LSST: Verdens største digitalkamera skal kortlægge kosmos

Verdens største digitalkamera blev for nylig installeret på Vera C. Rubin-observatoriet i Chile. Kameraet Legacy Survey of Space and Time (LSST) er med sine imponerende 3,2 gigapixel intet mindre end en milepæl.

Elefant blandt kameraer

LSST-kameraet er et teknologisk monstrum. Med en længde på 4,5 meter, en højde på 1,65 meter og en vægt på over 3 tons kræver det specialtransport og håndtering. Kameraet er udviklet på SLAC National Accelerator Laboratory og ankom til observatoriet i maj 2024 – men er først nu fuldt funktionsdygtigt og klar til det arbejde, det blev bygget til.

Sensoren består af 189 individuelle CCD-chips arrangeret i 21 moduler, kaldet ‘flåder’. Hver pixel er kun 10 mikrometer stor, men tilsammen danner de en sensor med en diameter på 64 centimeter – stor nok til at fange et område 40 gange større end fuldmånen i et enkelt billede.

Ekspresfart i universets databane

Kameraet tager et 15 sekunders eksponeret billede hvert 20. sekund, hvilket betyder, at observatoriet kan kortlægge hele den synlige sydlige nattehimmel på nogle få nætter. For at kunne håndtere den enorme datamængde er systemet designet til at udlæse alle 3,2 gigapixel på bare to sekunder.

Hver nat vil kameraet producere omkring 20 terabyte data. I løbet af dets 10-årige levetid forventes databasen at nå op på 15 petabyte med en total datamængde på omkring 60 petabyte.

Seks filtre til kosmos’ farver

LSST-kameraet ser lys fra nær ultraviolet til nær infrarød (320-1.050 nanometer) og bruger seks forskellige filtre til at indfange forskellige bølgelængder. Et karruselsystem holder fem filtre klar til brug, mens det sjette kan udskiftes manuelt.

Filteromskifteren kan skifte filter på mindre end to minutter, og systemet kan foretage op til fire skift hver nat. Det gør det muligt at studere himmelobjekters farve og lysstyrke i detaljer.

10 år med kosmisk filmoptagelse

Kameraet udgør hjertet i en 10-årig kortlægning, som starter i slutningen af 2025. Målet er at skabe en ultra-high definition ‘film’ af universet – et overblik, som aldrig før har været muligt.

Gennem dette arbejde vil observatoriet opbygge et katalog over anslået 20 milliarder galakser, 17 milliarder stjerner og 6 millioner baner for objekter i solsystemet. Det vil også registrere omkring 10 millioner varsler hver nat om forbigående hændelser.

Jagten på universets mørke hemmeligheder

Et hovedmål med LSST-missionen er at øge vores forståelse af mørk materie og mørk energi – de mystiske komponenter, der udgør 95 procent af universets indhold, men som vi stadig ved meget lidt om. Det skyldes, at de ikke reagerer direkte med lys – kun med tyngdekraft.

Ved at observere milliarder af galakser og måle bittesmå forstyrrelser i deres lys vil forskerne alligevel kunne kortlægge, hvordan mørk materie former universets struktur.

Fra stjernehimmel til rumskrot

Kameraet vil også kortlægge objekter tættere på Jorden. Det forventes at opdage millioner af nye asteroider, titusinder af objekter i Kuiper-bæltet og hundredtusinder af objekter i nærheden nær Jorden.

LSST kan finde 60-90 procent af alle potentielt farlige asteroider, der er større end 140 meter i diameter, hvilket giver en betydelig forbedring af vores evne til at forudse og afværge truende nedslag.

Kan det havne i vores lommer?

Historien har vist, at teknologi udviklet til astronomi ofte finder vej til forbrugerprodukter. Det første digitalkamera blev udviklet til astrofysik, og det samme gælder for røntgenapparater.

Vi ser for os, at den specialiserede sensorteknologi i LSST-kameraet kan bane vejen for den næste generations forbrugerkameraer med bedre ydeevne i svagt lys og højere følsomhed. Ingeniørerne har løst komplekse udfordringer med støjreduktion, hurtig databehandling og energieffektivitet – problemer, som også er centrale for udviklingen af mobilkameraer.

Sensorerne i LSST-kameraet skal fungere ved minus 100 grader Celsius for at minimere støj og sikre billedkvaliteten. Hvem ved, måske kan teknologierne, der er udviklet til at håndtere disse ekstreme forhold, bidrage til at forbedre forbrugerkameraers ydelse under udfordrende forhold, f.eks. i dårlig belysning eller ved ekstreme temperaturer.

Så næste gang du tager et krystalklart natbillede med din mobil eller bruger avanceret billedbehandling, kan du takke den type rumforskning, som LSST-kameraet repræsenterer.

Mere info: slac.stanford.edu