斯隆數(shù)字化巡天：繪制宇宙的三維圖像

□ 茅傾青

斯隆數(shù)字化巡天：繪制宇宙的三維圖像

□ 茅傾青

作者茅傾青曾就讀于復(fù)旦大學(xué)物理系，現(xiàn)為范德堡大學(xué)（Vanderbilt University）的博士研究生，師從于Andreas Berlind教授，長期使用SDSS數(shù)據(jù)，主要研究方向?yàn)橛钪娴拇蟪叨冉Y(jié)構(gòu)和宇宙學(xué)。

圖1 日落時(shí)分的SDSS望遠(yuǎn)鏡（拍攝：David Kirkby）。

在美國新墨西哥州，靠近著名的白沙國家公園，有一座山頂上坐落著一臺(tái)很特別的天文望遠(yuǎn)鏡。它十幾年如一日地掃視著夜空，長期進(jìn)行著一項(xiàng)特殊的天文觀測任務(wù)。這個(gè)項(xiàng)目稱為斯隆數(shù)字化巡天（Sloan Digital Sky Survey，簡稱SDSS），其主要目標(biāo)是為我們的宇宙繪制一張三維的圖像！

不同于針對(duì)特定天體進(jìn)行觀測，天文巡天是對(duì)大范圍的海量目標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一的觀測。巡天的概念其實(shí)由來已久。早在數(shù)字CCD出現(xiàn)以前，天文學(xué)家就曾試著使用照相底板對(duì)大片天區(qū)進(jìn)行逐塊地拍照。而今我們已進(jìn)入了全數(shù)字化巡天的時(shí)代。巡天一方面可以幫助天文學(xué)家建立全面的天體目錄。而更重要的是，巡天能給我們帶來大量統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，使得天文學(xué)家可以從統(tǒng)計(jì)的角度來研究我們的宇宙。

天文學(xué)家們并不滿足于獲得天體的二維圖像，還想知道天體的更多信息。比如，想要完整地了解宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)，我們必須知道星系在三維空間中的分布。這時(shí)不僅需要知道星系在天球上的位置，還需要知道星系的距離。哈勃定律告訴我們，遙遠(yuǎn)星系的紅移與它們的距離成正比。為了推算星系的距離，我們需要采集每個(gè)星系的光譜來精確測量其紅移，于是就有了光譜紅移巡天的概念。

除了紅移，不同天體的光譜還可以告訴我們很多關(guān)于天體的故事。比如，恒星光譜可以幫助我們了解其化學(xué)組成等參數(shù)；星系光譜能告訴我們星系的動(dòng)力學(xué)特性；類星體光譜可以用于研究其中的黑洞的物理性質(zhì)，甚至能用于探測類星體和我們之間的星系間氣體的分布。光譜為我們打開了一扇全新的大門，一個(gè)大規(guī)模高質(zhì)量的光譜巡天能大大推動(dòng)天文學(xué)和天體物理學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的研究，而SDSS就是迄今規(guī)模最大的光譜巡天項(xiàng)目之一。

圖2 SDSS拍攝的M51渦狀星系

SDSS小歷史

早在上世紀(jì)80年代中期，隨著CCD技術(shù)的迅猛發(fā)展以及計(jì)算機(jī)控制和數(shù)據(jù)處理能力的大幅躍進(jìn)，天文學(xué)家們便開始設(shè)想大規(guī)模的數(shù)字化光譜巡天項(xiàng)目。斯隆數(shù)字化巡天的計(jì)劃由此誕生。經(jīng)過了多年的籌劃和施工，SDSS望遠(yuǎn)鏡于1998年5月9日進(jìn)行了首次觀測，正式的日常巡天觀測開始于2000年。

