В Чили заканчивается строительство обсерватории имени Веры Рубин. Строят ее на горе Серро-Пачон на высоте 2 682 метра. Тут один из лучших в мире видов на Южное полушарие звездного неба и рядом уже есть несколько обсерваторий. Специально для обсерватории имени Веры Рубин строится Большой обзорный телескоп (LSST) с уникальной архитектурой и 8-метровым зеркалом. Он сможет получать за один раз изображение гораздо большей части неба, чем другие телескопы. Полноценный запуск обсерватории планируют к началу 2023 года.
Одним из главных компонентов телескопа станет самая большая в мире цифровая камера — размером примерно с небольшой внедорожник. Ее заканчивают собирать в Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии.
Сердце камеры — фокальная плоскость, которая улавливает свет, излучаемый или отражаемый объектом, и преобразует его в электрические сигналы, которые используются для создания цифрового изображения. Она похожа на датчики изображений в современных цифровых фотоаппаратах или камеры в смартфонах, только примерно в 17 раз больше. Ее устройство намного сложнее — она состоит из 189 датчиков, каждый с разрешением 16 мегапикселей. Их разбили на блоки, каждый из которых состоит из девяти датчиков для получения изображений и еще четырех — для фокусировки камеры и синхронизации телескопа с вращением Земли.
На то, чтобы собрать сетку из 25 блоков, команда потратила полгода. По задумке конструкторов, чтобы максимально увеличить область изображения, промежутки между датчиками на соседних блоках не должны превышать пяти человеческих волос в ширину. Сложность была в том, что датчики очень хрупкие и могут легко потрескаться от соприкосновения друг с другом. А еще они очень дорогие — каждый стоит примерно три миллиона долларов. Поэтому команда инженеров год тренировалась устанавливать тестовые блоки. Сама фокальная плоскость находится внутри криостата, где датчики охлаждаются до рабочей температуры в минус 65,5 градуса по Цельсию.
SLAC National Accelerator Laboratory / Flickr
Благодаря таким характеристикам камера LSST сможет за один раз захватывать площадь неба размером с 40 полных лун. Она делает изображения с разрешением в 3 200 мегапикселей. С ее помощью можно разглядеть мяч для гольфа на расстоянии примерно 24 километра. А чтобы показать одно такое фото в полном формате, нужно 378 экранов с разрешением 4K.
Хотя камера еще не полностью собрана, команда SLAC уже успешно ее протестировала. Для проецирования 3200-мегапиксельных изображений на фокальную плоскость использовали отверстие размером 150 микрон.
Одну из первых сфотографировали капусту романеско — один из сортов цветной капусты. Ее выбрали из-за очень подробной структуры поверхности. И датчики изображения камеры смогли передать ее максимально детально. Также оцифровали фото Веры Рубин, гравюру из книги французского астронома XIX века Камиля Фламмариона и собрали коллаж из фото членов команды SLAC. «Благодаря жестким спецификациям мы действительно раздвинули границы возможного, чтобы использовать каждый квадратный миллиметр фокальной плоскости и максимизировать научные знания, которые мы можем добыть», — говорит Аарон Рудман, ученый, ответственный за сборку и тестирование камеры LSST.
Фото капусты романеско. Фото Веры Рубин.
SLAC National Accelerator Laboratory / Flickr
Коллаж из фото членов команды SLAC. Фото гравюры Фламмариона.
SLAC National Accelerator Laboratory / Flickr
К середине следующего года команда инженеров планирует закончить собирать оставшиеся компоненты камеры — линзы, затвор и систему замены фильтров. После финальных испытаний ее отправят в обсерваторию в Чили. Когда ее встроят в телескоп, датчики изображения смогут обнаруживать объекты в сто миллионов раз тусклее, чем те, которые можно увидеть невооруженным глазом.
В течение следующих десяти лет после запуска камера будет делать снимки примерно на 15 терабайт за одну ночь. За это время планируют заснять около 40 миллиардов звезд и галактик. Это поможет составить более подробную карту Млечного Пути, исследовать темную энергию и темную материю, отслеживать околоземные астероиды, а также наблюдать за различными телами в Солнечной системе. Но главное — ученые рассчитывают, что такой огромный объем данных приведет к новым неожиданным открытиям. По словам участников проекта, «эти данные улучшат наши знания о том, как эволюционируют галактики». А новая уникальная камера — «это веха, которая приближает нас к исследованию фундаментальных вопросов о Вселенной так, как мы раньше не могли».
SLAC National Accelerator Laboratory / Flickr