Największy aparat cyfrowy w dziejach astronomii

W ośrodku badawczym Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) budowany jest największy aparat cyfrowy, jaki kiedykolwiek zbudowano na potrzeby obserwacji astronomicznych – informuje strona internetowa ośrodka.

Kamera LSST o ultrawysokiej rozdzielczości

.Po dwudziestu latach pracy naukowcy i inżynierowie ze SLAC National Accelerator Laboratory przy Departamencie Energii oraz ich współpracownicy świętują ukończenie budowy kamery Legacy Survey of Space and Time (LSST). Kamera ta ma rozdzielczość 3,2 gigapiksela (3200 megapikseli), czyli 3,2 miliarda elementów obrazu – pikseli.

Docelowo LSST (https://www6.slac.stanford.edu/news/2024-04-03-slac-completes-construction-largest-digital-camera-ever-built-astronomy) ma zostać zainstalowana na teleskopie Simonyi Survey Telescope w obserwatorium w Chile. Obserwatorium zbudowano na liczącej 2300 metrów górze Cerro Pachon w Andach, w okolicy o czystym powietrzu, zwykle bezchmurnej pogodzie i odległej od miast, których światła zakłócałyby obserwacje. Dzięki nowej aparaturze badacze chcą lepiej zrozumieć ciemną materię, ciemną energię i inne tajemnice Wszechświata, w tym budowę naszej Galaktyki oraz Układu Słonecznego.

„Wraz z ukończeniem unikalnej kamery LSST w SLAC i jej integracją z resztą systemów Obserwatorium Very C. Rubin w Chile, wkrótce rozpoczniemy produkcję najwspanialszego filmu wszech czasów i najbardziej pouczającej mapy nocnego nieba, jaką kiedykolwiek stworzono” – powiedział dyrektor budowy obserwatorium Rubin i profesor Washington University Željko Ivezić.

Rekordowy aparat cyfrowy jest mniej więcej wielkości małego samochodu i waży około 3000 kilogramów, a przednia soczewka jego obiektywu ma 1,57 metra średnicy – to największy wysokiej jakości obiektyw, jaką kiedykolwiek wyprodukowano do tego celu. Kolejna soczewka o średnicy poniżej metra musiała zostać specjalnie zaprojektowana, aby zachować kształt i klarowność optyczną, a jednocześnie uszczelnić komorę próżniową, w której mieści się ogromna, chłodzona do bardzo niskiej temperatury matryca aparatu, zbudowana z 201 indywidualnie zaprojektowanych czujników CCD. Matryca jest tak płaska, że odchylenie od jej płaszczyzny nie przekracza jednej dziesiątej szerokości ludzkiego włosa, a same piksele mają szerokość zaledwie 10 mikronów.

Najważniejszą cechą kamery jest jej rozdzielczość – do wyświetlenia tylko jednego z obrazów w pełnym rozmiarze potrzeba byłoby setek telewizorów o ultrawysokiej rozdzielczości. „Uzyskane obrazy są tak szczegółowe, że można by rozróżnić piłeczkę golfową z odległości około 40 kilometrów, pokrywając obszar nieba siedem razy szerszy niż Księżyc w pełni. Te zdjęcia miliardów gwiazd i galaktyk pomogą odkryć tajemnice wszechświata” – powiedział profesor SLAC i zastępca dyrektora obserwatorium Aaron Roodman.

Astronomiczny aparat cyfrowy pomoże obserwować małe obiekty w Układzie Słonecznym

.Po uruchomieniu głównym zadaniem kamery będzie mapowanie pozycji i pomiar jasności ogromnej liczby obiektów nocnego nieba. Z tego katalogu badacze mogą uzyskać mnóstwo informacji. Być może najważniejsze będzie szukanie oznak słabego soczewkowania grawitacyjnego, subtelnego zaginania przez masywne galaktyki ścieżek, którymi dociera do nas światło z innych, bardzo odległych galaktyk. Słabe soczewkowanie ma miejsce, gdy obraz soczewkowanego obiektu jest jedynie nieco przesunięty i zniekształcony wskutek ugięcia promieni świetlnych na niejednorodnościach w rozkładzie materii między źródłem a obserwatorem. Badając je można uzyskać informacje dotyczące rozkładu masy we Wszechświecie i tego, jak zmienia się on w czasie, co pomoże kosmologom zrozumieć, w jaki sposób ciemna energia napędza ekspansję Wszechświata.