從2000年到2005年是SDSS的第一階段（SDSS-I），在此期間SDSS對(duì)超過8000平方度的天區(qū)進(jìn)行了五個(gè)波段的掃描拍照，并在其中的5700平方度天區(qū)里的選取了部分星系和類星體，采集了它們的光譜。SDSS的第二期（SDSS-II）始于2005年，除了繼續(xù)進(jìn)行星系光譜巡天，SDSS也開始了一項(xiàng)針對(duì)銀河系內(nèi)恒星的巡天，以及一項(xiàng)超新星巡天。到2008年中期，SDSS-III正式開始。第三期增加了專門針對(duì)銀河系銀盤和核球部分的紅外光譜巡天，以及一個(gè)搜尋太陽系外行星的視向速度巡天。星系和類星體光譜巡天也被推向了更高的紅移。

SDSS-III將于2014年中旬完成，第四期SDSS-IV將緊隨其后。除了延續(xù)并擴(kuò)展先前針對(duì)大尺度結(jié)構(gòu)和銀河系演化的巡天項(xiàng)目之外，SDSS-IV還將增加多個(gè)全新的任務(wù)，包括使用積分視場單元來研究星系動(dòng)力學(xué)和星系演化，針對(duì)變星和類星體的時(shí)間域光譜巡天（詳見下文），以及一個(gè)與X射線望遠(yuǎn)鏡eROSITA合作的項(xiàng)目等。在接下來的六年中，SDSS將延續(xù)其輝煌，繼續(xù)幫助我們加深對(duì)宇宙的理解。

儀器設(shè)備SDSS望遠(yuǎn)鏡

SDSS專用于巡天的望遠(yuǎn)鏡位于美國新墨西哥州的東南部，薩克拉門托山脈上的阿帕奇波因特天文臺(tái)(Apache Point Observatory，簡稱APO，北緯32°46′49.30″，西經(jīng)105° 49′13.50″，海拔2788米)。APO遠(yuǎn)離城市，大氣視寧度極佳，非常適合天文觀測。

SDSS望遠(yuǎn)鏡是專為巡天而設(shè)計(jì)的。出于多方面的考慮，SDSS望遠(yuǎn)鏡有不少區(qū)別于傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡的地方。首先，SDSS望遠(yuǎn)鏡并沒有建造圓頂建筑，而是只有一個(gè)可以移動(dòng)的小頂棚。在觀測時(shí)，頂棚會(huì)完全移開，望遠(yuǎn)鏡會(huì)裸露在外面。為了防風(fēng)和避免其他光源的干擾，望遠(yuǎn)鏡上安裝了一個(gè)長方體的保護(hù)罩。這樣的設(shè)計(jì)有多個(gè)好處：降低了建造成本；降低了建筑和周邊空氣間的熱效應(yīng)對(duì)視寧度的影響，提高了成像質(zhì)量；最大化地降低了建筑可能對(duì)望遠(yuǎn)鏡的遮擋等。

望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了大型望遠(yuǎn)鏡常用的RC系統(tǒng)，主鏡直徑2.5米，副鏡直徑1.08米，整體焦比f/5。SDSS望遠(yuǎn)鏡的特色之一是擁有一個(gè)直徑3°的幾乎沒有畸變的大視場，這相當(dāng)于6個(gè)滿月的直徑！作為用于巡天的望遠(yuǎn)鏡，擁有一個(gè)高質(zhì)量的超大視場是非常重要的，這讓我們可以一次觀測更大面積的天區(qū)，使得巡天更為高效。

除了主望遠(yuǎn)鏡，SDSS還有一臺(tái)0.5米口徑的測光望遠(yuǎn)鏡，用于在巡天過程中監(jiān)測大氣溫度和壓力的微弱變化，以助于校準(zhǔn)SDSS的巡天數(shù)據(jù)。測光望遠(yuǎn)鏡位于主望遠(yuǎn)鏡建筑一旁的小圓頂房內(nèi)。

SDSS相機(jī)

圖3 APO天文臺(tái)全景。最左側(cè)的是打開的2.5米口徑SDSS望遠(yuǎn)鏡。望遠(yuǎn)鏡關(guān)閉時(shí)，頂棚可以向左滑動(dòng)來遮蓋住望遠(yuǎn)鏡。頂棚旁邊的是0.5米測光望遠(yuǎn)鏡。右后方為ARC3.5米望遠(yuǎn)鏡。照片為面向北方拍攝。

