Newswise – ساخت بزرگترین دوربین دیجیتال جهان که تا به حال برای ستاره شناسی ساخته شده است، دوربین فضا و زمان رصدخانه Vera C. Rubin، کار ساده ای نبود.
این دوربین دارای سنسور 3200 مگاپیکسلی، برخی از بزرگترین لنزهایی است که تا کنون ساخته شده است، و تجهیزات الکترونیکی پیچیده ای که برای برداشت اقیانوسی از داده های اخترفیزیکی از دوربین و ارسال آن به جهان طراحی شده اند.
چیزی که ممکن است کمتر آشکار باشد این است که چقدر کار لازم است تا اطمینان حاصل شود که دوربین ایجاد شده در آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC وزارت انرژی کار می کند. به هر حال، این سیستم به طور خاص طراحی شده بود تا بیشتر و عمیق‌تر از هر دوربین قبلی به جهان ما نگاه کند و در این فرآیند تلاش‌ها برای درک را افزایش دهد. ماده تاریک و انرژی تاریک تبدیل چنین طرح‌ها و پروژه‌های جاه‌طلبانه‌ای با آزمون و خطا و کالیبراسیون و آزمایش‌های فراوان همراه خواهد بود.
در اینجا، سه نفر از اعضای تیم مسئول تمام این کالیبراسیون و آزمایش در مورد آنچه انجام شده است تا دوربین LSST به بهترین شکل ممکن ساخته شود صحبت می کنند.
ساخت تصاویر خیره کننده حتی بهتر
یوسوکه اوتسومی، دانشمند دوربین LSST، می‌گوید یکی از چالش‌های اصلی «تبدیل تصاویر به دانش علمی» است. از این گذشته، دوربین فقط برای گرفتن عکس های زیبا نیست، بلکه برای ایجاد یک نقشه دقیق از کیهان است و این نیاز به ثبت تصاویر دقیق و دقیق از کهکشان های دور دارد. ما می‌خواهیم کهکشان‌ها را دقیقاً اندازه‌گیری کنیم تا ماهیت آن را بفهمیم ماده تاریک“
اوتسومی می‌گوید که این کار به چیزی بیش از لنزها و حسگرهای سفارشی نیاز دارد، زیرا مهم نیست که این اجزا چقدر خوب طراحی و ساخته شوند، نقص‌هایی وجود خواهد داشت. به عنوان مثال، تصویری را که توسط یک دوربین معمولی گرفته شده است در نظر بگیرید: همیشه مقداری اعوجاج در شکل و رنگ در نزدیکی لبه ها وجود دارد. همچنین اعوجاج جزئی در سنسورهای دیجیتال وجود خواهد داشت و اثرات مشابهی برای دوربین LSST اعمال خواهد شد. ما باید بفهمیم آنجا چه خبر است تا بتوانیم آن را درست کنیم.»
اوتسومی و تیمش هزاران تصویر را در طول سه ماه با سنسورهای دوربین LSST در هر شکل و الگوی ثبت کردند. سپس آنها تصاویر دوربین را با تصاویر اصلی مقایسه می کنند تا نحوه تصحیح هرگونه اعوجاج یا خطا را دریابند. این تیم همچنین روی چگونگی اصلاح مشکلات دیگر کار کردند، مانند این واقعیت که اجسام روشن‌تر بزرگتر از آنچه هستند به نظر می‌رسند، و “شبح” یا تصاویری از یک شی که به دلیل تداخل الکترونیکی بین سنسورهای دوربین ظاهر می‌شوند.
اوتسومی می‌گوید: «ما در حال حاضر چیزهای زیادی درباره دوربین می‌دانیم، بنابراین دیدن نحوه عملکرد آن روی تلسکوپ هیجان‌انگیز خواهد بود.
ساخت دوربین ایمن تر
در حالی که کار اوتسومی در ساخت دوربین به بهترین شکل ممکن نقش اساسی دارد، سنسورها و لنزها فقط دو مجموعه از اجزای یک دوربین به اندازه یک SUV کوچک هستند. این محفظه دارای یک سیستم تبرید و خلاء، چندین کامپیوتر داخلی و مجموعه ای از لوازم الکترونیکی دیگر است که عملکرد محفظه را نظارت و کنترل می کند.
استوارت مارشال، فیزیکدان عملیات دوربین LSST، مسئول عملکرد صحیح همه این سیستم ها است. او می‌گوید: «وقتی همه چیز به درستی کار می‌کند، می‌توانیم آنجا بنشینیم و داده‌ها را جمع‌آوری کنیم، و ارتش کوچکی از مردم وجود دارند که به آنچه در حال بیرون آمدن است نگاه می‌کنند و علم انجام می‌دهند. من روی این تمرکز کردم که مطمئن شوم همه چیز برای تحقق آن کار می کند.
