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La telecamera gigante segue gli asteroidi
Il primo di quattro nuovi telescopi per il monitoraggio degli asteroidi sarà online il mese prossimo alle Hawaii, promettendo di scansionare rapidamente ampie aree del cielo, grazie alla fotocamera digitale più grande del mondo.
Vigilare: Il prototipo del telescopio Pan-STARRS, PS1, si è concentrato sulla cometa Holmes durante le prove nel 2008. Il dettaglio è circa la metà di quello previsto quando il telescopio sarà online a dicembre.
Il progetto, noto come Telescopio panoramico e sistema di risposta rapida (Pan-STARRS) , mira a scansionare l'intero cielo visibile dalla vetta del monte Haleakala nell'isola di Maui, nelle Hawaii, tre volte al mese, alla ricerca di asteroidi e oggetti vicini alla Terra (NEO) di appena 300 metri di diametro. Al centro di ogni telescopio c'è un Fotocamera digitale da 1,4 miliardi di pixel in grado di fotografare ampie aree del cielo notturno con dettagli nitidi.
Il primo prototipo di telescopio che utilizza la fotocamera sarà online a dicembre. Questo telescopio scruterà il cielo notturno, alla ricerca di asteroidi e comete che potrebbero rappresentare una minaccia per la Terra. Pan-STARRS è progettato per avere almeno tre volte la potenza di raccolta degli attuali telescopi NEO.
Le fotocamere Pan-STARRS, ciascuna costituita da una serie di 40 centimetri quadrati di dispositivi ad accoppiamento di carica (CCD), apportano nuova tecnologia all'ottica utilizzata in astronomia. Forse l'aspetto più innovativo è la capacità di ciascuna cella CCD di spostare elettronicamente un'immagine per contrastare la sfocatura atmosferica e fornire un'astrofotografia più chiara, afferma Barry Burke, un membro senior dello staff del MIT Laboratorio Lincoln , che rende le fotocamere.
L'atmosfera è il limite alla qualità dell'immagine, ma c'è una caratteristica speciale di questi chip che consente loro di rimuovere parte della sfocatura dovuta agli effetti atmosferici, afferma Burke. Consente di spostare l'immagine in qualsiasi direzione nel chip in modo che corrisponda al movimento delle stelle e tolga una parte significativa della sfocatura.
Nota come CCD a trasferimento ortogonale (OTCCD), la tecnologia utilizza l'elettronica per regolare l'immagine anziché inclinare meccanicamente l'obiettivo o lo specchio di una fotocamera, una tecnica più comune utilizzata nelle fotocamere consumer dotate di stabilizzazione ottica dell'immagine. Poiché il processo è elettronico, la tecnologia può essere distribuita a ciascuna cella dell'array CCD, consentendo regolazioni molto più granulari alla turbolenza atmosferica localizzata. Il risultato è un'immagine più nitida di quella che potrebbe produrre un osservatorio a terra.
La struttura a mosaico della telecamera CCD porta anche a un sistema più affidabile e a costi di produzione meno costosi, afferma Burke. Il chip non può essere realizzato di quelle dimensioni, quindi siamo costretti a suddividere la fotocamera in riquadri, dice.
Ogni telecamera Pan-STARRS è costituita da un array di dispositivi otto per otto, ciascuno contenente un array di celle CCD di otto per otto. La dimensione di ogni cella – circa sei millimetri per lato – è determinata da un punto debole: se i trucioli fossero molto più grandi, il numero di difetti su di essi – e quindi il costo complessivo per realizzarli – sarebbe troppo grande; se fossero molto più piccoli, diventerebbe molto più difficile organizzarli nel piano focale della fotocamera.
Molti occhi: Ciascun componente dell'array CCD a trasferimento ortogonale è costituito da un dispositivo di cinque centimetri composto da 64 chip CCD. Il grande array otto per otto contiene solo 60 dispositivi perché gli elementi angolari sarebbero troppo lontani dal centro del piano focale per raccogliere dati utili.
Un tale design sarà probabilmente la via del futuro per le fotocamere a piano focale molto grandi, afferma Donald Figer, astronomo e direttore del Laboratorio di rilevamento di immagini di Rochester (RIDL) , in New York.
Affiancare il piano focale della fotocamera in numerosi CCD e utilizzare la tecnologia di trasferimento ortogonale consente di evitare un problema che spesso colpisce i chip CCD più grandi, afferma Figer. Questo problema, chiamato fioritura, si verifica a causa dei contrasti nelle intensità della luce proveniente da un campo di stelle. Una stella molto luminosa può creare una grande carica elettrica in una particolare riga e colonna di un chip CCD, perché la sua intensità travolge la parte del cielo ripresa sul chip. I CCD forniscono i loro dati lungo le righe e le colonne dei circuiti a semiconduttore, quindi un forte segnale luminoso può sopraffare gli altri pixel nella stessa riga e colonna. Ma usando molti chip, l'effetto può essere localizzato e spostando l'immagine usando il trasferimento ortogonale, l'intensità di picco può essere corretta.
La capacità di trasferimento ortogonale gli consente di spostare la carica lungo i segmenti, afferma Figer. Ti consente di ottenere efficacemente un'immagine più chiara. Altre fotocamere fanno qualcosa del genere, ma lo fanno deformando lo specchio.
L'approccio di Pan-STARRS è diverso da quello utilizzato nei grandi telescopi di altri osservatori, come i due telescopi da 10 metri del Keck Observatory sul Mauna Kea, alle Hawaii. I grandi telescopi utilizzano tipicamente l'ottica adattiva per correggere la turbolenza atmosferica sfruttando un oggetto luminoso, noto come stella guida naturale, vicino al bersaglio. Regolando l'immagine del telescopio per correggere le aberrazioni rilevate nell'immagine della stella guida, si ottiene un'immagine molto più chiara, corretta per la turbolenza atmosferica. Tuttavia, nel 99% dei casi di osservazione, una stella guida naturale non è disponibile, quindi Keck 1 e Keck 2 utilizzano una stella guida laser, creata inviando un raggio laser a lunghezza d'onda di sodio nell'atmosfera superiore per eccitare un sottile strato di atomi di sodio lì. Questo crea un punto di riferimento vicino al bersaglio di osservazione, simile a una stella guida naturale.
Un telescopio terrestre dotato di ottica adattiva può produrre immagini con una risoluzione paragonabile a quella del telescopio Hubble. Tuttavia, l'approccio è troppo costoso per i telescopi più piccoli, come i telescopi Pan-STARRS da 1,8 metri. A un costo inferiore, tuttavia, la correzione dell'immagine eseguita dagli OTCCD si traduce in un'immagine di qualità simile, se non altrettanto buona.