Унутар Вера Ц. Рубин опсерваторија (и њена огромна камера)

Следеће године свет астрономије ће постати још већи са првим операцијама Вера Ц. Рубин опсерваторија. Ова опсерваторија мамута је тренутно у изградњи на врху Церо Пацхон, скоро 9.000 стопа високе планине у Чилеу.

Опсерваторија ће имати телескоп од 8,4 метара који ће хватати светлост из далеких галаксија и каналише ово у највећи дигитални фотоапарат на свету, стварајући невероватно дубоке слике целине јужно небо.

Ако сте се икада запитали како инжењери повећавају технологију дигиталних камера од нечега довољно малог да стане у ваш телефон до нечег довољно великог да сними читав галаксије, разговарали смо са научником Рубин опсерваторије Кевином Реилом како бисмо сазнали о овом јединственом комаду комплета и како би он могао помоћи да се разоткрију неке од највећих мистерија у астрономија.

Највећа дигитална камера на свету

На основном нивоу, Рубин камера ради на исти начин као комерцијална дигитална камера попут оне у вашем мобилном телефону — иако је њена технологија заправо ближа камера мобилних телефона од пре пет година, јер користи сензорску технологију звану ЦЦД уместо ЦМОС, јер је изградња камере за опсерваторију почела 10 година пре. Највећа разлика је у погледу размера: камера вашег телефона може имати резолуцију од 10 мегапиксела, али Рубин камера има невероватних 3.200 мегапиксела.

Да бисмо вам дали опипљивију представу о томе како би изгледало 3.200 мегапиксела, било би потребно 378 4К ТВ екрани за приказ једне слике у пуној величини, према СЛАЦ Натионал Аццелератор Лаборатори, који конструише камеру. Таква резолуција би вам омогућила да видите лоптицу за голф са удаљености од 15 миља.

Да би се постигла оваква резолуција, сваки елемент хардвера камере мора бити дизајниран и произведен са изузетном прецизношћу. Једна компонента камере која захтева посебно пажљиву производњу су сочива. Постоје три сочива која помажу у исправљању било каквих аберација у долазним сигналима, а свако од њих мора имати савршено чисту површину.

То је још теже постићи од прецизности потребне за огледала телескопа, пошто обе стране сочива морају бити подједнако полиране. „Изазов је сада, уместо једне површине за огледало, имате две површине које морају бити савршене“, објаснио је Реил. "Сва оптика за ову опсерваторију - сочива и огледала - то су ствари за које су потребне године да се направе."

Добијање савршених сочива није чак ни најтежи део врсте комплета потребног за такав телескоп. „То је позната технологија“, рекао је Реил. "Тешко је, али постоје компаније које знају како да направе ова сочива."

Тамо где Рубин камера улази у много ређе утабано тло је са својим сензорима. Са тако невероватно високом резолуцијом од 3.200 мегапиксела, 189 сензора камере треба да буду распоређени у низ и подешени док не достигну прецизне спецификације. Сваки од ових сензора има 16 канала, тако да је то укупно 3.024 канала.

„За мене лично, највећи изазов су били сензори“, рекао је Реил. „Имати 16 канала за очитавање и 189 сензора, и да их све очитамо у исто време. Дакле, прикупљање података и стварно стварање сензора да испуњавају захтеве."

Ти захтеви за сензоре се односе на ствари као што је веома низак ниво буке читања - то је зрнаста текстура коју ћете видети када фотографишете у мраку помоћу мобилног телефона. Да би се смањила ова бука, која би пореметила астрономска посматрања, сензори се хладе на минус 150 степени Фаренхајта. Али чак и то може само толико да помогне, тако да сензори морају бити произведени веома пажљиво да би се смањила бука читања — нешто што само неколико компанија на свету може да уради.

Други проблем је са жижном равнином камере, која има везе са начином на који се камера фокусира. Да би ова раван била потпуно равна, унутар неколико микрона, сензори морају бити монтирани на сплав од силицијум карбида, а затим уграђени у камеру.

Кључни начин на који се камера на телескопу разликује од типичне дигиталне камере је употреба филтера. Уместо да снимају слике у боји, телескопске камере заправо снимају црно-беле слике на различитим таласним дужинама. Ове слике се затим могу комбиновати на различите начине како би се издвојиле различите астрономске карактеристике.

