У Чилі завершується будівництво обсерваторії імені Віри Рубін. Зводять її на горі Серро-Пачон на висоті 2 682 метри. Тут один з найкращих у світі видів на Південну півкулю зоряного неба, і поруч вже є кілька обсерваторій. Спеціально для обсерваторії імені Віри Рубін будується Великий оглядовий телескоп (LSST) з унікальною архітектурою і 8-метровим дзеркалом. Він зможе отримувати за один раз зображення значно більшої частини неба, ніж інші телескопи. Повноцінний запуск обсерваторії планують на початку 2023 року.
Одним з головних компонентів телескопа стане найбільша у світі цифрова камера — розміром приблизно з невеликий позашляховик. Її закінчують збирати в Національній прискорювальній лабораторії SLAC у Каліфорнії.
Серце камери — фокальна площина, яка вловлює світло, що випромінюється або відображається обʼєктом, і перетворює його на електричні сигнали, які використовуються для створення цифрового зображення. Вона схожа на датчики зображень у сучасних цифрових фотоапаратах або камери у смартфонах, тільки приблизно в 17 разів більша. Її будова набагато складніша — вона складається зі 189 датчиків, кожен із роздільною здатністю 16 мегапікселів. Їх розбили на блоки, кожен з яких складається з девʼяти датчиків для отримання зображень і ще чотирьох — для фокусування камери і синхронізації телескопа з обертанням Землі.
На те, щоб зібрати сітку з 25 блоків, команда витратила пів року. За задумом конструкторів, щоб максимально збільшити область зображення, проміжки між датчиками на сусідніх блоках не повинні перевищувати пʼяти людських волосин завширшки. Складність була в тому, що датчики дуже крихкі і можуть легко потріскатися від зіткнення один з одним. А ще вони дуже дорогі — кожен коштує приблизно три мільйони доларів. Тому команда інженерів рік тренувалася встановлювати тестові блоки. Сама фокальна площина розташовується всередині кріостата, де датчики охолоджуються до робочої температури у мінус 65,5 градуса за Цельсієм.
SLAC National Accelerator Laboratory / Flickr
Завдяки таким характеристикам камера LSST зможе за один раз захоплювати площу неба розміром з 40 повних місяців. Вона робить зображення з роздільною здатністю у 3 200 мегапікселів. З її допомогою можна розгледіти мʼяч для гольфу на відстані приблизно 24 кілометри. А щоб показати одне таке фото в повному форматі потрібно 378 екранів з роздільною здатністю 4K.
Хоча камера ще не повністю зібрана, команда SLAC вже успішно її протестувала. Для проєктування 3200-мегапіксельних зображень на фокальну площину використовували отвір розміром 150 мікронів.
Одною з перших сфотографували капусту романеско — один із сортів цвітної капусти. Її обрали через дуже детальну структуру поверхні. І датчики зображення камери змогли передати її максимально деталізовано. Також оцифрували фото Віри Рубін, гравюру з книги французького астронома XIX століття Каміля Фламмаріона і зібрали колаж з фото членів команди SLAC. «Завдяки жорстким специфікаціям ми справді розсунули межі можливого, щоб використовувати кожен квадратний міліметр фокальної площини і максимізувати наукові знання, які ми можемо отримати», — говорить Аарон Рудман, вчений, відповідальний за збірку і тестування камери LSST.
Фото капусти романеско. Фото Віри Рубін.
SLAC National Accelerator Laboratory / Flickr
Колаж з фото членів команди SLAC. Фото гравюри Фламмаріона.
SLAC National Accelerator Laboratory / Flickr
До середини наступного року команда інженерів планує закінчити збирати решту компонентів камери — лінзи, затвор і систему заміни фільтрів. Після фінальних випробувань її відправлять в обсерваторію в Чилі. Коли її вмонтують у телескоп, датчики зображення зможуть виявляти обʼєкти в сто мільйонів разів тьмяніші за ті, які можна побачити неозброєним оком.
Протягом наступних десяти років після запуску камера буде робити знімки приблизно на 15 терабайт за одну ніч. За цей час планують відзняти близько 40 мільярдів зірок і галактик. Це допоможе скласти більш детальну карту Чумацького Шляху, досліджувати темну енергію і темну матерію, відстежувати навколоземні астероїди, а також спостерігати за різними тілами в Сонячній системі. Але головне — вчені розраховують, що такий величезний обсяг даних призведе до нових несподіваних відкриттів. За словами учасників проєкту, «ці дані поліпшать наші знання про те, як еволюціонують галактики». А нова унікальна камера — «це віха, яка наближає нас до дослідження фундаментальних питань про Всесвіт так, як ми раніше не могли».
SLAC National Accelerator Laboratory / Flickr