Vera C 내부. 루빈 천문대(및 거대한 카메라)

내년에는 Vera C의 첫 번째 작동으로 천문학의 세계가 더욱 커질 것입니다. 루빈 천문대. 이 거대한 천문대는 현재 칠레에 있는 거의 9,000피트 높이의 산인 Cerro Pachón 정상에 건설 중입니다.

천문대에는 멀리 떨어진 은하계에서 오는 빛을 포착하고 이것을 세계에서 가장 큰 디지털 카메라로 전송하여 전체의 믿을 수 없을 정도로 깊은 이미지를 생성합니다. 남쪽하늘.

엔지니어가 휴대폰에 들어갈 만큼 작은 것에서 전체를 캡처할 수 있을 만큼 큰 것으로 디지털 카메라 기술을 확장하는 방법에 대해 궁금한 적이 있습니까? 우리는 루빈 천문대 과학자인 케빈 레일(Kevin Reil)과 이야기를 나누며 이 독특한 키트에 대해 알아보고 이 키트가 은하계의 가장 큰 미스터리 중 일부를 푸는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 알아보았습니다. 천문학.

세계에서 가장 큰 디지털 카메라

기본적으로 Rubin 카메라는 휴대폰에 있는 것과 같은 상업용 디지털 카메라와 같은 방식으로 작동합니다. 천문대 카메라 구축이 10년 전에 시작되었기 때문에 CMOS 대신 CCD라는 센서 기술을 사용하므로 5년 전 휴대폰 카메라의 전에. 가장 큰 차이점은 크기입니다. 휴대전화 카메라의 해상도는 10메가픽셀, 하지만 Rubin 카메라는 3,200메가픽셀의 마음을 휘젓는 것입니다.

3,200메가픽셀이 어떻게 생겼는지에 대한 보다 확실한 아이디어를 제공하려면 378 4K 하나의 이미지를 전체 크기로 표시하는 TV 화면, ~에 따르면 카메라를 구성하고 있는 SLAC National Accelerator Laboratory. 그런 종류의 해상도를 사용하면 15마일 떨어진 곳에서 골프공을 볼 수 있습니다.

이러한 종류의 해상도를 달성하려면 카메라 하드웨어의 모든 요소를 ​​매우 정밀하게 설계하고 제조해야 합니다. 특히 신중한 제조가 필요한 카메라 구성 요소 중 하나는 렌즈입니다. 들어오는 신호의 수차를 수정하는 데 도움이 되는 3개의 렌즈가 있으며 각 렌즈는 완벽하게 흠집이 없는 표면을 가져야 합니다.

렌즈의 양면을 똑같이 연마해야 하기 때문에 망원경 거울에 필요한 정밀도보다 달성하기가 훨씬 더 어렵습니다. Reil은 "이제 문제는 거울을 위한 하나의 표면 대신 완벽해야 하는 두 개의 표면이 있다는 것입니다."라고 설명했습니다. "이 관측소의 모든 광학 장치(렌즈와 거울)는 만드는 데 몇 년이 걸리는 종류의 것입니다."

완벽한 렌즈를 얻는 것은 그러한 망원경에 필요한 종류의 키트 중에서 가장 어려운 부분도 아닙니다. "알려진 기술입니다."라고 Reil은 말했습니다. "어렵지만 이런 렌즈를 만드는 방법을 아는 회사가 있습니다."

Rubin 카메라가 훨씬 더 드물게 밟히는 땅으로 밀고 있는 곳은 센서입니다. 3,200메가픽셀이라는 엄청나게 높은 해상도로 카메라의 189개 센서를 배열로 배열하고 정확한 사양에 도달할 때까지 조정해야 합니다. 각 센서에는 16개의 채널이 있으므로 총 3,024개의 채널이 있습니다.

"개인적으로 가장 큰 도전은 센서였습니다."라고 Reil은 말했습니다. “16개의 판독 채널과 189개의 센서를 가지고 동시에 모두 판독합니다. 따라서 데이터 수집 및 실제로 센서가 요구 사항을 충족하도록 합니다.”

센서에 대한 이러한 요구 사항은 매우 낮은 수준의 읽기 노이즈와 같은 것입니다. 이것은 어두운 곳에서 휴대폰을 사용하여 사진을 찍을 때 볼 수 있는 거친 질감입니다. 천문 관측을 방해하는 이 소음을 최소화하기 위해 센서는 화씨 영하 150도까지 냉각됩니다. 그러나 그것만으로도 도움이 될 수 있는 것이 많지 않기 때문에 판독 잡음을 줄이기 위해 센서를 매우 신중하게 제조해야 합니다. 이는 전 세계에서 소수의 회사만이 할 수 있는 일입니다.

또 다른 문제는 카메라가 초점을 맞추는 방법과 관련이 있는 카메라의 초점면과 관련이 있습니다. 이 평면을 몇 미크론 이내로 완전히 평평하게 유지하려면 센서를 탄화규소로 만든 뗏목에 장착한 다음 카메라에 설치해야 합니다.

망원경의 카메라가 일반적인 디지털 카메라와 다른 점은 필터를 사용한다는 것입니다. 이미지를 컬러로 캡처하는 대신 망원경 카메라는 실제로 서로 다른 파장에서 흑백 이미지를 촬영합니다. 그런 다음 이러한 이미지를 다양한 방식으로 결합하여 다양한 천문학적 특징을 선택할 수 있습니다.

