دوربین گیگاپیکسلی روبین؛ فیلم برداری از آسمان شب

دوربینی را تصور کنید که با آسمان شب مثل یک صحنه فیلم‌برداری برخورد می‌کند. خاموش، بیکران و پیوسته. در ارتفاعات شیلی، در رصدخانه ورا روبین، دوربین ال‌اس‌اس‌تی دقیقا همین کار را انجام می‌دهد: هر چند ده ثانیه یک‌بار آسمان نیم‌کره جنوبی را پیمایش می‌کند و از تغییرات کیهانی، فیلمی ده‌ساله و پیوسته می‌سازد.

در نگاه اول، شبیه ابزارهای علمی‌تخیلی به نظر نمی‌رسد. از نظر اندازه بیشتر به یک خودروی جمع‌وجور شباهت دارد؛ حدود ۳٬۰۶۰ کیلوگرم وزن، نزدیک به ۴٫۴۹ متر طول از ابتدا تا انتها و تقریبا ۱٫۶۵ متر ارتفاع. اما درون این بدنه عظیم، موزاییکی از حسگرها قرار دارد که نمونه مشابهی ندارد: ۳٫۲ میلیارد پیکسل که از ۱۸۹ حسگر سی‌سی‌دی ساخته شده‌اند و در ۲۱ مجموعه موسوم به رَفت کنار هم قرار گرفته‌اند تا سطح تصویربرداری دایره‌ای به قطر حدود ۶۳٫۵ سانتی‌متر بسازند. هر حسگر سی‌سی‌دی ۴۰۹۶ در ۴۰۹۶ پیکسل دارد و فاصله پیکسلی آن حدود ۱۰ میکرومتر است.

چرا این‌همه پیکسل لازم است؟ چون دوربین ال‌اس‌اس‌تی قرار نیست فقط یک عکس زیبا بگیرد. هدف آن ثبت حرکت و تغییر در گستره‌ای بسیار بزرگ از آسمان است. میدان دید این دوربین حدود ۹٫۶ درجه مربع را پوشش می‌دهد، یعنی تقریبا برابر با مساحت ۴۵ ماه کامل. به همین دلیل تلسکوپ می‌تواند نیم‌کره جنوبی آسمان را سریع و بارها اسکن کند. آینه ۸٫۴ متری تلسکوپ نورهای بسیار کم‌فروغ را جمع‌آوری می‌کند، سه عدسی عظیم آن نور را اصلاح و متمرکز می‌کنند، که یکی از آن‌ها بیش از ۱٫۵ متر قطر دارد و گفته می‌شود بزرگ‌ترین عدسی ساخته‌شده برای اخترفیزیک است، و سپس دوربین این نور را در طول موج‌هایی از حدود ۳۲۰ تا ۱۰۵۰ نانومتر ثبت می‌کند.

رنگ در اینجا حاصل مهندسی دقیق است. شش فیلتر با برچسب‌های یو، جی، آر، آی، زد و وای نور را از محدوده نزدیک به فرابنفش تا نزدیک به فروسرخ جدا می‌کنند تا اخترشناسان بتوانند دما، ترکیب و تغییرات ظریف روشنایی را تشخیص دهند. سازوکار فیلترها در یک محفظه چرخان قرار دارد و در صورت نیاز می‌تواند در کمتر از دو دقیقه فیلتر را عوض کند؛ بنابراین رصدها با بازده بالا انجام می‌شوند، بی‌آنکه کیفیت تصویر قربانی شود.

وضوح خام فقط بخشی از ماجراست. تجهیزات الکترونیکی گرما و نویز الکترونیکی تولید می‌کنند و همین می‌تواند سیگنال‌های کم‌نور را محو کند. برای مقابله با این مشکل، کل صفحه کانونی درون یک کرایواستات خلأ قرار گرفته و تا حدود منفی ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد سرد می‌شود. این سرمای شدید نویز حسگرها را پایین نگه می‌دارد و پیکسل‌های داغ یا بیش‌فعال را کاهش می‌دهد؛ در نتیجه حساسیت فوق‌العاده دوربین حفظ می‌شود.

سرعت به اندازه حساسیت اهمیت دارد. این رصدخانه می‌تواند تقریبا هر ۴۰ ثانیه یک میدان جدید را ثبت کند. حجم جریان داده‌ها بسیار عظیم است، بنابراین تصاویر روی یک درایو منفرد رها نمی‌شوند؛ همان شب به مرکزهای پردازشی اسلک ارسال می‌شوند. سامانه‌های خودکار پردازش، هر نوردهی تازه را با تصاویر قبلی همان بخش از آسمان مقایسه می‌کنند و اجرام و رخدادهای متحرک یا متغیر را مشخص می‌سازند: سیارک‌ها، ابرنواخترها، ستاره‌های متغیر و دیگر پدیده‌های گذرا. در عمل، اخترشناسان هشدارها و اندازه‌گیری‌های مربوط به رویدادهایی را دریافت می‌کنند که در زمان نزدیک به واقعی در حال رخ دادن هستند.

وقتی یک آینه ۸٫۴ متری، میدان دید ۹٫۶ درجه مربعی، شش باند فوتومتری، ۱۸۹ حسگر سی‌سی‌دی پرقدرت و این آهنگ سریع رصد را کنار هم بگذاریم، با چیزی تازه روبه‌رو می‌شویم: یک پیمایش میدان‌گسترده در حوزه زمان که فقط یک‌بار از آسمان نقشه‌برداری نمی‌کند، بلکه آن را پیوسته زیر نظر می‌گیرد. در طول پیمایش برنامه‌ریزی‌شده ده‌ساله، دوربین ال‌اس‌اس‌تی روایتی بی‌سابقه و فریم‌به‌فریم از آسمان جنوبی تولید خواهد کرد؛ فیلمی آرشیوی که دانشمندان برای کشف همه‌چیز، از اجرام نزدیک به زمین تا سوسوی کم‌نور ابرنواخترهای دوردست، آن را کاوش خواهند کرد.

قدرت این دوربین فقط در تعداد پیکسل‌های آن خلاصه نمی‌شود. ترکیب مقیاس، سرعت و حساسیت است که تصاویر ثابت را به حرکت تبدیل می‌کند و نشان می‌دهد کیهان چگونه دگرگون می‌شود؛ هر بار در قالب یک فریم ۴۰ ثانیه‌ای.