Да би се то постигло, Рубин камера је опремљена са шест филтера, од којих сваки изолује различите таласне дужине електромагнетног спектра — од ултраљубичастог, преко спектра видљиве светлости, до инфрацрвени. Ови филтери су велики, округли комади стакла које је потребно физички померити испред камере, тако да је механизам причвршћен за камеру да их по потреби замењује и извлачи. Точак се окреће око тела камере, доводећи тражени филтер до врха, затим рука узима филтер и гура га на место између сочива.

Коначно, ту је затварач. Ово се састоји од система са две оштрице који клизи преко лица сочива, а затим назад да би снимио слику. "То је изузетно прецизно", рекао је Реил. „Раздаљина између тих покретних сечива и сочива број три је веома, веома близу. То захтева пажљив инжењеринг како би се осигурало да је размак тачно тачан.

Гледајући ширу слику

Сав овај прецизан инжењеринг омогућиће Рубину да буде изузетно моћно астрономско оруђе. Али није моћан на исти начин као алати попут свемирског телескопа Хуббле или свемирског телескопа Јамес Вебб, који су дизајнирани да гледају веома удаљене објекте. Уместо тога, Рубин ће посматрати читаве огромне делове неба, веома брзо посматрајући цело небо.

Прегледаће цело јужно небо једном недељно, понављајући овај задатак изнова и изнова и прикупљајући око 14 терабајта података сваке ноћи. Имајући тако редовно ажуриране слике, астрономи могу да упореде шта се десило на одређеном делу неба прошле недеље са шта има ове недеље - и то им омогућава да ухвате догађаје који се брзо развијају као што су супернове, да виде како се мењају време.

Дакле, изазов није само прикупљање свих тих података помоћу хардвера камере, већ и њихово добијање обрађен веома брзо тако да може бити доступан астрономима на време како би могли да виде нове догађаје какви јесу догађај.

И подаци ће такође бити јавно доступни. Моћи ћете да изаберете било који објекат на јужном небу и извучете слике тог објекта или само прегледате податке анкете који показују небо у задивљујућим детаљима.

Дубоко, велико истраживање неба

Осим што ће бити ресурс за астрономе који посматрају како се одређени објекат мења током времена, Рубин опсерваторија ће такође бити важна за идентификацију објеката близу Земље. То су астероиди или комете које се приближавају Земљи и потенцијално могу угрозити нашу планету, али које може бити тешко уочити јер се крећу небом тако брзо.

Са својим великим огледалом и видним пољем, Рубин опсерваторија ће моћи да идентификује објекте који се посебно приближавају Земљи и називају се потенцијално опасним објектима. И пошто се ови подаци често освежавају, требало би да буде у могућности да означи објекте које треба даље проучавати како би други телескопи могли да их посматрају.

Али највећи допринос опсерваторије може бити проучавању тамне материје и тамне енергије. У ствари, опсерваторија је добила име по америчком астроному Вери Ц. Рубин, која је открила прве доказе тамне материје кроз своја посматрања галаксија 1960-их и 1970-их.

Опсерваторија Рубин ће моћи да испита мистериозну супстанцу тамне материје посматрајући универзум у веома великим размерама.

„Да заиста видите тамну материју – па, не можете“, објаснио је Реил. "Али да бисте заиста проучавали тамну материју, морате погледати размеру галаксије."

Гледајући колико брзо се звезде око ивице галаксије ротирају, можете одредити колика маса мора бити између тих звезда и галактичког центра. Када то урадимо, маса коју можемо да видимо није довољна да објасни те ротације - "ни приближно довољно", рекао је Реил. Дакле, недостаје количина масе коју морамо да објаснимо. „То је тамна материја“, додаје он.

Сличан принцип важи за читава јата галаксија. Посматрањем орбита галаксија унутар тих кластера, које ће Рубин моћи да посматра својим широким видним пољем, посматрања ће добити нови ниво статистичке моћи. И да се проучи сродни феномен тамне енергије, хипотетичке врсте енергије која објашњава стопу ширења универзума, астрономи могу да упореде израчунату масу великих објеката са њиховим посматраним маса.

„Можете да видите свако јато галаксија које постоји и не можете да добијете више статистике него што добијате са целог неба“, рекао је Рајл. „Постоје стварне предности поседовања свих података о овој теми у односу на мало видно поље.

Препоруке уредника

• Унутар лудог плана да се сакупи и донесе кући део атмосфере Венере
• Џејмс Веб и Кек опсерваторија виде облаке на Сатурновом месецу Титану
• Ево шта ће свемирски телескоп Џејмс Веб следеће усмерити
• Највећа комета икада виђена стиже нам, али не брините
• Једна од првих мета Џејмса Веба је Јупитер. Ево зашто