Vera C: n sisällä. Rubinin observatorio (ja sen jättiläinen kamera)

Ensi vuonna tähtitieteen maailma kasvaa entisestään Vera C: n ensimmäisten toimien myötä. Rubinin observatorio. Tämä mammuttiobservatorio on parhaillaan rakenteilla Cerro Pachónin huipulle, lähes 9000 jalkaa korkealle vuorelle Chilessä.

Observatorioon tulee 8,4 metrin kaukoputki, joka vangitsee valoa kaukaisista galakseista ja Kanavoi tämä maailman suurimpaan digitaalikameraan, joka tuottaa uskomattoman syvät kuvat kokonaisuudesta eteläinen taivas.

Jos olet koskaan miettinyt, kuinka insinöörit skaalaavat digitaalikameratekniikkaa tarpeeksi pienestä, jotta se mahtuu puhelimesi sisään, riittävän suureksi, jotta se voi tallentaa koko galaksit, keskustelimme Rubinin observatorion tutkijan Kevin Reilin kanssa saadaksemme selville tästä ainutlaatuisesta pakkauksesta ja siitä, kuinka se voisi auttaa ratkaisemaan joitakin maailman suurimmista mysteereistä. tähtitiede.

Maailman suurin digikamera

Perustasolla Rubin-kamera toimii samalla tavalla kuin kaupallinen digikamera, kuten matkapuhelimesi kamera – vaikka sen tekniikka onkin lähempänä matkapuhelinkameroiden viisi vuotta sitten, koska se käyttää CCD-kennoteknologiaa CMOS: n sijaan, koska observatoriokameran rakentaminen aloitettiin 10 vuotta sitten. Suurin ero on mittakaavassa: puhelimen kameran resoluutio saattaa olla 10 megapikseliä, mutta Rubin-kamerassa on järkyttävät 3 200 megapikseliä.

Jotta saat konkreettisemman käsityksen siitä, miltä 3 200 megapikseliä näyttäisi, tarvitaan 378 4K TV-ruudut näyttämään yhden kuvan täysikokoisena, mukaan SLAC National Accelerator Laboratory, joka rakentaa kameraa. Tällaisella resoluutiolla voit nähdä golfpallon 15 mailin päästä.

Tällaisen resoluution saavuttamiseksi jokainen kameralaitteiston elementti on suunniteltava ja valmistettava äärimmäisen tarkasti. Yksi kameran erityisen huolellista valmistusta vaativa komponentti on linssit. Linssissä on kolme linssiä, jotka auttavat korjaamaan saapuvien signaalien poikkeavuuksia, ja jokaisen linssin pinnan on oltava täysin virheetön.

Se on vielä vaikeampi saavuttaa kuin teleskooppipeileiltä vaadittava tarkkuus, koska linssin molemmat puolet on kiillotettava yhtä paljon. "Haasteena on nyt, että yhden peilipinnan sijaan sinulla on kaksi pintaa, joiden on oltava täydellisiä", Reil selitti. "Kaikki tämän observatorion optiikka - linssit ja peilit - ovat sellaisia, joiden luominen kestää vuosia."

Täydellisten linssien hankkiminen ei ole edes vaikein osa tällaiseen kaukoputkeen tarvittavassa sarjassa. "Se on tunnettu tekniikka", Reil sanoi. "Se on vaikeaa, mutta on yrityksiä, jotka osaavat tehdä nämä linssit."

Rubin-kamera työntää paljon harvemmin tallattavaan maahan on sen anturit. Näin valtavan korkean 3 200 megapikselin resoluution ansiosta kameran 189 anturia on järjestettävä ryhmään ja säädettävä, kunnes ne saavuttavat vaativat vaatimukset. Jokaisessa näistä antureista on 16 kanavaa, eli yhteensä 3 024 kanavaa.

