Die größte jemals für die Astronomie gebaute Digitalkamera feiert ihr Debüt

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Im Bildschirmschonermodus drehen sich Smart-TVs oft durch Fotos von Naturwundern, von Wasserfällen bis hin zu Schluchten. Stellen Sie sich nun Hunderte dieser Fernseher vor, auf denen ein einzelnes Bild verteilt ist. Das Foto ist ein weitreichendes Panorama eines riesigen Ausschnitts des Nachthimmels, in dem Sterne und Galaxien überall hell leuchten. Das ist die Art von Bild, das die neu fertiggestellte Legacy Survey of Space and Time (LSST)-Kamera wird in klaren Nächten ein Jahrzehnt lang alle 20 Sekunden dauern.

Der LSST-Kamera ist jedoch nicht nur dafür gedacht, schöne Bilder zu machen. Es wird uns neue Einblicke in die Prozesse bieten, die unser Universum geformt haben. Das Office of Science des Department of Energy (DOE) hat das Design, die Entwicklung und den Bau der Kamera unterstützt, um unsere Forschung zu dunkler Materie und dunkler Energie voranzutreiben.

Obwohl sie 95 Prozent der Massenenergie des Universums ausmacht, wissen Wissenschaftler nicht genau, was dunkle Materie oder dunkle Energie ist.

Wir konnten es nicht erkennen Dunkle Materie bis jetzt. Doch wie Fußabdrücke hinterlässt Dunkle Materie Spuren im Universum, die wir sehen können. Tatsächlich ist das Observatorium, in dem die LSST-Kamera installiert wird, nach Vera C. Rubin benannt, einer Astrophysikerin, die einige der stärksten Beweise für die Existenz dunkler Materie geliefert hat. Als sie untersuchte, wie Galaxien rotieren, stellte sie fest, dass sie sich nicht so drehten, wie Wissenschaftler es angesichts der Menge an sichtbarer Materie im Universum erwarten würden. Anhand ihrer Messungen und anderer Beweise haben Physiker berechnet, dass dunkle Materie etwa fünfmal so viel im Universum ausmacht wie gewöhnliche Materie. Die enorme Leistung und das Sichtfeld der LSST-Kamera werden Wissenschaftlern eine bessere Möglichkeit bieten, den Gravitationslinseneffekt zu untersuchen. Gravitationslinsen entstehen, wenn riesige Galaxien das Licht anderer Galaxien ablenken, bevor es uns erreicht. Dadurch sind die Bilder der Galaxien leicht verzerrt. Wenn Wissenschaftler untersuchen, wie die Galaxien verzerrt sind, können sie analysieren, wie dunkle Materie im Universum verteilt ist.

Dunkle Energie ist der Name, den Wissenschaftler der geheimnisvollen Kraft gegeben haben, die dafür sorgt, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt. Wissenschaftler wollen verstehen, wie sich das Universum im Laufe der Zeit ausgedehnt hat, was uns Hinweise darauf geben kann, warum es sich jetzt ausdehnt. Die Bilder der LSST-Kamera werden weitere Informationen zu dieser Geschichte liefern.

Diese Bilder werden Wissenschaftlern auch dabei helfen, die Entstehung unseres Sonnensystems zu untersuchen und Daten über Sterne in der Milchstraße zu sammeln.

Die LSST-Kamera wird diese riesigen Bilder von einem Berg in Chile aus aufnehmen. Vera C. Rubin-Observatorium liegt auf dem Cerro Pachón, mehr als 8.900 Fuß über dem Meeresspiegel. Von diesem Platz aus hat die LSST-Kamera einen atemberaubenden Blick auf den Südhimmel.

