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Riesige Kamera verfolgt Asteroiden
Das erste von vier neuen Asteroiden-Tracking-Teleskopen wird nächsten Monat auf Hawaii online gehen und verspricht, große Teile des Himmels schnell zu scannen – dank der größten Digitalkamera der Welt.
Wache halten: Der Prototyp des Pan-STARRS-Teleskops PS1 konzentrierte sich während der Tests im Jahr 2008 auf den Kometen Holmes. Die Details sind ungefähr die Hälfte dessen, was erwartet wird, wenn das Teleskop im Dezember online geht.
Das Projekt, bekannt als das Panoramic Survey Telescope und Rapid Response System (Pan-STARRS) , zielt darauf ab, dreimal im Monat den gesamten Himmel zu scannen, der vom Gipfel des Mount Haleakala auf der Insel Maui auf Hawaii aus sichtbar ist, und sucht nach Asteroiden und erdnahen Objekten (NEOs) mit einem Durchmesser von nur 300 Metern. Das Herzstück jedes Teleskops ist ein 1,4-Milliarden-Pixel-Digitalkamera die weite Streifen des Nachthimmels detailgetreu fotografieren kann.
Der erste Prototyp des Teleskops mit der Kamera wird im Dezember online gehen. Dieses Teleskop wird den Nachthimmel scannen und nach Asteroiden und Kometen suchen, die eine Bedrohung für die Erde darstellen könnten. Pan-STARRS ist so konzipiert, dass es mindestens die dreifache Sammelleistung aktueller NEO-Teleskope hat.
Die Kameras des Pan-STARRS, die jeweils aus einem 40 Quadratzentimeter großen Array von ladungsgekoppelten Geräten (CCDs) bestehen, bringen neue Technologien in die in der Astronomie verwendete Optik. Der vielleicht innovativste Aspekt ist die Fähigkeit jeder CCD-Zelle, ein Bild elektronisch zu verschieben, um atmosphärischen Unschärfen entgegenzuwirken und eine klarere Astrofotografie zu liefern, sagt Barry Burke, leitender Mitarbeiter am MIT Lincoln-Labor , was die Kameras macht.
Die Atmosphäre ist die Grenze für die Bildqualität, aber es gibt eine Besonderheit dieser Chips, die es ihnen ermöglicht, einen Teil der Unschärfe aufgrund von atmosphärischen Effekten zu entfernen, sagt Burke. Es ermöglicht, das Bild in jede Richtung im Chip so zu verschieben, dass es der Bewegung der Sterne entspricht und einen erheblichen Teil der Unschärfe entfernt.
Die als Orthogonal-Transfer-CCD (OTCCD) bekannte Technologie verwendet Elektronik, um das Bild anzupassen, anstatt das Objektiv oder den Spiegel einer Kamera mechanisch zu neigen, eine gängigere Technik, die bei Consumer-Kameras mit optischer Bildstabilisierung verwendet wird. Da der Prozess elektronisch ist, kann die Technologie auf jede Zelle des CCD-Arrays verteilt werden, was eine viel granularere Anpassung an lokalisierte atmosphärische Turbulenzen ermöglicht. Das Ergebnis ist ein schärferes Bild als das, was ein bodengestütztes Observatorium erzeugen könnte.
Die Mosaikstruktur der CCD-Kamera führt außerdem zu einem zuverlässigeren System und zu geringeren Herstellungskosten, sagt Burke. Der Chip könnte unmöglich in dieser Größe hergestellt werden, daher sind wir gezwungen, die Kamera in Kacheln zu zerlegen, sagt er.
Jede Pan-STARRS-Kamera besteht aus einem 8-mal-acht-Array von Geräten, von denen jedes ein 8-mal-acht-Array von CCD-Zellen enthält. Die Größe jeder Zelle – etwa sechs Millimeter an einer Seite – wird durch einen Sweet Spot bestimmt: Wenn die Chips viel größer wären, wäre die Anzahl der Fehler – und damit die Gesamtkosten ihrer Herstellung – zu hoch; wären sie viel kleiner, wäre es viel schwieriger, sie in der Fokusebene der Kamera zu organisieren.
