積分場攝譜儀：用一次拍攝獲得星系的3D視圖

姜德杰

想一下，如何能抓住一只蒼蠅？是的，動作要飛快，因為像大多數昆蟲一樣，蒼蠅可以360°檢測到周圍的活動。蒼蠅眼睛是復眼，由大量微小的光感受器（又稱“小眼”）組成。這些

小眼同時工作，可獲取一個寬視場馬賽克視圖。螞蟻可擁有幾個到1000個小眼，蒼蠅和蜜蜂有幾千個小眼，而蝴蝶和蜻蜓有幾萬個。小眼數量越多，昆蟲的視場越寬，視力就越銳利。

利用類似的原理，科學家研發了一種積分場器件（IFU）。在積分場器件中，視場被分成了許多單元格或細分段，以獲得一個物體的全面概觀。積分場器件被廣泛應用于地球遙感，特別是

天氣預報以及監測自然災害和氣候變化。

歐洲南方天文臺將積分場器件用于天文學中，通過一次攝像、使用一種被稱為積分場光譜的技術來研究延展天體，如星云、星系或擁擠的星團或星系團。在該技術中，將來自場域的每個單元或像素的信號輸入一個攝譜儀中，生成每個像素的光譜。所有光譜都被排列成數據立方（參見圖2），數據立方含有二維視場，外加來自攝譜儀的第三維，將光分解成不同的顏色或波長（參見圖3）。天文學家可以用積分場攝譜儀的豐富信息來測量遙遠星系中的氣體運動或在視場中發現的不同星系間的距離等。

不同類型的積分場器件使用不同的技術來劃分視場。用于天文學的三種主要積分場器件有：

1.微透鏡陣列（非常像昆蟲的復眼）。

2.光纖束，可以單獨使用，也可以同微透鏡陣列一起使用（見圖4）。

3.星象切分器（見圖5）。

積分場器件的想法最早是由G.庫爾特于1982年提出的。首次應用于天文學中是與TIGER儀器同時使用的，并于1987年通過設置在夏威夷莫納克亞山的3.6米望遠鏡觀察到了第一束光。用于TIGERS的積分場器件是一個微透鏡陣列。

歐洲南方天文臺的第一臺專用積分場攝譜儀是SINFONI，它在2004年通過甚大望遠鏡（VLT） 觀察到了第一束光。SINFONI與一個帶有巨大積分場器件的星象切分器協調工作，其工作原理和繆斯探測器（MUSE）一樣。多目標攝譜儀（FLAMES）也有兩個積分場器件，而第二代紅外攝譜儀

（KMOS）擁有24個小型積分場器件，安裝在可伸展臂中。VIMOS也有一個相當寬的積分場器件，容微引力透鏡和纖維束于一身。所有這些儀器都具有不同的特征——它們對不同波長敏感，具有不同的視場和不同的光譜分辨率，這使得它們適合于觀察不同類型的物體并解決不同的天文問題。

積分場攝譜儀正變得越來越復雜，檢測器越來越大，能使我們更清晰、更深入地對宇宙進行3D了解。就像昆蟲進化那樣，積分場器件正在從螞蟻進化成蜻蜓。