圖4 由北側(cè)拍攝的APO全景。后方是2.5米SDSS望遠(yuǎn)鏡，可移動(dòng)頂棚，以及0.5米測光望遠(yuǎn)鏡。中間為NMSU1.0米望遠(yuǎn)鏡。前方為ARC3.5米望遠(yuǎn)鏡。

SDSS的成像相機(jī)是一件杰作。相機(jī)包含了30塊2048×2048像素的CCD，總像素超過1.25億，這在當(dāng)年是非常驚人的規(guī)模。30塊CCD排列成5×6的陣列，每列對(duì)應(yīng)了u、g、r、i、z五個(gè)波段的濾光片。除此之外，兩側(cè)還有24塊2048×400像素的小CCD，用于校準(zhǔn)、測光、對(duì)焦等輔助功能。

進(jìn)行圖像巡天時(shí)，相機(jī)可以運(yùn)行于一種被稱為時(shí)間延遲積分（Time Delay and Integration，TDI）的“掃描”模式。在這種模式下，望遠(yuǎn)鏡每次只需對(duì)準(zhǔn)夜空中的一點(diǎn)，幾乎不需要移動(dòng)。隨著天球的轉(zhuǎn)動(dòng)，天體所成的影像會(huì)劃過相機(jī)的CCD平面，逐次通過每個(gè)濾光片，數(shù)小時(shí)下來便可得到天球上一長條區(qū)域的五個(gè)波段的照片。反復(fù)這樣的過程，就可以得到連續(xù)的大片天區(qū)的數(shù)字照片。

SDSS相機(jī)前后總共拍攝的區(qū)域超過全天區(qū)的三分之一，其中很多區(qū)域都被掃描了不止一次。其拍攝的海量高質(zhì)量圖像被廣泛應(yīng)用于專業(yè)天文學(xué)研究，以及各種公民科學(xué)項(xiàng)目和科普項(xiàng)目。如今，SDSS相機(jī)已經(jīng)退役，收藏于華盛頓特區(qū)的史密森尼博物館，以紀(jì)念其對(duì)天文學(xué)所做出的巨大貢獻(xiàn)。

圖5 頂棚可以滑動(dòng)，在望遠(yuǎn)鏡關(guān)閉時(shí)保護(hù)望遠(yuǎn)鏡。圖為頂棚關(guān)閉時(shí)的樣子。

圖6 由30片CCD組成的SDSS的成像相機(jī)。CCD排列成5×6的陣列，有五個(gè)波段的濾色片。

光譜采集

拍攝夜空的圖像只是SDSS的第一步，作為一個(gè)光譜紅移巡天項(xiàng)目，測量天體的光譜才更值得期待。光譜測量要比圖像拍攝更為耗時(shí)耗力，尤其是對(duì)于暗弱的深空天體，往往需要至少幾十分鐘的曝光時(shí)間才能得到符合要求的光譜。如果對(duì)一個(gè)個(gè)天體依次測量光譜，那根本無法在有限的時(shí)間里達(dá)到我們想要的規(guī)模。我們必須要能同時(shí)采集成百上千個(gè)天體的光譜才行。

SDSS主要的光譜儀器是一對(duì)可見光波段的光纖導(dǎo)入式光譜儀，裝載于望遠(yuǎn)鏡的底部。其最初設(shè)計(jì)為可以同時(shí)采集640條可見光波段的光譜，SDSS-III時(shí)升級(jí)為可同時(shí)采集1000條光譜，波長覆蓋范圍在3600?至10400埃。另外還有為銀河系演化巡天項(xiàng)目新建的可同時(shí)采集300條紅外光譜的高分辨率近紅外光譜儀（覆蓋1.51至1.7微米波段），以及用于視向速度巡天的可同時(shí)觀測60顆恒星的干涉光譜儀。

圖7 一塊用于采集光譜的光纖插板。板上的每個(gè)孔都對(duì)應(yīng)了一個(gè)天體的位置，孔上會(huì)插入光纖，以引導(dǎo)特定天體的光至光譜儀。下方展示了一個(gè)已裝置好光纖插板并插好光纖的盒子。觀測時(shí)，整個(gè)盒子會(huì)被安裝到望遠(yuǎn)鏡的底部。（Paul Preuss和Dan Long拍攝制作）