Viele Augen: Jede Komponente des CCD-Arrays mit orthogonalem Transfer besteht aus einem fünf Zentimeter großen Gerät, das aus 64 CCD-Chips besteht. Das große 8-mal-acht-Array enthält nur 60 Geräte, da die Eckelemente zu weit vom Zentrum der Fokusebene entfernt wären, um nützliche Daten zu sammeln.
Ein solches Design wird wahrscheinlich der Weg der Zukunft für sehr große Focal-Plane-Kameras sein, sagt Donald Figer, Astronom und Direktor des Rochester Imaging Detector Laboratory (RIDL) , in New York.
Durch die Aufteilung der Brennebene der Kamera in zahlreiche CCDs und die Verwendung der Orthogonal-Transfer-Technologie kann ein Problem vermieden werden, das häufig größere CCD-Chips betrifft, sagt Figer. Dieses Problem, das als Blooming bezeichnet wird, tritt aufgrund von Kontrasten in den Intensitäten des Lichts auf, das von einem Sternenfeld kommt. Ein sehr heller Stern kann in einer bestimmten Reihe und Spalte eines CCD-Chips eine große elektrische Ladung erzeugen, da seine Intensität den auf dem Chip abgebildeten Teil des Himmels überwältigt. CCDs liefern ihre Daten entlang der Zeilen und Spalten der Halbleiterschaltungen, sodass ein starkes Lichtsignal die anderen Pixel in derselben Zeile und Spalte überwältigen kann. Durch die Verwendung vieler Chips kann der Effekt jedoch lokalisiert werden, und durch Bewegen des Bildes mit orthogonaler Übertragung kann die Spitzenintensität korrigiert werden.
Die orthogonale Übertragungsfähigkeit ermöglicht es, Ladungen entlang der Segmente zu verschieben, sagt Figer. Es ermöglicht Ihnen, effektiv ein klareres Bild zu erhalten. Andere Kameras tun so etwas, aber sie tun es, indem sie den Spiegel verformen.
Der Ansatz von Pan-STARRS unterscheidet sich von dem, der bei großen Teleskopen in anderen Observatorien verwendet wird, wie den beiden 10-Meter-Teleskopen des Keck-Observatoriums auf dem Mauna Kea auf Hawaii. Große Teleskope verwenden normalerweise adaptive Optiken, um atmosphärische Turbulenzen zu korrigieren, indem sie ein helles Objekt, einen natürlichen Leitstern, in der Nähe des Ziels nutzen. Durch Anpassen des Bildes des Teleskops zur Korrektur von Aberrationen, die im Leitsternbild erkannt wurden, ergibt sich ein viel klareres Bild – korrigiert um atmosphärische Turbulenzen –. In 99 Prozent der Beobachtungsfälle steht jedoch kein natürlicher Leitstern zur Verfügung, daher verwenden Keck 1 und Keck 2 einen Laserleitstern, der durch Senden eines Natrium-Laserstrahls in die obere Atmosphäre erzeugt wird, um eine dünne Schicht von . anzuregen Natriumatome dort. Dadurch entsteht ein Referenzpunkt in der Nähe des Beobachtungsziels, ähnlich einem natürlichen Leitstern.
Ein mit adaptiver Optik ausgestattetes bodengestütztes Teleskop kann Bilder mit einer Auflösung erzeugen, die mit der des Hubble-Teleskops vergleichbar ist. Für kleinere Teleskope wie die 1,8-Meter-Pan-STARRS-Zielfernrohre ist der Ansatz jedoch zu teuer. Die von den OTCCDs durchgeführte Bildkorrektur führt jedoch zu geringeren Kosten zu einem Bild von ähnlicher, wenn auch nicht ganz so guter Qualität.