"Minulle henkilökohtaisesti suurin haaste on ollut anturit", Reil sanoi. ”Olla 16 lukukanavaa ja 189 anturia ja lukea ne kaikki ulos samaan aikaan. Joten tiedonkeruu ja antureiden saattaminen todella täyttämään vaatimukset."

Nämä vaatimukset antureille koskevat asioita, kuten erittäin alhainen lukukohina – tämä on rakeinen rakenne, jonka näet, kun otat valokuvan pimeässä matkapuhelimella. Tämän tähtitieteellisiä havaintoja häiritsevän melun minimoimiseksi anturit jäähdytetään miinus 150 Fahrenheit-asteeseen. Mutta sekin voi auttaa vain niin paljon, joten anturit on valmistettava erittäin huolellisesti lukukohinan vähentämiseksi - mitä vain muutama yritys maailmassa voi tehdä.

Toinen ongelma liittyy kameran polttotasoon, joka liittyy siihen, miten kamera tarkentaa. Jotta tämä taso pysyisi täysin tasaisena, muutaman mikronin sisällä, anturit on asennettava piikarbidista valmistettuun lautaan ja asennettava sitten kameraan.

Tärkeä tapa, jolla teleskoopin kamera eroaa tyypillisestä digitaalikamerasta, on suodattimien käyttö. Sen sijaan, että teleskooppikamerat ottaisivat värikuvia, ne ottavat mustavalkokuvia eri aallonpituuksilla. Näitä kuvia voidaan sitten yhdistää eri tavoin erilaisten tähtitieteellisten piirteiden poimimiseksi.

Tätä varten Rubin-kamera on varustettu kuudella suodattimella, joista jokainen eristää eri aallonpituuksia. sähkömagneettinen spektri - ultraviolettisäteilystä näkyvän valon spektrin läpi ja kohti infrapuna. Nämä suodattimet ovat suuria, pyöreitä lasinpaloja joita on siirrettävä fyysisesti kameran edessä, joten kameraan on kiinnitetty mekanismi, joka vaihtaa niitä sisään ja ulos tarpeen mukaan. Pyörä pyörii kameran rungon ympäri ja tuo tarvittavan suodattimen ylös, sitten varsi ottaa suodattimen ja liu'uttaa sen paikoilleen linssien väliin.

Lopuksi on suljin. Tämä koostuu kahden terän järjestelmästä, joka liukuu linssien edessä ja sitten takaisin kuvan ottamiseksi. "Se on erittäin tarkkaa", Reil sanoi. "Etäisyys noiden liikkuvien terien ja linssin numero kolme välillä on hyvin, hyvin lähellä." Tämä vaatii huolellista suunnittelua, jotta varmistetaan, että väli on täsmälleen oikea.

Laajemman kuvan katsominen

Kaikki tämä tarkkuustekniikka tekee Rubinista erittäin tehokkaan tähtitieteellisen työkalun. Mutta se ei ole tehokas samalla tavalla kuin työkalut, kuten Hubble-avaruusteleskooppi tai James Webb -avaruusteleskooppi, jotka on suunniteltu katsomaan hyvin kaukana olevia kohteita. Sen sijaan Rubin katselee kokonaisia ​​valtavia paloja taivaasta tutkien koko taivaan hyvin nopeasti.

Se tutkii koko eteläisen taivaan kerran viikossa, toistaen tämän tehtävän yhä uudelleen ja kerääen noin 14 teratavua tietoa joka yö. Tällaisten säännöllisesti päivitettävien kuvien avulla tähtitieteilijät voivat verrata, mitä tietyllä taivaalla viime viikolla tapahtui mitä tällä viikolla on tarjolla – ja sen avulla he voivat seurata nopeasti kehittyviä tapahtumia, kuten supernoveja, nähdäkseen, kuinka ne muuttuvat aika.

Haasteena ei siis ole vain kaiken tiedon kerääminen kameralaitteiston avulla, vaan myös niiden hankkiminen käsitellään erittäin nopeasti, jotta se voidaan antaa tähtitieteilijöille ajoissa, jotta he voivat nähdä uudet tapahtumat sellaisina kuin ne ovat tapahtuu.

