Araştırmacılar LSST Kameranın olabileceği en iyi ürün olduğundan nasıl emin oluyor?

Dünyanın astronomi için şimdiye kadar yapılmış en büyük dijital kamerası olan Vera C. Rubin Gözlemevi’nin Eski Uzay ve Zaman Kamerası Araştırması’nı inşa etmek basit bir iş değildir; bu kadarı açıktır.

Kamera, 3.200 megapiksellik bir sensör dizisine, şimdiye kadar yapılmış en büyük lenslerden bazılarına ve bir okyanus astrofizik verisini kameradan alıp dünyaya göndermeyi amaçlayan karmaşık elektroniklere sahiptir.

Daha az açık olan şey, Enerji Bakanlığı’nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda kurulan kameranın çalışmasını sağlamak için ne kadar çalışma yapıldığıdır. Sonuçta sistem, evrenimizi daha önce herhangi bir kameranın göremediği kadar geniş ve derin bir şekilde gözlemlemek üzere özel olarak tasarlandı. Ve bu süreçte karanlık maddeyi ve karanlık enerjiyi anlama çabasını artırın. Bu kadar iddialı plan ve tasarımları gerçeğe dönüştürmek, biraz deneme yanılma ve çok sayıda kalibrasyon ve test gerektirecektir.

Burada, tüm kalibrasyon ve testlerden sorumlu ekibin üç üyesi, LSST Kameranın olabilecek en iyi hale getirilmesinde neler yapıldığı hakkında konuşuyor.

Çarpıcı görüntüleri daha da iyi hale getirme

LSST Kamera bilimcisi Yousuke Utsumi, temel zorluklardan birinin “görüntüleri bilimsel bilgiye dönüştürmek” olduğunu söylüyor. Sonuçta kamera sadece güzel fotoğraflar çekmek için değil, evrenin kesin bir haritasını oluşturmak için tasarlandı ve bu da uzak galaksilerin ayrıntılı, doğru görüntülerinin alınmasını gerektiriyor. “Karanlık maddenin doğasını anlamak için galaksileri hassas bir şekilde ölçmek istiyoruz.”

Utsumi, bunu yapmanın özel olarak tasarlanmış lensler ve sensörlerden daha fazlasını gerektirdiğini, çünkü bu bileşenler ne kadar iyi tasarlanmış ve üretilmiş olursa olsun kusurların olacağını söylüyor. Örneğin sıradan bir kamerayla çekilen bir görüntüyü düşünün: Kenarlarda her zaman şekil ve renkte bazı bozulmalar olacaktır. Dijital sensörlerde de hafif bozulmalar olacak ve benzer etkiler LSST Kamera için de geçerli olacak. “Orada neler olduğunu anlamamız gerekiyor ki düzeltebilelim.”

Utsumi ve ekibi, LSST Kamera sensörleriyle her türlü şekil ve desende üç ay boyunca binlerce görüntü çekti. Daha sonra herhangi bir bozulma veya hatanın nasıl düzeltileceğini anlamak için kameranın görüntülerini orijinalleriyle karşılaştırdılar. Ekip ayrıca, daha parlak nesnelerin gerçekte olduğundan daha büyük görünmesi, “hayaletler” veya kamera içindeki sensörler arasındaki elektronik karışma nedeniyle ortaya çıkan bir nesnenin görüntüleri gibi diğer sorunların nasıl düzeltileceği üzerinde de çalıştı.

Utsumi, “Kamera hakkında artık çok şey biliyoruz, dolayısıyla teleskopta nasıl çalıştığını görmek heyecan verici olacak” diyor.

Daha kusursuz bir kamera oluşturmak

Her ne kadar Utsumi’nin işi, kameranın mümkün olan en iyi şekilde çalışmasını sağlamakta merkezi bir rol oynasa da, sensörler ve lensler, küçük bir SUV boyutundaki bir kameranın yalnızca iki bileşenidir. Kamerada bir soğutma ve vakum sistemi, birden fazla yerleşik bilgisayar ve kameranın çalışmasını izleyen ve kontrol eden bir dizi başka elektronik donanım bulunur.

LSST Kameranın operasyon fizikçisi Stuart Marshall, tüm bu sistemlerin düzgün çalıştığından emin olmaktan sorumludur. “Her şey doğru şekilde çalıştığında, orada oturup veri alabiliriz ve ortaya çıkanlara bakıp bilim yapacak küçük bir insan ordusu var” diyor. “Bunun gerçekleşmesi için her şeyin çalıştığından emin olmaya odaklandım.”

