LSST: Världens största digitalkamera ska kartlägga kosmos

Världens största digitalkamera installerades nyligen på Vera C. Rubin-observatoriet i Chile. Legacy Survey of Space and Time (LSST)-kameran, med sina imponerande 3,2 gigapixlar, är inget mindre än en milstolpe.

En elefant bland kameror

LSST-kameran är ett teknologiskt monster. Med sina 4,5 meter i längd, 1,65 meter i höjd och en vikt på över 3 ton krävs särskilda transportmedel och hantering. Kameran utvecklades vid SLAC National Accelerator Laboratory och anlände till observatoriet i maj 2024 – men är först nu fullt operativ och klar för det arbete den är byggd för.

Sensorn består av 189 individuella CCD-chip arrangerade i 21 moduler kallade ”flottar”. Varje pixel är bara 10 mikrometer stor, men tillsammans bildar de en sensor med en diameter på 64 centimeter – tillräckligt stor för att fånga ett område 40 gånger större än fullmånen i en enda bild.

Expresshastighet i universums databank

Kameran tar en 15 sekunders exponerad bild var 20:e sekund, vilket innebär att observatoriet kan kartlägga hela den synliga södra natthimlen på bara några nätter. För att hantera den enorma datamängden är systemet utformat för att läsa ut alla 3,2 gigapixlar på bara två sekunder.

Varje natt kommer kameran att producera omkring 20 terabyte data. Under sin tioåriga livslängd förväntas databasen nå 15 petabyte, med en total datamängd på omkring 60 petabyte.

Sex filter för kosmos färger

LSST-kameran ser ljus från nära ultraviolett till nära infrarött (320-1 050 nanometer) och använder sex olika filter för att fånga olika våglängder. Ett karusellsystem håller fem filter redo för användning, med det sjätte tillgängligt för manuellt byte.

Filterbytaren kan byta filter på mindre än två minuter, och systemet kan göra upp till fyra byten varje natt. Detta gör det möjligt att studera himlakroppars färg och ljusstyrka i detalj.

Tio år med kosmisk filmning

Kameran utgör hjärtat i en tioårig kartläggning, som startar i slutet av 2025. Målet är att skapa en ultrahögupplöst ”film” av universum – en överblick som aldrig tidigare varit möjlig.

Genom detta arbete kommer observatoriet att bygga en katalog med uppskattningsvis 20 miljarder galaxer, 17 miljarder stjärnor och 6 miljoner banor för objekt i solsystemet. Det kommer också att registrera cirka 10 miljoner varningar varje natt om förbigående händelser.

Jakten på universums mörka hemligheter

Ett huvudmål för LSST-uppdraget är att öka vår förståelse av mörk materia och mörk energi – de mystiska komponenter som utgör 95 procent av universums innehåll, men som vi fortfarande vet mycket lite om. Eftersom de inte reagerar direkt med ljus – bara med gravitation.

Genom att observera miljarder galaxer och mäta små störningar i deras ljus kommer forskarna ändå att kunna kartlägga hur mörk materia formar universums struktur.

Från stjärnhimlen till rymdskrot

Kameran kommer också att kartlägga objekt närmare jorden. Man förväntar sig att upptäcka miljontals nya asteroider, tiotusentals objekt i Kuiperbältet och hundratusentals objekt nära jorden.

LSST kan hitta 60-90 procent av alla potentiellt farliga asteroider större än 140 meter i diameter, vilket avsevärt förbättrar vår förmåga att förutse och avvärja hotande nedslag.

Kan den hamna i våra fickor?

Historien har visat att teknologi som utvecklats för astronomi ofta hittar vägen till konsumentprodukter. Den första digitalkameran utvecklades för astrofysik, och detsamma gäller röntgenapparater.

Vi ser framför oss att den specialiserade sensorteknologin i LSST-kameran kan bana väg för nästa generations konsumentkameror med bättre prestanda i svagt ljus och högre känslighet. Ingenjörerna har löst komplexa utmaningar med brusreducering, snabb databehandling och energieffektivitet – problem som också är centrala i utvecklingen av mobilkameror.

Sensorerna i LSST-kameran måste fungera vid -100 grader Celsius för att minimera brus och säkerställa bildkvaliteten. Vem vet, kanske kan tekniken som utvecklats för att hantera dessa extrema förhållanden bidra till att förbättra prestandan hos konsumentkameror under utmanande förhållanden, som dålig belysning eller extrema temperaturer.

Så nästa gång du tar en kristallklar nattbild med din mobiltelefon eller använder avancerad bildbehandling kan du tacka den typ av rymdforskning som LSST-kameran representerar.

Mer info: slac.stanford.edu