Olbrzymie kamery śledzi asteroidy

Pierwszy z czterech nowych teleskopów śledzących asteroidy pojawi się w sieci w przyszłym miesiącu na Hawajach, obiecując szybkie skanowanie dużych połaci nieba – dzięki największemu na świecie aparatowi cyfrowemu.

Pilnowanie: Prototypowy teleskop Pan-STARRS, PS1, skoncentrował się na komecie Holmes podczas prób w 2008 roku. Szczegóły stanowią około połowę tego, czego oczekuje się, gdy teleskop zostanie uruchomiony w grudniu.

Projekt, znany jako Panoramiczny Teleskop Przeglądowy i System Szybkiego Reagowania (Pan-STARRS) , ma na celu skanowanie całego nieba widocznego ze szczytu góry Haleakala na wyspie Maui na Hawajach trzy razy w miesiącu w poszukiwaniu asteroid i obiektów bliskich Ziemi (NEO) o średnicy zaledwie 300 metrów. Sercem każdego teleskopu jest Aparat cyfrowy o rozdzielczości 1,4 miliarda pikseli który może sfotografować szerokie połacie nocnego nieba z wyraźnymi szczegółami.

Pierwszy prototypowy teleskop wykorzystujący kamerę zostanie uruchomiony w grudniu. Ten teleskop będzie skanował nocne niebo w poszukiwaniu asteroid i komet, które mogą stanowić zagrożenie dla Ziemi. Pan-STARRS został zaprojektowany tak, aby mieć co najmniej trzykrotnie większą moc zbierania niż obecne teleskopy NEO.

Kamery Pan-STARRS, z których każda składa się z 40-centymetrowego układu urządzeń ze sprzężeniem ładunkowym (CCD), wprowadzają nową technologię do optyki stosowanej w astronomii. Być może najbardziej innowacyjnym aspektem jest zdolność każdej komórki CCD do elektronicznego przesuwania obrazu, aby przeciwdziałać rozmyciu atmosferycznemu i zapewniać wyraźniejszą astrofotografię, mówi Barry Burke, starszy członek personelu MIT. Laboratorium Lincolna , co sprawia, że ​​aparaty.

Atmosfera jest granicą jakości obrazu, ale jest specjalna cecha tych chipów, która pozwala im usunąć część rozmycia spowodowanego efektami atmosferycznymi, mówi Burke. Pozwala to na przesunięcie obrazu w dowolnym kierunku na chipie w sposób, który odpowiada ruchowi gwiazd i usuwa znaczną część rozmycia.

Technologia ta, znana jako CCD z transferem ortogonalnym (OTCCD), wykorzystuje elektronikę do regulacji obrazu zamiast mechanicznego pochylania obiektywu lub lustra aparatu, co jest bardziej powszechną techniką stosowaną w aparatach konsumenckich, które mają optyczną stabilizację obrazu. Ponieważ proces jest elektroniczny, technologia może być rozprowadzana do każdej komórki matrycy CCD, co pozwala na znacznie bardziej ziarniste dostosowanie lokalnych turbulencji atmosferycznych. Rezultatem jest obraz, który jest ostrzejszy niż to, co mogłoby wytworzyć obserwatorium naziemne.

Mozaikowa struktura kamery CCD prowadzi również do bardziej niezawodnego systemu i niższych kosztów produkcji, mówi Burke. Chipa nie dałoby się zrobić do tego rozmiaru, więc jesteśmy zmuszeni rozbić kamerę na płytki, mówi.

Każda kamera Pan-STARRS składa się z tablicy urządzeń o wymiarach osiem na osiem, z których każde zawiera tablicę komórek CCD o wymiarach osiem na osiem. Rozmiar każdej komórki – około sześciu milimetrów z boku – jest określany przez optymalny punkt: jeśli chipsy byłyby znacznie większe, liczba defektów na nich – a tym samym całkowity koszt ich wykonania – byłaby zbyt duża; gdyby były znacznie mniejsze, znacznie trudniej byłoby je uporządkować w płaszczyźnie ogniskowej aparatu.

Wiele oczu: Każdy element macierzy CCD z transferem ortogonalnym składa się z pięciocentymetrowego urządzenia złożonego z 64 chipów CCD. Duża macierz o wymiarach osiem na osiem zawiera tylko 60 urządzeń, ponieważ elementy narożne byłyby zbyt daleko od środka płaszczyzny ogniskowania, aby zebrać przydatne dane.

Taka konstrukcja będzie prawdopodobnie przyszłością dla bardzo dużych kamer z płaszczyzną ogniskową – mówi Donald Figer, astronom i dyrektor Laboratorium Detektora Obrazowania Rochester (RIDL) , w Nowym Jorku.

Umieszczenie płaszczyzny ogniskowej kamery na liczne przetworniki CCD i wykorzystanie technologii transferu ortogonalnego pozwala uniknąć problemu, który często dotyczy większych chipów CCD, mówi Figer. Ten problem, zwany kwitnieniem, występuje z powodu kontrastów w natężeniu światła pochodzącego z pola gwiazd. Bardzo jasna gwiazda może wytworzyć duży ładunek elektryczny w określonym rzędzie i kolumnie chipa CCD, ponieważ jej intensywność przytłacza część nieba zobrazowaną na chipie. Przetworniki CCD dostarczają dane wzdłuż rzędów i kolumn obwodów półprzewodnikowych, więc silny sygnał świetlny może przytłoczyć inne piksele w tym samym rzędzie i kolumnie. Ale przy użyciu wielu chipów efekt można zlokalizować, a przesuwając obraz za pomocą transferu ortogonalnego, można skorygować intensywność szczytową.

Zdolność do przenoszenia ortogonalnego pozwala na tasowanie ładunku wzdłuż segmentów, mówi Figer. Pozwala skutecznie uzyskać wyraźniejszy obraz. Inne aparaty robią coś takiego, ale robią to poprzez deformację lustra.

Podejście Pan-STARRS różni się od podejścia stosowanego w dużych teleskopach w innych obserwatoriach, takich jak dwa 10-metrowe teleskopy Obserwatorium Kecka na Mauna Kea na Hawajach. Duże teleskopy zazwyczaj używają optyki adaptacyjnej do korygowania turbulencji atmosferycznych poprzez wykorzystanie jasnego obiektu, znanego jako naturalna gwiazda prowadząca, znajdującego się w pobliżu celu. Dostosowując obraz teleskopu do aberracji wykrytych na obrazie gwiazdy prowadzącej, uzyskuje się znacznie wyraźniejszy obraz – skorygowany pod kątem turbulencji atmosferycznych – wyników. Jednak w 99 procentach obserwacji naturalna gwiazda prowadząca nie jest dostępna, więc Keck 1 i Keck 2 używają laserowej gwiazdy prowadzącej, która jest tworzona przez wysłanie wiązki lasera o długości fali sodowej do górnej atmosfery w celu wzbudzenia cienkiej warstwy atomy sodu tam. Tworzy to punkt odniesienia w pobliżu celu obserwacji, podobny do naturalnej gwiazdy przewodniej.

Teleskop naziemny wyposażony w optykę adaptacyjną może wytwarzać obrazy o rozdzielczości porównywalnej z teleskopem Hubble'a. Jednak podejście to jest zbyt drogie dla mniejszych teleskopów, takich jak 1,8-metrowe lunety Pan-STARRS. Jednak tańszym kosztem korekcja obrazu wykonywana przez OTCCD daje obraz o podobnej, jeśli nie tak dobrej, jakości.

ukryć