圖8 觀測人員正在往插板上插光纖，自SDSS-III起，每塊板上都需要安裝上千根光纖。（Thomas Nash拍攝）

圖9 SDSS望遠(yuǎn)鏡底部。兩側(cè)綠色盒子中安裝著可同時(shí)采集上千條天體光譜的光譜儀。

為了能將每個(gè)天體的光分別導(dǎo)入光譜儀，需要在望遠(yuǎn)鏡焦平面上每個(gè)天體的相應(yīng)位置安插一根光纖。為了解決光纖定位問題，SDSS采用了一種比較原始粗暴的方法——對(duì)每一小片天區(qū)制作一塊專門的光纖插板。光纖插板的原料是一塊直徑約80厘米、厚約0.3厘米的鋁制圓板。針對(duì)每片3°左右的天區(qū)，我們首先根據(jù)SDSS圖像巡天所得數(shù)據(jù)挑選出想要采集光譜的天體，隨后根據(jù)這些天體的位置，在圓形光纖插板上的相應(yīng)位置打出小孔。在觀測前，研究人員會(huì)預(yù)先把上千根光纖手工插到每一個(gè)小孔上。待觀測時(shí)，插好光纖的插板可以整個(gè)安裝到望遠(yuǎn)鏡底部。此時(shí)將望遠(yuǎn)鏡指向?qū)?yīng)的天區(qū)，每個(gè)孔的位置都會(huì)精確對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的天體——恒星、星系、類星體，孔上的光纖會(huì)把來自相應(yīng)的天體的光傳導(dǎo)至光譜儀。

使用這樣的觀測方法，SDSS在一個(gè)晴好的夜晚可以采集數(shù)千個(gè)天體的光譜。為了能完整覆蓋大面積的天區(qū)，SDSS迄今已經(jīng)制作了超過6000塊這樣的光纖插板。如今，很多最新的望遠(yuǎn)鏡，比如我國的LAMOST，已開始使用更為先進(jìn)的機(jī)器人光纖定位技術(shù)，相比之下SDSS所采用的方法顯得有些原始。然而在SDSS設(shè)計(jì)建造的當(dāng)年，這一方案可以說是最行之有效的，而且也便于隨后的升級(jí)拓展。事實(shí)證明了這一方案是成功的——十幾年來，SDSS已經(jīng)使用光纖插板累計(jì)測量了超過300萬條光譜！

SDSS-III

斯隆數(shù)字化巡天的第三期（SDSS-III）開始于2008年，將于2014年中旬正式結(jié)束。SDSS-III包含四個(gè)主要部分：BOSS、SEGUE-2、APOGEE和MARVELS。

1.重子振蕩光譜巡天（Baryon Oscillation Spectroscopic Survey，簡稱BOSS）延續(xù)著SDSS的一大傳統(tǒng)項(xiàng)目——測量宇宙的三維大尺度結(jié)構(gòu)。重子聲學(xué)振蕩是傳播于早期宇宙的等離子體中的密度波，這些早期的波會(huì)在今日宇宙的物質(zhì)分布上留下痕跡。通過測量大量星系和類星體的紅移，我們可以繪出一張星系和類星體的三維地圖，從中探尋重子聲學(xué)振蕩的痕跡。不僅如此，類星體光譜還可以幫助我們探測星系間的中性氫，描繪宇宙中氣體的三維分布。這些三維大尺度結(jié)構(gòu)可以用來研究宇宙的起源和演化。BOSS總共會(huì)測量10000平方度天區(qū)里的超過150萬個(gè)亮星系和16萬個(gè)高紅移類星體的光譜，星系紅移范圍遠(yuǎn)至0.7（相當(dāng)于約85億光年的距離），類星體的紅移范圍在2.2到3之間（相當(dāng)于距離我們約180億至210億光年的范圍）。

