积分场摄谱仪：用一次拍摄获得星系的3D视图

姜德杰

想一下，如何能抓住一只苍蝇？是的，动作要飞快，因为像大多数昆虫一样，苍蝇可以360°检测到周围的活动。苍蝇眼睛是复眼，由大量微小的光感受器（又称“小眼”）组成。这些

小眼同时工作，可获取一个宽视场马赛克视图。蚂蚁可拥有几个到1000个小眼，苍蝇和蜜蜂有几千个小眼，而蝴蝶和蜻蜓有几万个。小眼数量越多，昆虫的视场越宽，视力就越锐利。

利用类似的原理，科学家研发了一种积分场器件（IFU）。在积分场器件中，视场被分成了许多单元格或细分段，以获得一个物体的全面概观。积分场器件被广泛应用于地球遥感，特别是

天气预报以及监测自然灾害和气候变化。

歐洲南方天文台将积分场器件用于天文学中，通过一次摄像、使用一种被称为积分场光谱的技术来研究延展天体，如星云、星系或拥挤的星团或星系团。在该技术中，将来自场域的每个单元或像素的信号输入一个摄谱仪中，生成每个像素的光谱。所有光谱都被排列成数据立方（参见图2），数据立方含有二维视场，外加来自摄谱仪的第三维，将光分解成不同的颜色或波长（参见图3）。天文学家可以用积分场摄谱仪的丰富信息来测量遥远星系中的气体运动或在视场中发现的不同星系间的距离等。

不同类型的积分场器件使用不同的技术来划分视场。用于天文学的三种主要积分场器件有：

1.微透镜阵列（非常像昆虫的复眼）。

2.光纤束，可以单独使用，也可以同微透镜阵列一起使用（见图4）。

3.星象切分器（见图5）。

积分场器件的想法最早是由G.库尔特于1982年提出的。首次应用于天文学中是与TIGER仪器同时使用的，并于1987年通过设置在夏威夷莫纳克亚山的3.6米望远镜观察到了第一束光。用于TIGERS的积分场器件是一个微透镜阵列。

欧洲南方天文台的第一台专用积分场摄谱仪是SINFONI，它在2004年通过甚大望远镜（VLT） 观察到了第一束光。SINFONI与一个带有巨大积分场器件的星象切分器协调工作，其工作原理和缪斯探测器（MUSE）一样。多目标摄谱仪（FLAMES）也有两个积分场器件，而第二代红外摄谱仪

（KMOS）拥有24个小型积分场器件，安装在可伸展臂中。VIMOS也有一个相当宽的积分场器件，容微引力透镜和纤维束于一身。所有这些仪器都具有不同的特征——它们对不同波长敏感，具有不同的视场和不同的光谱分辨率，这使得它们适合于观察不同类型的物体并解决不同的天文问题。

积分场摄谱仪正变得越来越复杂，检测器越来越大，能使我们更清晰、更深入地对宇宙进行3D了解。就像昆虫进化那样，积分场器件正在从蚂蚁进化成蜻蜓。