이를 위해 Rubin 카메라에는 6개의 필터가 장착되어 있으며 각 필터는 서로 다른 파장의 전자기 스펙트럼 — 자외선에서 가시 광선 스펙트럼을 통해 적외선. 이러한 필터는 크고 둥근 유리 조각 카메라 앞에서 물리적으로 이동해야 하므로 필요에 따라 교체할 수 있는 메커니즘이 카메라에 부착되어 있습니다. 바퀴가 카메라 본체 주위를 회전하면서 필요한 필터를 위로 가져온 다음 암이 필터를 잡고 렌즈 사이의 제자리로 밀어 넣습니다.

마지막으로 셔터가 있습니다. 이것은 렌즈 표면을 가로질러 미끄러졌다가 다시 이미지를 캡처하는 2개의 블레이드 시스템으로 구성됩니다. "매우 정확합니다."라고 Reil이 말했습니다. "움직이는 블레이드와 3번 렌즈 사이의 거리가 매우 가깝습니다." 간격이 정확히 맞는지 확인하려면 신중한 엔지니어링이 필요합니다.

더 넓은 그림 보기

이 모든 정밀 공학을 통해 Rubin은 매우 강력한 천문학 도구가 될 수 있습니다. 그러나 허블 우주 망원경이나 제임스 웹 우주 망원경과 같이 아주 멀리 있는 물체를 보도록 설계된 도구와 같은 방식으로 강력하지는 않습니다. 대신 루빈은 하늘 전체를 매우 빠르게 조사하면서 하늘의 거대한 덩어리 전체를 볼 것입니다.

일주일에 한 번 남쪽 하늘 전체를 조사하며 이 작업을 반복하고 매일 밤 약 14테라바이트의 데이터를 수집합니다. 이렇게 정기적으로 업데이트되는 이미지를 가짐으로써 천문학자들은 지난 주 하늘의 특정 부분에서 일어난 일을 다음과 비교할 수 있습니다. 이번 주에 무엇이 있는지 — 초신성과 같이 빠르게 진화하는 사건을 포착하여 어떻게 변화하는지 확인할 수 있습니다. 시간.

따라서 어려운 카메라 하드웨어를 사용하여 모든 데이터를 수집하는 것뿐만 아니라 매우 빠르게 처리되어 천문학자들이 새로운 사건을 있는 그대로 볼 수 있도록 적시에 사용할 수 있습니다. 사고.

그리고 데이터도 공개적으로 사용할 수 있게 됩니다. 남쪽 하늘에 있는 물체를 선택하고 해당 물체의 이미지를 가져오거나 하늘을 보여주는 측량 데이터를 탐색할 수 있습니다. 놀랍도록 자세하게.

깊고 넓은 하늘 측량

루빈 천문대는 특정 물체가 시간이 지남에 따라 어떻게 변하는지를 관찰하는 천문학자들을 위한 자원일 뿐만 아니라 지구 근처 물체를 식별하는 데에도 중요할 것입니다. 이들은 소행성이나 혜성이 지구에 가까워져 지구를 잠재적으로 위협할 수 있지만 하늘을 너무 빨리 가로질러 이동하기 때문에 발견하기 어려울 수 있습니다.

큰 거울과 시야를 갖춘 루빈 천문대는 특히 지구에 가까이 오는 물체를 식별할 수 있으며 잠재적으로 위험한 물체라고 합니다. 그리고 이 데이터는 자주 새로 고쳐지기 때문에 다른 망원경이 관찰하기 위해 추가 연구가 필요한 물체에 플래그를 지정할 수 있어야 합니다.

그러나 천문대의 가장 큰 공헌은 암흑 물질과 암흑 에너지 연구에 대한 것일 수 있습니다. 사실, 천문대는 미국 천문학자 Vera C.의 이름을 따서 명명되었습니다. 1960년대와 1970년대에 은하계를 관측하여 암흑 물질의 첫 번째 증거를 발견한 루빈.

루빈 천문대는 우주를 매우 큰 규모로 바라봄으로써 암흑 물질이라는 신비한 물질을 탐사할 수 있게 될 것입니다.

“암흑 물질을 실제로 보려면 — 글쎄, 당신은 할 수 없습니다.”라고 Reil은 설명했습니다. "하지만 실제로 암흑 물질을 연구하려면 은하 규모를 살펴봐야 합니다."

은하 가장자리 주변의 별들이 얼마나 빨리 회전하는지 살펴봄으로써 해당 별과 은하 중심 사이에 얼마나 많은 질량이 있어야 하는지 알아낼 수 있습니다. 이렇게 할 때 우리가 볼 수 있는 질량은 이러한 회전을 설명하기에 충분하지 않습니다. "충분히 가깝지도 않습니다."라고 Reil은 말했습니다. 따라서 설명해야 할 질량이 누락되었습니다. "그것이 암흑 물질입니다."라고 그는 덧붙입니다.

유사한 원리가 전체 은하단에 적용됩니다. Rubin이 넓은 시야로 관찰할 수 있는 클러스터 내 은하의 궤도를 관찰함으로써 관측은 새로운 수준의 통계적 힘을 얻을 것입니다. 그리고 암흑 에너지의 관련 현상을 연구하기 위해, 우주의 팽창, 천문학자들은 계산된 큰 물체의 질량을 관측된 것과 비교할 수 있습니다. 대량의.

“거기에 있는 모든 은하단을 볼 수 있고 전체 하늘에서 얻는 것보다 더 많은 통계를 얻을 수 없습니다.”라고 Reil이 말했습니다. "주제에 대한 모든 데이터를 사용할 수 있는 것과 작은 시야를 갖는 것에는 실질적인 이점이 있습니다."

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