周圍環境發生了哪些變化？不管我們承認與否，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節中看見整體。然而，英國天文學家發起的MOONS項目旨在改變之一現狀。FAULHABER的技術將為此發揮重要作用。
缺乏銀河系相關知識
提及探索我們賴以生存的圓盤狀螺旋星系時，天文學 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域是銀河系中心的致密區，在 這里，無數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項目將幫助填補許多 相關知識空白。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）發起。這個科 學組織正在智利阿塔卡馬沙漠運營一些世界上最強大的 望遠鏡。這些望遠鏡包括帕拉那爾天文臺的甚大望遠鏡 （VLT），該望遠鏡口徑為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：多目標光學和近紅外光譜儀，MOONS。其 由蘇格蘭首府愛丁堡的英國天文學科技中心（UK ATC）協調。
光譜而非照片
“使用高質量照相機時，你可以更換相機鏡頭。但使 用天文望遠鏡時，情況正好相反–VLT配有優質鏡片，我們只需用我們的MOONS取代目前連接的“照相機” 即可，UK ATC的科學家William Taylor博士解釋道。憑 借新技術，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意義上的大尺寸圖像，只會捕 捉微小細節。它的工作方式如下：與以往的天文望遠鏡類似，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域內的單個天體對齊。這款新儀器并不像照相機一樣捕捉整個選定區域，而是讓 光纖對準宇宙中的某些點上。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：“從科學角度講，這種方法產生 的信息比圖像多得多。”“例如， 我們可以了解天體的 化學成分。此外，這允許我們計算其動力學，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天體傳到我們這里的光所經歷 的紅移。”當一顆恒星遠離地
球時，其光波長會變長。 這就是部分可見光轉移到不可見紅外光范圍的方式，該 范圍仍然接近可見光譜。
視野中有數千個天體
先前技術允許單獨觀測最多約100個天體，并且只能 在可見光范圍內觀測。MOONS不僅把這個數字提升了 10倍，
而且也進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節，還能更清晰地看 到整個觀測環境。“這個項目的一個目標是創建一張銀河系的3D地圖，讓某種GPS能在整個銀河系中進行導航。MOONS的分辨率極高，能讓我們觀測到非常遙遠的事物，也能讓我們 追溯很久以前發生的事情。我們或許能夠觸及在幾億年 內發生的大爆炸的成因。”這有助于讓科學家探索宇宙 的初創期。Taylor博士說，雖然在當今時代，探索宇宙 初創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、詳細的圖像。“我們能以前所未有的深度 繪制宇宙的地圖。” 天文學家的目標是在大約五年的時間里探索幾百萬個 天體。為了達到這一目標，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 量的光纖定位單元（FPU）實現。每個FPU都有兩個步 進電機驅動單元，安裝在回差縮減直齒輪減速箱上。后 面的驅動單元可以推動FPU的中心軸（α）。偏心安裝 在FPU上的前電機減速箱驅動單元（β）同時推動光纖 尖端。兩個軸向運動的結合可以讓每個FPU覆蓋一個圓 形區域，在該區域內可以隨機對齊光纖。該區域與相鄰 FPU的區域部分重疊。這意味著可以控制捕捉區內的每 個點。為了滿足定位重復性方面的挑戰性要求（這是避 免FPU尖端之間碰撞的必要條件），驅動系統解決方案 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，系統必須以高重復性運行。高質量步進電機源自 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 責模塊的機械設計。
特制瞄準裝置
“我們收到了FAULHABER集團所有三家參與公司提 供的非常寶貴的意見，”負責UK ATC的FPU開發工作的Steve Watson博士報告稱。“如果沒有他們提供的專業 知識，我們就不可能以這種形式開發出這個核心模塊， 尤其是不可能達到我們所要求的數量。除了光纖的對齊 速度之外，還必須確保對齊非常精確。我們實現了0.2 度 的精度和低至20微米的定位可再現性。考慮到FPU的長 度和模塊化設計，這些數據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對齊，而模塊也適當 布置在焦面板上的所有適當位置。” 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。復雜的電子元件和控 制邏輯將嚴重阻礙1001個單元的快速同步控制。由于部件的高質量，通過簡單的開環控制可以實現精確對齊。 該技術必須非常健全，幾乎不需要維護，以便在計劃的 10年系統使用壽命內不間斷地執行其任務。項目經理Alasdair Fairley博士表示已經克服了這些技 術問題： “我們在MOONS上取得了良好的進展，預計能 在2021年夏天安裝光譜儀。調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，FPU將保持全面運行，無需維護。”