Ja tiedot asetetaan myös julkisesti saataville. Voit valita minkä tahansa kohteen etelätaivaalta ja poimia siitä kuvia tai selata taivaan kyselytietoja. hämmästyttävillä yksityiskohdilla.

Syvä, suuri taivastutkimus

Sen lisäksi, että Rubinin observatorio on resurssi tähtitieteilijöille, jotka tarkastelevat, miten tietty kohde muuttuu ajan myötä, se on myös tärkeä maata lähellä olevien kohteiden tunnistamisessa. Nämä ovat asteroideja tai komeettoja, jotka tulevat lähelle Maata ja voivat mahdollisesti uhata planeettamme, mutta joita voi olla vaikea havaita, koska ne liikkuvat taivaalla niin nopeasti.

Suuren peilinsä ja näkökentän ansiosta Rubinin observatorio pystyy tunnistamaan kohteet, jotka tulevat erityisen lähelle Maata ja joita kutsutaan mahdollisesti vaarallisiksi esineiksi. Ja koska nämä tiedot päivitetään usein, sen pitäisi pystyä merkitsemään kohteet, jotka tarvitsevat lisätutkimusta muiden teleskooppien havaitsemista varten.

Mutta observatorion suurin panos voi olla pimeän aineen ja pimeän energian tutkimuksessa. Itse asiassa observatorio on nimetty amerikkalaisen tähtitieteilijän Vera C. Rubin, joka löysi ensimmäiset todisteet pimeästä aineesta galaksihavaintojensa kautta 1960- ja 1970-luvuilla.

Rubinin observatorio pystyy tutkimaan pimeän aineen salaperäistä ainetta tarkastelemalla maailmankaikkeutta erittäin suuressa mittakaavassa.

"Et todellakaan näe pimeää ainetta - et voi", Reil selitti. "Mutta todella tutkiakseen pimeää ainetta, sinun on katsottava galaksien mittakaavaa."

Tarkastelemalla, kuinka nopeasti galaksin reunalla olevat tähdet pyörivät, voit laskea, kuinka paljon massaa näiden tähtien ja galaksin keskuksen välillä on oltava. Kun teemme tämän, näkemämme massa ei riitä selittämään noita kiertoja - "ei edes lähellä tarpeeksi", Reil sanoi. Joten massasta puuttuu määrä, joka meidän on selitettävä. "Se on pimeä aine", hän lisää.

Samanlainen periaate koskee kokonaisia ​​galaksijoukkoja. Tarkkailemalla galaksien kiertoradat noissa klusteissa, joita Rubin pystyy tarkkailemaan laajalla näkökentällä, havainnot saavat uuden tilastollisen tehon. Ja tutkia tähän liittyvää pimeän energian ilmiötä, hypoteettista energiatyyppiä, joka selittää nopeuden universumin laajenemisen vuoksi tähtitieteilijät voivat verrata suurten esineiden laskettua massaa havaittuun massa.

"Näet jokaisen galaksijoukon, ja et voi saada enemmän tilastoja kuin saat koko taivaalta", Reil sanoi. "On todellisia etuja siitä, että aiheesta on saatavilla kaikki tiedot, verrattuna siihen, että näkökenttä on pieni."

Toimittajien suositukset

• Hullun suunnitelman sisällä koota ja tuoda kotiin hieman Venuksen tunnelmaa
• James Webb ja Keckin observatorio näkevät pilviä Saturnuksen kuun Titanilla
• Tässä on se, mihin James Webb -avaruusteleskooppi kiinnittää huomiota seuraavaksi
• Suurin koskaan nähty komeetta on tulossa tiellemme, mutta älä huoli
• Yksi James Webbin ensimmäisistä kohteista on Jupiter. Tässä on syy