Sterrenhemelcamera met 3.200 megapixel

De bouw van een camera met een sensor van 3.200 megapixel is deze week officieel goedgekeurd. Het apparaat moet vanaf een nieuwe telescoop in Chili met ongekende scherpte de sterrenhemel gaan fotograferen.

De opgave liegt er niet om: fotografeer elke drie dagen de sterrenhemel, en wel zo dat de miljarden objecten goed zijn te zien, ook die zich aan de uiterste rand van heelal bevinden. Dat vereist een camerasensor die in één keer een voldoende groot deel van de sterrenhemel kan fotograferen, dat redelijk snel doet zodat in een paar nachten de complete hemel is vastgelegd, en met voldoende gevoeligheid om ook de meest zwak oplichtende objecten waar te nemen.

De camera gebruikt verschillende filters, van ultraviolet tot infrarood.

De constructie van de camera gebeurt onder auspiciën van het SLAC National Accelerator Laboratory, een onderzoekscentrum van het Amerikaanse Ministerie van Energie dat wordt gerund door de Stanford University in Californië. Deze week verleende het ministerie de finale toestemming om met de bouw van de camera te beginnen.

Om aan de extreme specificaties te voldoen ontwikkelde SLAC een sterk verbeterde CCD-sensor, de lichtgevoelige chip die ook in digitale camera’s zit. De sensor heeft een grotere gevoeligheid, een hogere resolutie en leest sneller uit. De sensor heeft een bereik van nabij ultraviolet, zichtbaar licht tot ver in het infrarood (320 – 1.600 nm).

Het optische gedeelte van de telescoop met daarin de digitale camera.

De telelens waarin de sensor komt te hangen heeft gecombineerd met de spiegels van de telescoop een totale brandpuntsafstand van rond de tien meter. Ter vergelijking, de grootste telelens die fotografen gebruiken, heeft een brandpuntsafstand van ruim één meter. Om een voldoende groot deel van de sterrenhemel te kunnen fotograferen is de beeldhoek 3,5°. Ter vergelijking, de genoemde fotografenlens heeft een beeldhoek van 2°. Om de combinatie van sterke vergroting en grote beeldhoek mogelijk te maken is een beeldsensor nodig met een diameter van 64 cm.

De sensor is opgebouw uit 189 lichtgevoelige ccd-chips, elke set van negen heeft een eigen uitleesmodule.

Om zo’n groot beeldvlak te realiseren heeft de sensor een mozaïekstructuur. Hij bestaat uit 189 van die speciaal ontwikkelde sensoren met elk een diameter van zo'n 4 cm. Elke set van negen sensoren heeft een eigen uitleesmodule, zodat de sensordata in twee seconden kan worden uitgelezen. De camera produceert per uur opnemen zo’n 11 terabits (1 terabit=10¹² bits). Met al die 64 sensoren gezamenlijk één superscherpe opname maken stelt hoge eisen aan de nauwkeurigheid van de constructie en de uitleeselektronica.

Opname van een fractie van de hemel met een hoge resolutie-camera, waarop talloze objecten zijn te zien.

De camera gaat elke twintig seconden een foto maken, waarvan vijftien seconden belichtingstijd en vijf seconden om de data te versturen en de camera opnieuw te richten. Dat resulteert in een jaar tijd in zo’n 200.000 opnames, waarop per opname al gauw duizenden objecten zijn te zien. Deze zijn alleen door computers te analyseren.

De camera is onderdeel van de Large Synoptic Survey Telescope die momenteel in aanbouw is op de top van de 2.700 m hoge Cerro Pachón-berg in Chili, nabij de stad Vicuña. De lucht daar is zeer droog, wat hem met name geschikt maakt voor observaties in het infrarode gebied.