Oraya ulaşmak, kamera altyapısı üzerinde birçok perde arkası çalışması anlamına geliyor. “Sensörlerden geriye doğru çalışırsanız, çalışabilmeleri için soğuk olmaları gerekir. Eksi 100 santigrat derece veya -148 Fahrenheit derecede olmaları gerekir ve siz aksi olmadıkça eksi 100 derecede olamazsınız. bir boşlukta, güce ve iletişime sahip olmamız ve verilerin akması gerekiyor.”

Bu noktada bu, çok fazla test yapmak ve bir şeylerin ters gitmesi durumunda sorunun nedenini belirlemek ve çözüm bulmak için farklı fikirleri denemek anlamına gelir. Örneğin Marshall, geçen yıl güvenilirliğini artırmak için vakum sistemini güncellemek için çok zaman harcadığını söylüyor. Sonuç olarak kamera ekibi, sistemi daha kusursuz hale getirmek için bazı valfleri değiştirdi ve yazılımı güncelledi. Marshall, “Teleskop kubbesinin ortasında, 9.000 feet yükseklikte bir dağın tepesindeyseniz, hata yapmak daha kolaydır,” diyor Marshall, SLAC’taki temiz odaya kıyasla yükseklikte daha az oksijen var ve etrafta daha fazla şey hareket ediyor. . “Dolayısıyla sistemin herhangi bir hasar meydana gelmeden önce hataları yakalayabildiğinden emin olmaya çalışıyoruz. Tüm kamera sisteminde bunun çok büyük bir kısmı yerleşik.”

Kritik zamanlar için kamera kontrollerini hazırlamak

Kıdemli bilim insanı Tony Johnson, belki de daha incelikli bir zorluğun, tüm kamera yazılımının mümkün olduğu kadar iyi çalıştığından emin olmak olduğunu söylüyor. Johnson, kamerayı açıp kapatan, anormal koşullara tepki veren, kamera parametrelerini gerektiği gibi ayarlayan ve bir şeyler ters gittiğinde onu kapatan kamera kontrol yazılımı üzerinde çalışıyor. Ayrıca verileri kamera sensörlerinden alıp dünyaya gönderen veri toplama sistemiyle de çalışıyor.

Johnson, “Bu aşamada her şey büyük oranda tamamlandı ancak pek çok şey geliştirilebilir” diyor. “Örneğin, veri toplama sisteminden bir görüntüyü her seferinde iki saniye içinde güvenilir bir şekilde yazabilir miyiz, yoksa bazen biraz daha uzun sürüyor ve bu bazen soruna neden oluyor mu?”

Johnson, kendisi ve ekibinin yazılım veya donanım içerebilecek bu tür sorunları tespit etmek ve tüm parçaların beklendiği gibi birlikte çalıştığından emin olmak için çalıştığını söylüyor.

Johnson’ın üzerinde çalıştığı bir diğer konu: Kameranın, Rubin Gözlemevi’ndeki Simonyi Araştırma Teleskobu’nun üzerine yerleştirilip çalışmaya başlayacağı Şili’ye yolculuğunun ardından beklendiği gibi çalışacağından emin olmak.

Johnson, “Bunun bir yönü, kameranın oldukça küçük bir grup insan tarafından yapılmış olması ve kameranın her bir parçasında uzman olan oldukça küçük bir grup insanın bulunmasıdır” diyor. “Gözlemevi gece gündüz işletecek uzmanlara aktarmamız gereken şey, bu yüzden adil miktarda bilgi aktarımı yapmamız gerekiyor.” Kısmen bu bir belgeleme meselesi ama aynı zamanda potansiyel sorunları belirlemek, yazılımı geliştirmeye devam etmek ve genel olarak sistemi daha güvenilir hale getirmek için Şili’deki bilim adamlarıyla birlikte çalışmak anlamına da geliyor.

Johnson, “Bu bir meydan okumadır, ancak çoğu zaman heyecan verici bir mücadeledir” diyor. “Sanırım kamerayı yapanların çoğu, bunu sadece donanım geliştirmeyi veya yazılım geliştirmeyi sevdiğimiz için yapmıyoruz, ancak bunları yapabiliyoruz. Yeni bilimin ortaya çıkmasının nihai amacını gördüğümüz için bunu yapıyoruz. ondan.”