वेरा सी के अंदर रुबिन वेधशाला (और इसका विशाल कैमरा)

अगले साल, वेरा सी के पहले ऑपरेशन के साथ खगोल विज्ञान की दुनिया और भी बड़ी होने वाली है। रुबिन वेधशाला. यह विशाल वेधशाला वर्तमान में चिली में लगभग 9,000 फीट ऊंचे पर्वत सेरो पचोन की चोटी पर निर्माणाधीन है।

वेधशाला में 8.4 मीटर का टेलीस्कोप होगा जो दूर की आकाशगंगाओं से प्रकाश ग्रहण करेगा इसे दुनिया के सबसे बड़े डिजिटल कैमरे में चैनल करें, जिससे संपूर्ण की अविश्वसनीय रूप से गहरी छवियां तैयार हो सकें दक्षिणी आकाश.

यदि आपने कभी सोचा है कि कैसे इंजीनियर डिजिटल कैमरा तकनीक को आपके फोन के अंदर फिट होने वाली किसी छोटी चीज से लेकर पूरी तस्वीर कैद करने लायक बड़ी चीज तक बढ़ा देते हैं आकाशगंगाओं, हमने किट के इस अनूठे टुकड़े के बारे में जानने के लिए रुबिन वेधशाला के वैज्ञानिक केविन रील से बात की और यह कैसे कुछ सबसे बड़े रहस्यों को सुलझाने में मदद कर सकता है खगोल विज्ञान

दुनिया का सबसे बड़ा डिजिटल कैमरा

बुनियादी स्तर पर, रुबिन कैमरा आपके सेल फोन जैसे वाणिज्यिक डिजिटल कैमरे की तरह ही काम करता है - हालांकि इसकी तकनीक वास्तव में इसके करीब है पांच साल पहले के सेल फोन कैमरे, क्योंकि इसमें सीएमओएस के बजाय सीसीडी नामक सेंसर तकनीक का उपयोग किया जाता है, क्योंकि वेधशाला कैमरे का निर्माण 10 साल पहले शुरू हुआ था पहले। सबसे बड़ा अंतर पैमाने के संदर्भ में है: आपके फ़ोन कैमरे का रिज़ॉल्यूशन हो सकता है 10 मेगापिक्सेल, लेकिन रुबिन कैमरे का 3,200 मेगापिक्सेल अद्भुत है।

आपको 3,200 मेगापिक्सेल कैसा दिखेगा इसका अधिक ठोस अंदाज़ा देने के लिए, इसमें 378 मेगापिक्सेल लगेंगे 4K पूर्ण आकार में एक छवि प्रदर्शित करने के लिए टीवी स्क्रीन, के अनुसार एसएलएसी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला, जो कैमरे का निर्माण कर रही है। इस प्रकार का रिज़ॉल्यूशन आपको 15 मील दूर से गोल्फ़ बॉल देखने की अनुमति देगा।

इस प्रकार के रिज़ॉल्यूशन को प्राप्त करने के लिए, कैमरा हार्डवेयर के प्रत्येक तत्व को अत्यधिक सटीकता के साथ डिजाइन और निर्मित करने की आवश्यकता होती है। कैमरे का एक घटक जिसके निर्माण में विशेष रूप से सावधानी बरतने की आवश्यकता होती है वह है लेंस। आने वाले संकेतों में किसी भी विचलन को ठीक करने में मदद करने के लिए तीन लेंस हैं, और प्रत्येक की सतह पूरी तरह से दोष-मुक्त होनी चाहिए।

दूरबीन दर्पण के लिए आवश्यक परिशुद्धता की तुलना में इसे प्राप्त करना और भी कठिन है, क्योंकि लेंस के दोनों किनारों को समान रूप से पॉलिश करने की आवश्यकता होती है। "चुनौती यह है कि, अब, दर्पण के लिए एक सतह के बजाय, आपके पास दो सतहें हैं जिन्हें सही होना चाहिए," रील ने समझाया। "इस वेधशाला के सभी प्रकाशिकी - लेंस और दर्पण - वे ऐसी चीज़ हैं जिन्हें बनाने में वर्षों लग जाते हैं।"

ऐसे टेलीस्कोप के लिए आवश्यक किट में सही लेंस प्राप्त करना सबसे कठिन हिस्सा भी नहीं है। "यह एक ज्ञात तकनीक है," रील ने कहा। "यह कठिन है, लेकिन ऐसी कंपनियाँ हैं जो ये लेंस बनाना जानती हैं।"

जहां रुबिन कैमरा अपने सेंसरों के साथ बहुत ही दुर्लभ रूप से कुचली हुई जमीन में धकेल रहा है। 3,200 मेगापिक्सेल के इतने जबरदस्त उच्च रिज़ॉल्यूशन के साथ, कैमरे के 189 सेंसर को एक सरणी में व्यवस्थित करने और सटीक विनिर्देशों तक पहुंचने तक उन्हें ट्विक करने की आवश्यकता होती है। इनमें से प्रत्येक सेंसर में 16 चैनल हैं, यानी कुल मिलाकर 3,024 चैनल।