Naukowcy mają też nadzieję stworzyć znacznie dokładniejszy spis wielu małych obiektów w Układzie Słonecznym. Według wstępnych szacunków projekt może zwiększyć liczbę znanych obiektów 10-krotnie, co może doprowadzić do nowego zrozumienia procesu powstawania naszego Układu Słonecznego i być może pomóc w identyfikacji zagrożeń ze strony asteroid, które nadmiernie zbliżyły się do naszej planety. Naukowcy przyjrzą się także, jak umierają gwiazdy lub jak materia wpada do supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk.

Do laboratoriów partnerskich, które wniosły wiedzę i technologię w realizację projektu LSST, należą Brookhaven National Laboratory, gdzie powstała matryca cyfrowa, Lawrence Livermore National Laboratory, które wraz ze swoimi partnerami przemysłowymi zaprojektowało i zbudowało obiektywy do aparatu oraz Narodowy Instytut Fizyki Jądrowej i Cząstek przy Narodowym Centrum Badań Naukowych (IN2P3/CNRS) we Francji, który przyczynił się do zaprojektowania czujnika i elektroniki oraz zbudował system wymiany filtrów aparatu, który umożliwi obserwacje w sześciu oddzielnych pasmach – od ultrafioletu do podczerwieni.

Nowe technologie w kosmosie

.Największy aparat cyfrowy to nie jedyna innowacja w kwestii odkrywania kosmosu. Bardzo rozwija się także medycyna, która ma pomóc astronautom w lepszym funkcjonowaniu w stanie nieważkości. Na łamach Wszystko co Najważniejsze pisze o tym Agata KOŁODZIEJCZYK, astrobiolożka i były pracownik Advanced Concepts Team Europejskiej Agencji Kosmicznej.

„Medycyna kosmiczna wywodzi się z medycyny lotniczej i zajmuje się opieką zdrowotną astronautów. Do zadań medycyny kosmicznej zalicza się selekcję astronautów, ich szkolenie do misji kosmicznych, monitoring ich zdrowia w czasie misji, adaptację i rehabilitację po powrocie z kosmosu” – przypomina ekspert.

Kluczowym zadaniem medycyny kosmicznej, korzystnym również dla ludzi na Ziemi, jest też rozwój metod, procedur i urządzeń umożliwiających ochronę zdrowia w trybie zdalnym.

Szczególnie interesującym elementem medycyny kosmicznej może być także monitoring zdrowia astronautów w czasie misji za pośrednictwem telemedycyny, czyli poprzez wykorzystywanie mobilnych urządzeń telekomunikacyjnych, jak tablet czy laptop.

„Astronauci na ISS codziennie zdają raporty lekarzom pracującym w naziemnych centrach astronautów. Codziennie nawiązywany jest kontakt z psychologiem i rodziną. Regularna komunikacja to podstawowe narzędzie w utrzymaniu zdrowia i dobrego samopoczucia astronauty” – pisze Agata KOŁODZIEJCZYK.

Dodatkowymi elementami zapewniającymi bezpieczeństwo w kosmosie są eliminacja lęków poprzez wielokrotne trenowanie ekstremalnych scenariuszy w czasie szkoleń w warunkach symulowanych na Ziemi, świadomość i rozumienie zagrożeń, przede wszystkim zaś procedury. Zaliczamy tu między innymi regularne zbieranie parametrów fizjologicznych i środowiskowych, takich jak pomiary masy ciała, ciśnienia, temperatury, odczyty dozymetrów czy wykonywanie testów wydolnościowych w czasie codziennych 2-godzinnych ćwiczeń fizycznych.

Co więcej, dzięki przebytemu przed misją specjalistycznemu szkoleniu oraz ciągłej obserwacji własnego organizmu astronautę cechuje wysoka samoświadomość stanu zdrowia. W przypadku problemów stacja kosmiczna wyposażona jest w sprzęt ratowniczy i podstawowe leki. W przypadkach krytycznych wymagających hospitalizacji podróż na Ziemię z ISS trwa 90 min. Takich możliwości nie będzie na odległym o trzy dni drogi Księżycu, nie mówiąc o odległym o mniej więcej 180 dni Marsie. Dlatego rozwój medycyny kosmicznej odbywa się w kierunku zwiększenia autonomii w ochronie zdrowia.

Aby to okazało się możliwe, potrzebne jest jednak uruchomienie zaawansowanych i bezpiecznych systemów opartych na sztucznej inteligencji, zbierających dane dotyczące całej populacji ludzkiej. Na podstawie tych informacji zostaną utworzone specjalistyczne modele diagnostyki, profilaktyki leczenia i co najważniejsze, precyzyjne systemy przewidywania i szacowania ryzyk.