غول ۳٫۲ میلیارد پیکسلی رصدخانه ورا روبین؛ دوربینی که آسمان نیمکره جنوبی را هر ۴۰ ثانیه شکار میکند
رصدخانه ورا روبین که بر فراز کوههای بلند شیلی مستقر شده، میزبان یکی از پیچیدهترین ابزارهای علمی ساختهشده به دست بشر است. این ابزار، دوربین الاساستی (LSST) نام دارد و با ثبت ۳٫۲ میلیارد پیکسل در هر بار نوردهی، عنوان بزرگترین دوربین دیجیتال نجومی جهان را به خود اختصاص داده است. هدف نهایی این پروژه، تهیه نقشهای زنده و پویا از آسمان نیمکره جنوبی طی یک مأموریت دهساله است تا دانشمندان بتوانند تحولات لحظهای کیهان را رصد کنند.
ابعادی در مقیاس یک خودرو
شاید تصور یک «دوربین» ذهن را به سمت دستگاهی قابلحمل ببرد، اما دوربین الاساستی هیچ شباهتی به این تصور ندارد. این سازه عظیم حدود ۴٫۴۹ متر طول و ۱٫۶۵ متر ارتفاع دارد و وزن آن به تقریباً ۳٬۰۶۰ کیلوگرم میرسد؛ ابعادی هماندازه یک خودروی کوچک شهری. میدان دید این دوربین ۹٫۶ درجه مربع است که معادل پوشش همزمان حدود ۴۵ قرص ماه کامل در آسمان محسوب میشود. به بیان سادهتر، هر تکعکس این دوربین آنقدر عظیم است که برای نمایش کامل آن به صدها مانیتور با وضوح بالا نیاز خواهد بود.
مسیر نور: از آینه ۸٫۴ متری تا حسگرها
قدرت واقعی این سامانه فراتر از تعداد پیکسلهاست. نور اجرام کمفروغ کیهانی نخست توسط آینه اصلی تلسکوپ به قطر ۸٫۴ متر گردآوری میشود و سپس از میان سه عدسی غولپیکر عبور میکند. بزرگترین این عدسیها بیش از ۱٫۵ متر قطر دارد و بر اساس اعلام آزمایشگاه ملی شتابدهنده اسلک (SLAC)، رکورد بزرگترین عدسی ساختهشده برای کاربردهای اخترفیزیکی را در اختیار دارد. این مجموعه اپتیکی، نور گسترهای معادل ۴۵ ماه کامل را جمعآوری کرده و روی سطح حسگرها متمرکز میسازد. محدوده طولموج قابل ثبت نیز از ۳۲۰ تا ۱٬۰۵۰ نانومتر گسترده است و طیف وسیعی از فرابنفش نزدیک تا فروسرخ نزدیک را پوشش میدهد.
۱۸۹ حسگر در سرمای منفی ۱۰۰ درجه
در کانون دوربین، صفحهای به قطر تقریبی ۶۳٫۵ سانتیمتر قرار گرفته که میزبان ۱۸۹ حسگر سیسیدی (CCD) است. این حسگرها در قالب ۲۱ ماژول مجزا کنار یکدیگر چیده شدهاند و هر کدام ۴٬۰۹۶ در ۴٬۰۹۶ پیکسل با ابعاد ۱۰ میکرومتر دارند. مجموع این آرایش، همان عدد خیرهکننده ۳٫۲ میلیارد پیکسل را تولید میکند.
اما چالش اصلی در ثبت تصاویر با این حجم از داده، نویز حرارتی است. برای غلبه بر این مشکل، کل صفحه حسگرها درون محفظهای خلأ به نام کریواستات (Cryostat) جای گرفته و دمای آن تا حدود ۱۰۰ درجه سانتیگراد زیر صفر کاهش مییابد. این سرمای شدید، نویز الکترونیکی حسگرها را به حداقل میرساند و از بروز پیکسلهای معیوب یا بیشازحد روشن در خروجی نهایی جلوگیری میکند.
شش فیلتر و تعویض خودکار در کمتر از دو دقیقه
برای تفکیک دقیق رنگها و طولموجهای مختلف نور، دوربین الاساستی از شش فیلتر نوری با نامهای u، g، r، i، z و y بهره میبرد. این فیلترها درون یک چرخان مکانیکی نصب شدهاند و سامانه تعویض خودکار قادر است هر فیلتر را در کمتر از ۱۲۰ ثانیه جایگزین کند. نکته جالب آنکه هر شش فیلتر بهصورت همزمان روی چرخ سوار نمیشوند؛ یکی از آنها همواره در محفظهای جداگانه نگهداری میشود تا در صورت نیاز فوری، با یکی از فیلترهای فعال تعویض گردد.
سرعت خیرهکننده و پردازش آنی دادهها
تلسکوپ ورا روبین با چابکی چشمگیری در آسمان جابهجا میشود و تقریباً هر ۴۰ ثانیه یک بار، تصویر جدیدی از ناحیهای متفاوت ثبت میکند. با این سرعت، کل آسمان قابلرصد نیمکره جنوبی تنها در چند شبانهروز پوشش داده میشود و این فرایند بارها در طول مأموریت تکرار خواهد شد. دادههای خام تنها در محل ذخیره نمیمانند؛ بلکه در همان شب رصد، از طریق ارتباطات پرسرعت به تأسیسات اسلک در ایالات متحده منتقل و پردازش میشوند. نرمافزارهای اختصاصی، تصاویر تازه را با آرشیو تصاویر قبلی همان ناحیه مقایسه میکنند تا هرگونه تغییر در موقعیت یا درخشندگی اجرام آسمانی بلافاصله شناسایی شود.
جمعبندی: فیلمی بیپایان از کیهان
دوربین الاساستی صرفاً یک ابزار عکاسی نیست؛ بلکه ترکیبی هوشمندانه از آینه ۸٫۴ متری، میدان دید بیسابقه، شش فیلتر نوری، ۱۸۹ حسگر فوقحساس و سرعت تصویربرداری بینظیر است. نتیجه این همافزایی، تولید مجموعهای عظیم از تصاویر پیدرپی خواهد بود که اخترشناسان را قادر میسازد آسمان شب را نه بهصورت عکسهای تکفریم، بلکه همچون فیلمی طولانی و پویا از تحولات کیهانی تماشا کنند.