دوربین ۳٫۲ گیگاپیکسلی که از کل آسمان فیلم می‌گیرد!

در ارتفاعات شیلی، دوربینی قرار گرفته که اگرچه از نظر ظاهر چندان شبیه دوربین‌های معمولی نیست، اما یکی از جاه‌طلبانه‌ترین پروژه‌های تصویربرداری تاریخ را انجام می‌دهد.

دوربین LSST در رصدخانه‌ی ورا روبین، با ۳٫۲ میلیارد پیکسل، بزرگ‌ترین دوربین دیجیتال ساخته‌شده برای نجوم و اخترفیزیک محسوب می‌شود. این دوربین قرار است در طول یک بررسی ۱۰ ساله، آسمان نیم‌کره‌ی جنوبی را بارها اسکن کند و تصویری پویا از تغییرات جهان در اختیار دانشمندان بگذارد.

میدان دید دوربین حدود ۹٫۶ درجه‌ی مربع است؛ یعنی تقریباً به اندازه‌ی ۴۵ ماه کامل. تلسکوپ با حرکت سریع در آسمان، نواحی مختلف را پشت‌سرهم تصویربرداری می‌کند و رصدخانه در نهایت می‌تواند تقریباً تمام آسمان قابل‌رصد نیم‌کره‌ی جنوبی را در بازه‌ای چندروزه پوشش دهد. این فرایند بارها در طول مأموریت تکرار می‌شود تا تغییرات اجرام آسمانی قابل شناسایی باشد.

قلب این سیستم، یک دوربین بسیار بزرگ است. LSST Camera تقریباً به اندازه‌ی یک خودروی کوچک ساخته شده، حدود ۳٬۰۶۰ کیلوگرم وزن دارد و طولش حدود ۴٫۴۹ متر است. ارتفاع مجموعه به حدود ۱٫۶۵ متر می‌رسد. برای درک بهتر ابعاد عکس‌ها، خود رصدخانه می‌گوید نمایش کامل تنها یکی از تصاویر ثبت‌شده با این دوربین به صدها نمایشگر با وضوح بالا نیاز دارد.

راز این دوربین فقط تعداد پیکسل‌هایش نیست. نور بسیار ضعیف اجرام دوردست ابتدا توسط آینه‌های بزرگ تلسکوپ جمع‌آوری می‌شود و سپس از میان سه عدسی عظیم عبور می‌کند. بزرگ‌ترین عدسی بیش از ۱٫۵ متر قطر دارد و طبق اعلام SLAC، بزرگ‌ترین عدسی ساخته‌شده برای اخترفیزیک محسوب می‌شود. مجموعه‌ی آینه‌ها و عدسی‌ها نور منطقه‌ای از آسمان به وسعت حدود ۴۵ ماه کامل را جمع‌آوری و روی حسگرها متمرکز می‌کند.

پس از عبور نور از عدسی‌ها، فیلترها وارد عمل می‌شوند. دوربین از ۶ فیلتر با نام‌های u، g، r، i، z و y استفاده می‌کند تا بخش‌های مختلف طیف نور، از فرابنفش نزدیک تا فروسرخ نزدیک، جداگانه ثبت شوند. این فیلترها داخل محفظه‌ای چرخان قرار گرفته‌اند و سامانه‌ی تعویض خودکار می‌تواند هر فیلتر را در کمتر از دو دقیقه جابه‌جا کند. هر ۶ فیلتر به‌طور هم‌زمان روی چرخ قرار نمی‌گیرند و یکی از آن‌ها در محفظه‌ای جداگانه نگهداری می‌شود تا در صورت نیاز جایگزین شود.

نور در نهایت روی یک سطح تصویربرداری به قطر حدود ۶۳٫۵ سانتی‌متر متمرکز می‌شود که از ۱۸۹ حسگر CCD تشکیل شده است. این حسگرها در ۲۱ مجموعه‌ی موسوم به raft کنار هم قرار گرفته‌اند و مجموعاً همان ۳٫۲ میلیارد پیکسل را می‌سازند. هر حسگر ۴۰۹۶ در ۴۰۹۶ پیکسل دارد و اندازه‌ی هر پیکسل حدود ۱۰ میکرومتر است.

اما ثبت چنین تصاویر عظیمی مشکل دیگری هم دارد: گرما و نویز الکترونیکی. به همین دلیل صفحه‌ی حسگرها داخل محفظه‌ای خلأ موسوم به کریواستات قرار گرفته و تا حدود ۱۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد زیر صفر سرد می‌شود. سرمای شدید کمک می‌کند نویز حسگر کاهش پیدا کند و تعداد پیکسل‌های معیوب یا بیش‌ازحد روشن در تصاویر به حداقل برسد.

سرعت ثبت تصاویر به‌اندازه‌ی وضوح آن‌ها شگفت‌انگیز است. روبین اکنون می‌تواند تقریباً هر ۴۰ ثانیه تصویر جدیدی از بخشی دیگر از آسمان ثبت کند. داده‌ها تنها روی یک هارددیسک ذخیره نمی‌شوند؛ اطلاعات در همان شب به تأسیسات SLAC در آمریکا منتقل و پردازش می‌شوند. سامانه سپس تصاویر جدید را با تصاویر قبلی همان بخش مقایسه می‌کند تا اجرامی را که حرکت کرده‌اند یا درخشندگی‌شان تغییر کرده، شناسایی کند.

بنابراین قدرت دوربین LSST فقط از ۳٫۲ میلیارد پیکسل نمی‌آید. ترکیب آینه‌ی ۸٫۴ متری تلسکوپ، میدان دید گسترده، شش فیلتر، ۱۸۹ حسگر بسیار حساس و سرعت بالای تصویربرداری باعث می‌شود روبین بتواند آسمان را نه فقط با جزئیات کم‌سابقه، بلکه بارها و بارها در طول سال‌های مأموریت خود مشاهده کند. نتیجه، مجموعه‌ای عظیم از تصاویر پی‌درپی خواهد بود که به دانشمندان اجازه می‌دهد آسمان شب را مانند فیلمی بسیار طولانی از تغییرات کیهانی دنبال کنند.