رسیدن به آنجا به معنای کار زیاد پشت صحنه روی زیرساخت دوربین است. «اگر از حسگرها به سمت عقب کار کنید، آنها باید سرد باشند تا بتوانند کار کنند. آنها باید در دمای منفی 100 درجه سانتیگراد یا -148 درجه فارنهایت باشند و شما نمی توانید در دمای منفی 100 درجه باشید مگر اینکه در خلاء باشید و ما باید قدرت و ارتباطات داشته باشیم و داده ها باید جریان داشته باشند.”
در این مرحله، این به معنای آزمایش زیاد است و در صورت بروز مشکل، تلاش برای ایده‌های مختلف برای شناسایی علت مشکل و یافتن راه‌حل. برای مثال، مارشال می‌گوید، او در طول سال گذشته زمان زیادی را صرف به‌روزرسانی سیستم خلاء کرده تا قابلیت اطمینان آن را بهبود بخشد. در نتیجه، تیم دوربین برخی از دریچه‌ها را تغییر داده و نرم‌افزار را به‌روزرسانی کرد تا سیستم را ایمن‌تر کند. مارشال می‌گوید: «اگر بالای کوهی در ارتفاع 9000 فوتی در وسط گنبد تلسکوپ قرار دارید، اشتباه کردن آسان‌تر است» زیرا در مقایسه با اتاق تمیز در SLAC، اکسیژن کمتری وجود دارد و مواد بیشتری در اطراف حرکت می‌کنند. . بنابراین ما در تلاش هستیم تا مطمئن شویم که سیستم می تواند قبل از هر گونه آسیبی، خطاها را تشخیص دهد. مقدار بسیار زیادی از آن در کل سیستم دوربین تعبیه شده است.”
آماده سازی کنترل های دوربین زمان کوتاهی می برد
تونی جانسون، دانشمند ارشد، می‌گوید شاید چالش ظریف‌تر این است که مطمئن شویم همه نرم‌افزارهای دوربین به بهترین شکل ممکن کار می‌کنند. جانسون روی نرم افزار کنترل دوربین کار می کند که آن را روشن و خاموش می کند، به شرایط غیرعادی واکنش نشان می دهد، پارامترهای دوربین را در صورت نیاز تنظیم می کند و در صورت بروز مشکل، آن را خاموش می کند. همچنین با سیستم جمع‌آوری داده کار می‌کند که داده‌ها را از حسگرهای دوربین گرفته و به دنیا ارسال می‌کند.
جانسون می‌گوید: «در این مرحله، همه چیز تقریباً کامل است، اما موارد بی‌شماری وجود دارد که می‌توان آنها را بهبود بخشید. به عنوان مثال، آیا می‌توانیم هر بار در عرض دو ثانیه تصویری قابل اعتماد از سیستم جمع‌آوری داده بنویسیم یا گاهی اوقات کمی بیشتر طول می‌کشد و گاهی مشکل ایجاد می‌کند؟
بنابراین، جانسون می‌گوید، او و تیمش برای ردیابی مسائلی از این دست، که ممکن است شامل نرم‌افزار یا سخت‌افزار باشد، کار می‌کنند و مطمئن می‌شوند که همه قطعات طبق انتظار با هم کار می‌کنند.
موضوع دیگری که جانسون روی آن کار می‌کند: اطمینان از اینکه دوربین پس از سفر به شیلی، جایی که بالای تلسکوپ سیمونی در رصدخانه روبین می‌نشیند و کار خود را آغاز می‌کند، همان‌طور که انتظار می‌رود عمل کند.
جانسون می‌گوید: «یکی از جنبه‌های آن این است که دوربین توسط گروه نسبتاً کوچکی از مردم ساخته شده است، و گروه نسبتاً کوچکی از افراد در هر قسمت از دوربین متخصص هستند. «آنچه باید به متخصصانی که رصدخانه را شبانه روز اداره می‌کنند، منتقل کنیم، بنابراین باید یک انتقال عادلانه دانش انجام دهیم.» تا حدی این موضوع مستند است، اما به معنای همکاری با دانشمندان در شیلی برای شناسایی است. مشکلات احتمالی، به بهبود نرم افزار ادامه دهید و به طور کلی سیستم را قابل اطمینان تر کنید.
جانسون می‌گوید: «این یک چالش است، اما بیشتر اوقات یک چالش هیجان‌انگیز است. من فکر می‌کنم اکثر ما که دوربین را می‌سازیم، فقط آن را نمی‌سازیم، زیرا دوست داریم سخت‌افزار یا نرم‌افزار بسازیم، اگرچه ممکن است این کارها را انجام دهیم. ما در حال ساختن آن هستیم زیرا هدف نهایی را استخراج علم جدید از آن می بینیم.”