रील ने कहा, "व्यक्तिगत रूप से मेरे लिए, सबसे बड़ी चुनौती सेंसर रहे हैं।" “16 रीडआउट चैनल और 189 सेंसर होना, और उन सभी को एक ही समय में पढ़ना। तो डेटा अधिग्रहण, और वास्तव में सेंसर को आवश्यकताओं को पूरा करना।"

सेंसर के लिए ये आवश्यकताएं बहुत कम स्तर के पढ़ने के शोर जैसी चीजों के लिए हैं - यह दानेदार बनावट है जिसे आप तब देखेंगे जब आप अपने सेल फोन का उपयोग करके अंधेरे में एक तस्वीर लेंगे। इस शोर को कम करने के लिए, जो खगोलीय अवलोकनों को बाधित करेगा, सेंसर को शून्य से 150 डिग्री फ़ारेनहाइट तक ठंडा किया जाता है। लेकिन वह भी केवल इतनी ही मदद कर सकता है, इसलिए पढ़ने के शोर को कम करने के लिए सेंसर का निर्माण बहुत सावधानी से करना होगा - ऐसा कुछ जो दुनिया में केवल कुछ मुट्ठी भर कंपनियां ही कर सकती हैं।

एक अन्य समस्या कैमरे के फ़ोकल प्लेन के साथ है, जिसका संबंध इस बात से है कि कैमरा कैसे फ़ोकस करता है। इस विमान को पूरी तरह से सपाट रखने के लिए, कुछ माइक्रोन के भीतर, सेंसर को सिलिकॉन कार्बाइड से बने बेड़ा पर लगाया जाना चाहिए, फिर कैमरे में स्थापित किया जाना चाहिए।

टेलीस्कोप पर लगे कैमरे को सामान्य डिजिटल कैमरे से अलग करने का एक प्रमुख कारण फिल्टर का उपयोग है। रंगीन छवियों को कैप्चर करने के बजाय, टेलीस्कोप कैमरे वास्तव में विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर काले और सफेद चित्र लेते हैं। फिर इन छवियों को अलग-अलग खगोलीय विशेषताओं को चुनने के लिए अलग-अलग तरीकों से जोड़ा जा सकता है।

ऐसा करने के लिए, रुबिन कैमरा छह फिल्टर से सुसज्जित है, जिनमें से प्रत्येक अलग-अलग तरंग दैर्ध्य को अलग करता है विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम - पराबैंगनी से, दृश्य प्रकाश स्पेक्ट्रम के माध्यम से, और में अवरक्त. ये फिल्टर हैं कांच के बड़े, गोल टुकड़े जिन्हें कैमरे के सामने भौतिक रूप से ले जाने की आवश्यकता होती है, इसलिए उन्हें आवश्यकतानुसार अंदर और बाहर बदलने के लिए कैमरे से एक तंत्र जुड़ा होता है। एक पहिया कैमरे की बॉडी के चारों ओर घूमता है, आवश्यक फ़िल्टर को शीर्ष पर लाता है, फिर एक हाथ फ़िल्टर लेता है और इसे लेंस के बीच में स्लाइड करता है।

अंत में, वहाँ शटर है। इसमें एक दो-ब्लेड प्रणाली होती है जो लेंस के चेहरे पर स्लाइड करती है और फिर एक छवि कैप्चर करने के लिए वापस आती है। "यह बेहद सटीक है," रील ने कहा। "उन गतिशील ब्लेडों और लेंस संख्या तीन के बीच की दूरी बहुत, बहुत करीब है।" यह सुनिश्चित करने के लिए कि रिक्ति बिल्कुल सही है, सावधानीपूर्वक इंजीनियरिंग की आवश्यकता है।

व्यापक तस्वीर देखना

यह सभी सटीक इंजीनियरिंग रुबिन को एक अत्यंत शक्तिशाली खगोलीय उपकरण बनाने में सक्षम बनाएगी। लेकिन यह हबल स्पेस टेलीस्कोप या जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप जैसे उपकरणों की तरह शक्तिशाली नहीं है, जो बहुत दूर की वस्तुओं को देखने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। इसके बजाय, रुबिन आकाश के पूरे विशाल हिस्से को देखेगा, बहुत तेज़ी से पूरे आकाश का सर्वेक्षण करेगा।

यह प्रति सप्ताह एक बार पूरे दक्षिणी आकाश का सर्वेक्षण करेगा, इस कार्य को बार-बार दोहराएगा और प्रत्येक रात लगभग 14 टेराबाइट डेटा एकत्र करेगा। ऐसी नियमित रूप से अद्यतन की गई छवियों के द्वारा, खगोलविद पिछले सप्ताह आकाश के किसी दिए गए हिस्से में जो हुआ उससे तुलना कर सकते हैं इस सप्ताह क्या है - और इससे उन्हें सुपरनोवा जैसी तेजी से विकसित होने वाली घटनाओं को देखने की सुविधा मिलती है, यह देखने के लिए कि वे कैसे बदलते हैं समय।

इसलिए कैमरा हार्डवेयर का उपयोग करके सारा डेटा एकत्र करना ही एक चुनौती नहीं है, बल्कि इसे प्राप्त करना भी एक चुनौती है इसे बहुत तेजी से संसाधित किया जाता है ताकि इसे खगोलविदों को समय पर नई घटनाओं को देखने के लिए उपलब्ध कराया जा सके हो रहा है.