2.SEGUE-2（Sloan Extension for Galactic Understanding and Exploration 2）是斯隆巡天探索銀河系結(jié)構(gòu)的拓展部分，使用了原始的SDSS光譜系統(tǒng)。早先的SEGUE第一期已經(jīng)測量23萬個(gè)恒星的光譜，而SEGUE-2會(huì)在此基礎(chǔ)上再測量12萬個(gè)恒星的光譜。SEGUE-2側(cè)重于探索銀河系的外圍——銀暈——的結(jié)構(gòu)。結(jié)合兩期SEGUE數(shù)據(jù)，天文學(xué)家得以研究銀暈的動(dòng)力學(xué)和演化歷史。SEGUE還幫助天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了很多此前未知的結(jié)構(gòu)，包括星流和銀河系周圍的矮星系。

3.APO銀河系演化實(shí)驗(yàn)（Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment，簡稱APOGEE）是SDSS探索銀河系結(jié)構(gòu)的又一努力。不同于SEGUE側(cè)重銀河系外圍，APOGEE的目標(biāo)是觀測銀河系的銀盤、核球和棒狀結(jié)構(gòu)。由于銀河系的銀盤內(nèi)充滿了大量的氣體和塵埃，在可見光波段我們很難看得很遠(yuǎn)，這時(shí)必須選擇紅外波段來幫助我們穿透這“重重迷霧”。為此APOGEE專門建造了一臺(tái)高分辨率的紅外光譜儀，并選擇在紅外波段非常明亮的紅巨星作為其主要觀測目標(biāo)。待SDSS-III完成時(shí)，APOGEE將總共采集超過10萬顆紅巨星的紅外光譜，屆時(shí)我們對(duì)銀河系的認(rèn)識(shí)必將上一個(gè)新臺(tái)階。

4.MARVELS全稱為多目標(biāo)APO視向速度外星行星大面積巡天（Multi-Object APO Radial Velocity Exoplanet Large-area Survey）。顧名思義，這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是通過視向速度法來尋找外星行星，其設(shè)計(jì)靈敏度特別適合于探測巨行星至褐矮星大小的天體。MARVELS會(huì)持續(xù)監(jiān)測1萬顆主序星和1千顆巨星的視向速度，所得的數(shù)據(jù)可以幫助我們了解巨行星的形成和演化過程。

SDSS-IV

計(jì)劃中的斯隆數(shù)字化巡天第四期（SDSS-IV）將于2014年中旬正式開始，為期六年。目前先期準(zhǔn)備工作和儀器測試等都已陸續(xù)展開。SDSS-IV將包含eBOSS、APOGEE-2和MaNGA三大板塊，其中又各包含一些子項(xiàng)目。

1.eBOSS（Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey）是BOSS項(xiàng)目的延伸。BOSS的星系紅移最高到0.7左右，而eBOSS會(huì)將紅移上限推進(jìn)到1.0。更特別的是，eBOSS對(duì)類星體的觀測將會(huì)大大增強(qiáng)，其目標(biāo)是紅移0.9至3.5之間的約74萬個(gè)類星體。這其中包括了從未被任何巡天項(xiàng)目所探索過的紅移范圍。eBOSS所覆蓋總體積將會(huì)數(shù)倍于目前的BOSS，這樣的規(guī)模也是前所未見的。

除了主項(xiàng)目之外，eBOSS還有兩個(gè)子項(xiàng)目。TDSS是一個(gè)時(shí)間域光譜巡天（Time-Domain Spectroscopic Survey），將會(huì)跟蹤測量約10萬個(gè)變星和類星體的光譜，增強(qiáng)我們對(duì)于恒星物理和類星體物理的認(rèn)識(shí)。SPIDERS（SPectroscopic IDentification of ERosita Sources）是一個(gè)和eROSITA衛(wèi)星合作的項(xiàng)目。將于2015年發(fā)射的eROSITA是新一代的X射線太空望遠(yuǎn)鏡，而SPIDERS將使用SDSS光譜來辨識(shí)和確認(rèn)eROSITA所找到的X射線類星體和X射線星系團(tuán)。

