air Supply Technologies Inc.).

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## 引用这幅图版

拉普拉斯的迷你世界，图版 F63《最大的数码相机》，https://world.lapla.si/zh/rubin/，CC BY-NC 4.0，2026-11-04 更新。