और डेटा सार्वजनिक रूप से भी उपलब्ध कराया जाएगा। आप दक्षिणी आकाश में किसी भी वस्तु को चुन सकेंगे और उस वस्तु की तस्वीरें खींच सकेंगे, या बस आकाश को दिखाने वाले सर्वेक्षण डेटा को ब्राउज़ कर सकेंगे आश्चर्यजनक विवरण में.

एक गहरा, बड़ा आकाश सर्वेक्षण

समय के साथ कोई विशेष वस्तु कैसे बदलती है, यह देखने वाले खगोलविदों के लिए एक संसाधन होने के साथ-साथ रुबिन वेधशाला निकट-पृथ्वी वस्तुओं की पहचान करने के लिए भी महत्वपूर्ण होगी। ये क्षुद्रग्रह या धूमकेतु हैं जो पृथ्वी के करीब आते हैं और संभावित रूप से हमारे ग्रह को खतरा पहुंचा सकते हैं, लेकिन इन्हें पहचानना मुश्किल हो सकता है क्योंकि वे आकाश में बहुत तेजी से चलते हैं।

अपने बड़े दर्पण और दृश्य क्षेत्र के साथ, रुबिन वेधशाला उन वस्तुओं की पहचान करने में सक्षम होगी जो विशेष रूप से पृथ्वी के करीब आती हैं और संभावित खतरनाक वस्तुएं कहलाती हैं। और क्योंकि यह डेटा बार-बार ताज़ा किया जाता है, यह उन वस्तुओं को चिह्नित करने में सक्षम होना चाहिए जिन्हें देखने के लिए अन्य दूरबीनों से आगे के अध्ययन की आवश्यकता होती है।

लेकिन वेधशाला का सबसे बड़ा योगदान डार्क मैटर और डार्क एनर्जी के अध्ययन में हो सकता है। दरअसल, वेधशाला का नाम अमेरिकी खगोलशास्त्री वेरा सी के नाम पर रखा गया है। रुबिन, जिन्होंने 1960 और 1970 के दशक में आकाशगंगाओं के अवलोकन के माध्यम से डार्क मैटर का पहला सबूत खोजा था।

रुबिन वेधशाला बहुत बड़े पैमाने पर ब्रह्मांड को देखकर डार्क मैटर के रहस्यमय पदार्थ की जांच करने में सक्षम होगी।

"वास्तव में डार्क मैटर को देखना - ठीक है, आप नहीं कर सकते," रील ने समझाया। "लेकिन वास्तव में डार्क मैटर का अध्ययन करने के लिए, आपको आकाशगंगा पैमाने को देखना होगा।"

यह देखकर कि आकाशगंगा के किनारे के तारे कितनी तेजी से घूम रहे हैं, आप यह पता लगा सकते हैं कि उन तारों और आकाशगंगा केंद्र के बीच कितना द्रव्यमान होना चाहिए। जब हम ऐसा करते हैं, तो जो द्रव्यमान हम देख सकते हैं वह उन घुमावों को समझाने के लिए पर्याप्त नहीं है - "पर्याप्त के करीब भी नहीं," रील ने कहा। इसलिए द्रव्यमान की गायब मात्रा है जिसे हमें समझाने की आवश्यकता है। वह आगे कहते हैं, ''यह काला मामला है।''

एक समान सिद्धांत आकाशगंगाओं के संपूर्ण समूहों पर लागू होता है। उन समूहों के भीतर आकाशगंगाओं की कक्षाओं का अवलोकन करके, जिसे रुबिन अपने विस्तृत क्षेत्र के साथ देखने में सक्षम होगा, अवलोकनों को सांख्यिकीय शक्ति का एक नया स्तर प्राप्त होगा। और डार्क एनर्जी की संबंधित घटना का अध्ययन करने के लिए, एक काल्पनिक प्रकार की ऊर्जा जो दर की व्याख्या करती है ब्रह्मांड के विस्तार के कारण, खगोलशास्त्री बड़ी वस्तुओं के परिकलित द्रव्यमान की तुलना उनके द्वारा देखे गए द्रव्यमान से कर सकते हैं द्रव्यमान।

रील ने कहा, "आपको वहां मौजूद प्रत्येक आकाशगंगा समूह को देखने को मिलता है, और आपको पूरे आकाश से मिलने वाले आंकड़ों से अधिक आंकड़े नहीं मिल सकते हैं।" "विषय पर सभी डेटा उपलब्ध होने की तुलना में दृश्य का एक छोटा सा क्षेत्र होने के वास्तविक फायदे हैं।"

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