LSST: Verdens største digitalkamera skal kartlegge kosmos

Verdens største digitalkamera ble nylig installert på Vera C. Rubin-observatoriet i Chile. Legacy Survey of Space and Time (LSST)-kameraet, med sine imponerende 3,2 gigapiksler, er intet mindre enn en milepæl.

Elefant blant kameraer

LSST-kameraet er et teknologisk monstrum. Med sine 4,5 meter i lengde, 1,65 meter i høyde og en vekt på over 3 tonn, kreves spesielle transportmidler og håndtering. Kameraet ble utviklet ved SLAC National Accelerator Laboratory og ankom observatoriet i mai 2024 – men er først nå fullt operativt og klart for arbeidet det er bygget for.

Sensoren består av 189 individuelle CCD-brikker arrangert i 21 moduler kalt «flåter». Hver piksel er bare 10 mikrometer stor, men til sammen danner de en sensor med en diameter på 64 centimeter – stor nok til å fange et område 40 ganger større enn fullmånen i ett enkelt bilde.

Ekspressfart i universets databane

Kameraet tar et 15-sekunders eksponert bilde hvert 20. sekund, noe som betyr at observatoriet kan kartlegge hele den synlige sørlige nattehimmelen i løpet av bare noen få netter. For å håndtere den enorme datamengden er systemet designet for å lese ut alle 3,2 gigapiksler på bare to sekunder.

Hver natt vil kameraet produsere rundt 20 terabyte med data. Over den tiårige levetiden forventes databasen å nå 15 petabyte, med en total datamengde på rundt 60 petabyte.

Seks filtre for kosmos’ farger

LSST-kameraet ser lys fra nær ultrafiolett til nær infrarød (320-1050 nanometer) og bruker seks ulike filtre for å fange forskjellige bølgelengder. Et karusellsystem holder fem filtre klare til bruk, med det sjette tilgjengelig for manuell utskiftning.

Filterbytteren kan skifte filter på under to minutter, og systemet kan gjøre opptil fire bytter hver natt. Dette gir mulighet til å studere himmelobjekters farge og lysstyrke i detalj.

Ti år med kosmisk filming

Kameraet utgjør hjertet i en tiårig kartlegging, som starter sent i 2025. Målet er å skape en ultrahøydefinert «film» av universet – et overblikk som aldri før har vært mulig.

Gjennom dette arbeidet vil observatoriet bygge et katalog med anslagsvis 20 milliarder galakser, 17 milliarder stjerner og 6 millioner baner for objekter i solsystemet. Det vil også registrere rundt 10 millioner varsler hver natt om forbigående hendelser.

Jakten på universets mørke hemmeligheter

Et hovedmål for LSST-misjonen er å øke vår forståelse av mørk materie og mørk energi – de mystiske komponentene som utgjør 95 prosent av universets innhold, men som vi fortsatt vet svært lite om. Fordi de ikke reagerer direkte med lys – kun med tyngdekraft.

Ved å observere milliarder av galakser og måle små forstyrrelser i deres lys, vil forskerne likevel kunne kartlegge hvordan mørk materie former universets struktur.

Fra stjernehimmel til romskrot

Kameraet vil også kartlegge objekter nærmere jorda. Det forventes å oppdage millioner av nye asteroider, titusener av objekter i Kuiper-beltet, og hundretusener av objekter nær jorda.

LSST kan finne 60-90 prosent av alle potensielt farlige asteroider større enn 140 meter i diameter, noe som betydelig forbedrer vår evne til å forutse og avverge truende nedslag.

Kan den havne i våre lommer?

Historien har vist at teknologi utviklet for astronomi ofte finner veien til forbrukerprodukter. Det første digitalkameraet ble utviklet for astrofysikk, og det samme gjelder for røntgenapparater.

Vi ser for oss at den spesialiserte sensorteknologien i LSST-kameraet kan bane vei for neste generasjons forbrukerkameraer med bedre ytelse i svakt lys og høyere følsomhet. Ingeniørene har løst komplekse utfordringer med støyreduksjon, hurtig databehandling og energieffektivitet – problemer som også står sentralt i utviklingen av mobilkameraer.

Sensorene i LSST-kameraet må fungere ved -100 grader Celsius for å minimere støy og sikre bildekvaliteten. Hvem vet, kanskje kan teknikkene som er utviklet for å håndtere disse ekstreme forholdene bidra til å forbedre ytelsen til forbrukerkameraer under utfordrende forhold, som dårlig belysning eller ekstreme temperaturer.

Så neste gang du tar et krystallklart nattbilde med mobiltelefonen din, eller bruker avansert bildebehandling, kan du takke den type romforskning som LSST-kameraet representerer.

Mer info: slac.stanford.edu