2.APOGEE-2是APOGEE項(xiàng)目的擴(kuò)大計(jì)劃，預(yù)計(jì)采集的恒星紅外光譜數(shù)量將增加到30萬條。為了能獲得銀河系的全貌，除了使用北半球的SDSS望遠(yuǎn)鏡，APOGEE-2還將同時(shí)使用位于南半球智利的拉斯坎帕納斯天文臺(tái)（Las Campanas Observatory）的2.5米口徑杜邦望遠(yuǎn)鏡（du Pont Telescope）。屆時(shí)，我們將可以得知銀河系形成和演化的更多細(xì)節(jié)。

3.MaNGA（Mapping Nearby Galaxies at APO）是SDSS-IV所引入的一個(gè)全新的板塊，它將使用積分視場單元（Integral Field Unit，簡稱IFU）來觀測鄰近的1萬個(gè)星系。以往對(duì)于一個(gè)星系我們只采集一條來自星系中心的光譜。而使用IFU，我們可以對(duì)每個(gè)星系安放一簇光纖，同時(shí)得到來自星系各個(gè)部分的多條光譜。這使得我們可以了解每個(gè)星系不同部分的速度、表面密度、年齡、化學(xué)組分、恒星形成速率等信息，對(duì)于星系形成和演化的研究有著重大的意義。

圖10 SDSS拍攝的M13武仙座球狀星團(tuán)

數(shù)據(jù)處理和發(fā)布

從望遠(yuǎn)鏡和CCD得到的原始數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過一系列的處理——比如移除天空背景光、修正大氣吸收、根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)恒星來校準(zhǔn)等——才能得到真正可用的數(shù)據(jù)。這一系列的處理軟件被稱為“管道”軟件（Pipeline）。原始數(shù)據(jù)“流”過一系列的“管道”，才能得到天體的實(shí)際圖像和光譜，而這些新數(shù)據(jù)又可以再流入下一步的管道，以測量紅移和化學(xué)組分等實(shí)用信息。SDSS的管道軟件是整個(gè)團(tuán)隊(duì)合作努力的結(jié)果，經(jīng)過了多年不斷的開發(fā)和完善。如果沒有可靠的管道軟件的幫助，SDSS將不可能發(fā)布如此高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

SDSS團(tuán)隊(duì)在數(shù)據(jù)發(fā)布方面保持著優(yōu)良的傳統(tǒng)，幾乎每年都會(huì)向全球公開發(fā)布最新版本的數(shù)據(jù)。發(fā)布的數(shù)據(jù)中不僅包括基礎(chǔ)的圖像和光譜，還有大量由SDSS科學(xué)家制作的衍生數(shù)據(jù)，比如類星體表、星系表、恒星和星系參數(shù)、萊曼α森林樣本等。隨同數(shù)據(jù)一起發(fā)布的還有大量用于數(shù)據(jù)處理的軟件，以及詳盡的描述和幫助文檔。SDSS也提供了多種多樣的數(shù)據(jù)訪問方式，即可以在網(wǎng)頁界面直接查找某個(gè)天體的信息，也可以通過專業(yè)的數(shù)據(jù)庫訪問方式批量地下載數(shù)據(jù)。

早在2001年，SDSS就首次公開發(fā)布了大量試觀測數(shù)據(jù)。第一版正式數(shù)據(jù)DR1（Data Release 1）發(fā)布于2003年，當(dāng)時(shí)包括了約2000平方度天區(qū)的圖像數(shù)據(jù)以及約18萬條光譜數(shù)據(jù)。截至本文撰寫時(shí)，最新一版的數(shù)據(jù)是發(fā)布于2013年中旬的第十版DR10。DR10的圖像數(shù)據(jù)覆蓋了14555平方度天區(qū)的多波段數(shù)字圖像，可分辨的恒星和星系總數(shù)超過4億個(gè)！可見光光譜數(shù)據(jù)包括了1848851條星系光譜、308377條類星體光譜和736484條恒星光譜。另外，還有全新的來自APOGEE項(xiàng)目的57454條紅外光譜。如此龐大的數(shù)據(jù)，都可以從SDSS的網(wǎng)站上免費(fèi)獲取。