Die Kamera ist der Schlüssel zum Erfolg des Teleskops. Mit der Größe und dem Gewicht eines Kleinwagens ist sie die größte Kamera, die jemals für die Astronomie gebaut wurde. Es sind satte 6.000 Pfund. Tatsächlich ist es in der Guinness-Buch der Rekorde! Mit gewaltigen 3.200 Megapixeln ist sie auch die Kamera mit der höchsten Auflösung, die jemals für die Astronomie gebaut wurde. (Eine durchschnittliche Kamera für Heimfotografie hat etwa 10 bis 20 Megapixel.) Wenn die Wissenschaftler wollten, könnte die Kamera ein klares Bild eines Golfballs in etwa 24 Kilometern Entfernung aufnehmen.

Die Kamera verfügt über drei riesige Objektive, wobei das größte mehr als 1,50 m groß ist. Diese Objektive öffnen sich 15 Sekunden lang, um jedes Foto aufzunehmen. Die Kamera wechselt dann fünf Sekunden später zum nächsten Bild. Um Bilder mit dieser Geschwindigkeit aufzunehmen, ist eine unglaublich präzise Ausrüstung erforderlich.

Außerdem gibt es sechs Spezialfilter, die Wissenschaftler vor den Linsen austauschen können. Anstatt den Fotos einen Retro- oder Glitzereffekt zu verleihen, ermöglichen diese Filter Wissenschaftlern die Analyse verschiedener Lichtarten. Mithilfe der Filter kann die Kamera Daten zu ultraviolettem Licht, nahinfrarotem Licht, sichtbarem Licht und mehr erfassen. Diese verschiedenen Lichtarten ermöglichen es Wissenschaftlern, unterschiedliche Arten von Daten zu sammeln. Beispielsweise wird Infrarotlicht nicht durch Staub beeinträchtigt, sodass Astrophysiker den Infrarotfilter verwenden können, wenn sie Objekte fotografieren, die sonst durch Weltraumstaub verdeckt würden. Die Maschine kann die Filter in weniger als zwei Minuten austauschen.

Mit dieser Technologie wird die LSST-Kamera mehr Galaxien fotografieren, als es Menschen auf der Erde gibt! Mit seiner prognostizierten Sammlung von Informationen zu 37 Milliarden astronomischen Objekten wird es zu einem Datenkatalog führen, der tausende Male größer ist als jeder bisherige.

Diese riesige Kamera war das Ergebnis von zwei Jahrzehnten Arbeit. Unter der Leitung des SLAC National Accelerator Laboratory des DOE umfasste das Team außerdem das Brookhaven National Laboratory des DOE, das Lawrence Livermore National Laboratory des DOE und das Nationale Institut für Kern- und Teilchenphysik am Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung in Frankreich. Jeder steuerte wesentliche Komponenten bei, vom digitalen Sensorarray bis zu den Linsen. Als Leiter sowohl des Baus der Kamera als auch des DOE-Betriebs am Rubin-Observatorium haben die Wissenschaftler des SLAC alles zusammengeführt.

Da es so viele wörtliche und metaphorische bewegende Teile gab, erforderte das Projekt eine hervorragende Kommunikation und ein hervorragendes Projektmanagement. Tatsächlich verlieh das DOE dem Team einen Auszeichnung für Projektmanagement-Leistungen im Jahr 2021.

Derzeit ist das Team dabei, die LSST-Kamera zu ihrem Zuhause in Chile zu verlegen. Bei SLAC verpacken die Ingenieure, Techniker und Wissenschaftler es, um es in eine andere Hemisphäre zu transportieren. Später in diesem Jahr wird ein Team in Chile es in die Anden transportieren, auspacken und am Teleskop installieren.

Von dort aus wird uns die Kamera einen größeren Blick auf das Universum eröffnen, als wir ihn jemals zuvor hatten.

Beitrag von Shannon Brescher Shea ([email protected]) ist Social-Media-Managerin und leitende Autorin/Redakteurin im Büro für Kommunikation und öffentliche Angelegenheiten des Office of Science.

Mit freundlicher Genehmigung von US-Energieministerium, SLAC.