211service.com
Jättekamera spårar asteroider
Det första av fyra nya asteroidspårningsteleskop kommer online nästa månad på Hawaii och lovar att snabbt skanna stora delar av himlen – tack vare världens största digitalkamera.
Håller koll: Prototypen Pan-STARRS-teleskop, PS1, fokuserade på kometen Holmes under försöken 2008. Detaljen är ungefär hälften av vad som förväntas när teleskopet går online i december.
Projektet, känt som Panoramic Survey Telescope och Rapid Response System (Pan-STARRS) , syftar till att skanna hela himlen som är synlig från toppen av Mount Haleakala på Maui Island, Hawaii, tre gånger i månaden, och letar efter asteroider och jordnära objekt (NEOs) så små som 300 meter i diameter. I hjärtat av varje teleskop finns en Digitalkamera med 1,4 miljarder pixlar som kan fotografera breda sträckor av natthimlen med skarpa detaljer.
Den första prototypen av teleskop som använder kameran kommer att släppas online i december. Detta teleskop kommer att skanna natthimlen och leta efter asteroider och kometer som kan utgöra ett hot mot jorden. Pan-STARRS är designad för att ha minst tre gånger så stor uppsamlingskraft som nuvarande NEO-teleskop.
Pan-STARRS kameror, som var och en består av en 40-centimeter-kvadrat array av charge-coupled devices (CCDs), tillför ny teknik till optiken som används inom astronomi. Den kanske mest innovativa aspekten är varje CCD-cells förmåga att elektroniskt förskjuta en bild för att motverka atmosfärisk oskärpa och leverera tydligare astrofotografering, säger Barry Burke, en senior anställd vid MIT:s Lincoln Laboratory , som gör kamerorna.
Atmosfären är gränsen för kvaliteten på bilden, men det finns en speciell egenskap hos dessa chips som gör att de kan ta bort en del av oskärpan på grund av atmosfäriska effekter, säger Burke. Det gör att bilden kan förskjutas i valfri riktning i chippet på ett sätt som matchar stjärnornas rörelse och som tar bort en betydande del av oskärpan.
Känd som ortogonal överföring CCD (OTCCD), använder tekniken elektronik för att justera bilden istället för att mekaniskt luta en kamerans lins eller spegel, en vanligare teknik som används i konsumentkameror som har optisk bildstabilisering. Eftersom processen är elektronisk kan tekniken distribueras till varje cell i CCD-matrisen, vilket möjliggör mycket mer granulära justeringar av lokaliserad atmosfärisk turbulens. Resultatet är en bild som är skarpare än vad ett markbaserat observatorium skulle kunna producera.
CCD-kamerans mosaikstruktur leder också till ett mer tillförlitligt system och billigare tillverkningskostnader, säger Burke. Chipet kunde omöjligt göras till den storleken, så vi tvingas bryta ner kameran i brickor, säger han.
Varje Pan-STARRS-kamera består av en åtta gånger åtta array av enheter, som var och en innehåller en åtta gånger åtta array av CCD-celler. Storleken på varje cell – ungefär sex millimeter på en sida – bestäms av en sweet spot: om markerna var mycket större, skulle antalet defekter på dem – och därmed den totala kostnaden för att göra dem – vara för stor; om de var mycket mindre skulle det bli mycket svårare att organisera dem i kamerans fokusplan.
Många ögon: Varje komponent i den ortogonala överförings-CCD-gruppen består av en femcentimetersenhet som består av 64 CCD-chips. Den stora åtta gånger åtta-matrisen innehåller bara 60 enheter eftersom hörnelementen skulle vara för långt från mitten av fokalplanet för att samla in användbar data.
En sådan design kommer sannolikt att bli framtidens väg för mycket stora fokalplanskameror, säger Donald Figer, en astronom och chef för Rochester Imaging Detector Laboratory (RIDL) , i New York.
Genom att lägga ihop kamerans fokalplan i flera CCD och använda den ortogonala överföringstekniken kan den undvika ett problem som ofta påverkar större CCD-chips, säger Figer. Detta problem, som kallas blomning, uppstår på grund av kontraster i ljusintensiteten som kommer från ett fält av stjärnor. En mycket ljus stjärna kan skapa en stor elektrisk laddning i en viss rad och kolumn på ett CCD-chip, eftersom dess intensitet överväldigar den del av himlen som avbildas på chipet. CCD:er levererar sina data längs raderna och kolumnerna i halvledarkretsarna, så en stark ljussignal kan överväldiga de andra pixlarna i samma rad och kolumn. Men genom att använda många chips kan effekten lokaliseras, och genom att flytta bilden med ortogonal överföring kan toppintensiteten korrigeras.
Den ortogonala överföringsförmågan gör att den kan blanda laddningen längs segmenten, säger Figer. Det låter dig effektivt få en tydligare bild. Andra kameror gör något sådant, men de gör det genom att deformera spegeln.
Pan-STARRS tillvägagångssätt skiljer sig från det som används i stora teleskop i andra observatorier, till exempel Keck Observatorys två 10-metersteleskop på Mauna Kea, på Hawaii. Stora teleskop använder vanligtvis adaptiv optik för att korrigera för atmosfärisk turbulens genom att dra fördel av ett ljust objekt, känt som en naturlig ledstjärna, nära målet. Genom att justera teleskopets bild för att korrigera för aberrationer som upptäcks i ledstjärnabilden, ger en mycket tydligare bild – korrigerad för atmosfärisk turbulens – resultat. Men i 99 procent av visningsfallen är en naturlig ledstjärna inte tillgänglig, så Keck 1 och Keck 2 använder en laserledarstjärna, som skapas genom att en laserstråle med natriumvåglängd skickas in i den övre atmosfären för att excitera ett tunt lager av natriumatomer där. Detta skapar en referenspunkt nära observationsmålet, liknande en naturlig ledstjärna.
Ett markbaserat teleskop utrustat med adaptiv optik kan producera bilder med en upplösning som är jämförbar med Hubble-teleskopets. Tillvägagångssättet är dock för dyrt för mindre teleskop, som 1,8-meters Pan-STARRS-kikaren. Till lägre kostnad resulterar dock bildkorrigeringen som utförs av OTCCD:erna i en bild av liknande, om inte riktigt lika bra, kvalitet.