科學(xué)成果

極其豐富而又專業(yè)的數(shù)據(jù)，加上便利的訪問方式，使得SDSS數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于專業(yè)天文學(xué)研究，所涉及的領(lǐng)域近有太陽系周圍的恒星，遠(yuǎn)至靠近可觀測宇宙邊緣的類星體，小到小行星，大到宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)。使用SDSS數(shù)據(jù)的主要研究課題包括（但不限于）暗物質(zhì)和暗能量、大尺度結(jié)構(gòu)的形成與演化、星系演化、類星體和活動(dòng)星系核物理、銀河系結(jié)構(gòu)和演化等方面。粗略統(tǒng)計(jì)表明，截至2013年，累計(jì)已有超過5000篇的學(xué)術(shù)論文直接提及SDSS，間接使用SDSS的科學(xué)研究更是不計(jì)其數(shù)。

天文學(xué)科普和教學(xué)中也經(jīng)常出現(xiàn)SDSS的身影。一些著名的天文類網(wǎng)站和軟件應(yīng)用都使用了SDSS的數(shù)據(jù)，比如著名的谷歌星空（Google Sky）和萬維望遠(yuǎn)鏡（WorldWide Telescope）。SDSS網(wǎng)站上也提供了不少教學(xué)工具，可以幫助教師使用SDSS數(shù)據(jù)來設(shè)計(jì)天文學(xué)課程。近幾年興起的一些互聯(lián)網(wǎng)公民科學(xué)項(xiàng)目更是進(jìn)一步利用了SDSS資源，把天文學(xué)科研和科普結(jié)合在了一起，比如研究星系形態(tài)的星系動(dòng)物園（GalaxyZoo）以及研究銀河系結(jié)構(gòu)的MilkyWay@home項(xiàng)目。

圖11 SDSS圖像數(shù)據(jù)所覆蓋的天空區(qū)域，上方小圖自左向右不斷放大，可見SDSS圖像的分辨水平。由M. Blanton基于DR9數(shù)據(jù)制作。

合作團(tuán)隊(duì)

斯隆數(shù)字化巡天的成功離不開廣泛的國際合作。目前，參與SDSS-III的成員單位有來自各個(gè)國家的近40所大學(xué)、天文臺(tái)、研究所和研究團(tuán)體，成員單位之間既有分工，又有合作。整個(gè)合作團(tuán)隊(duì)內(nèi)部有著合理的組織架構(gòu)和成文的規(guī)章制度，以保證研究工作能夠高效地進(jìn)行。合作團(tuán)隊(duì)會(huì)定期召開會(huì)議來交流學(xué)術(shù)成果，審議工作進(jìn)度，并制定新的計(jì)劃。

在SDSS之前，如此大型的合作項(xiàng)目在天文學(xué)界是非常少見的。SDSS在此開創(chuàng)了先河，豎立了良好的榜樣，影響了天文學(xué)界的合作研究文化。許多曾參與SDSS的學(xué)生和研究人員，如今散布在全球各處，繼續(xù)在各類合作項(xiàng)目中流傳分享著SDSS的合作經(jīng)驗(yàn)。

SDSS團(tuán)隊(duì)中始終不乏中國學(xué)生、學(xué)者的身影，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)的LAMOST項(xiàng)目也曾與SDSS-II有過合作。自2014年起，多家中國的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)將參與到SDSSIV，包括中國科學(xué)院國家天文臺(tái)、中國科學(xué)院上海天文臺(tái)、南京大學(xué)、清華大學(xué)。相信未來的六年里，更多來自中國的研究人員會(huì)活躍于SDSS的舞臺(tái)，和全球各地的天文學(xué)家一起，繼續(xù)繪制宇宙的三維圖像。

圖12 SDSS的BOSS和eBOSS團(tuán)隊(duì)于2013年12月在伯克利國家實(shí)驗(yàn)室召開會(huì)議時(shí)的合影（拍攝： Roy Kaltschmidt）。

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圖3，4由Astrophysical Research Consortium (ARC)提供。

圖1，5，8，9由Fermilab Visual Media Services提供。

圖2，6，7，10，11，12由SDSS團(tuán)隊(duì)提供。