Команда Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США сделали первые цифровые фотографии с разрешением 3200 мегапикселей — самые большие из когда-либо сделанных за один снимок — с помощью необычного набора датчиков изображения, которые станут сердцем и душой будущей камеры обсервотории Веры Рубин.
Снимки настолько велики, что потребуется 378 телевизионных экранов сверхвысокой четкости 4K, чтобы отобразить один из них в полном размере, а их разрешение настолько огромно, что вы можете увидеть мяч для гольфа примерно с расстояния в 24 км. Эти и другие свойства вскоре станут основными двигателями беспрецедентных астрофизических исследований.
После всех тестов матрица будет интегрирована в крупнейшую в мире цифровую камеру, которая в настоящее время строится в SLAC. После установки в обсерватории Рубин в Чили камера будет создавать панорамные снимки южной части небосвода — один снимок раз в несколько дней на протяжении 10 лет.
Собранные данные будут использоваться для дополнения каталога галактик, в котором уже значится объектов больше, чем живущих людей на Земле. Дополнительной задачей камеры ставится построение точных траекторий движения бесчисленных астрофизических объектов. Используя камеру LSST, обсерватория создаст крупнейший астрономический фильм всех времен и прольет свет на некоторые из самых больших загадок Вселенной, включая темную материю и темную энергию.
В некотором смысле фокальная плоскость похожа на датчик изображения цифровой потребительской камеры или камеру в сотовом телефоне: он улавливает свет, излучаемый или отраженный объектом, и преобразует его в электрические сигналы, которые используются для создания цифрового изображения. Но фокальная плоскость камеры LSST намного сложнее. Фактически, он содержит 189 отдельных сенсоров или устройств с зарядовой связью (ПЗС), каждый из которых обеспечивает разрешение 16 мегапикселей - примерно столько же, сколько сенсоры изображений большинства современных цифровых камер.
Наборы из девяти ПЗС-матриц и их вспомогательной электроники были собраны в квадратные блоки, названные «научными плотами», в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США и отправлены в SLAC, где и произошло таинство сборки.
Фокальная плоскость обладает поистине необычными свойствами. Она не только содержит колоссальные 3,2 миллиарда пикселей, но ее пиксели также очень малы — около 10 микрон в ширину, — а сама фокальная плоскость чрезвычайно ровная, варьируясь не более чем на одну десятую толщины человеческого волоса. Это позволяет камере создавать четкие изображения с очень высоким разрешением. При ширине более 60 см фокальная плоскость огромна по сравнению с 1,4-дюймовым датчиком изображения полнокадровой потребительской камеры и достаточно велика, чтобы запечатлеть фрагмент неба размером около 40 полных лун.
Весь телескоп спроектирован таким образом, что датчики изображения смогут обнаруживать объекты в 100 миллионов раз тусклее, чем те, которые видны невооруженным глазом — чувствительность, которая позволит вам увидеть свечу за тысячи миль.
Планируется, что за 10 лет работы камера создаст фотографии около 20 миллиардов галактик. Эти данные улучшат наши знания о том, как галактики эволюционировали с течением времени, и позволят нам проверить наши модели темной материи и темной энергии более глубоко и точно, чем когда-либо.
Полученные снимки были лишь тестом матрицы перед окончательной сборкой и внедрением в камеру установленную в обсерватории. Планируемая дата завершение работ — январь 2021 года.