Исследователи Национальной ускорительной лаборатории SLAC сделали первые цифровые фото с разрешением 3200 Мп – самые «большие» снимки в истории. Уникальные изображение были получены благодаря разработанному стэндфордскими учёными фотосенсору, которому предстоит стать сердцем Обсерватории имени Веры Рубин – большого обзорного телескопа, расположенного на пике горы Серро-Пачон в Чили.
Отчасти строение оптической системы мощнейшей в мире камеры напоминает бытовые фотосенсоры, представленные в наших телефонах и фотоаппаратах. Её матрица улавливает свет, исходящий или отражённый от какого-либо предмета. Затем световое излучение трансформируется в электрический сигнал, который позволяет получить цифровое изображение. Совершенно ожидаемо, фотоматрица будущей камеры Обсерватории имени Веры Рубин гораздо сложнее и утончённее обычных пользовательских камер. Инженеры SLAC создали уникальный массивный сенсор, который состоит из 189 взаимосвязанных фотодатчиков с разрешением по 16 Мп каждый. Структура камеры представляет собой комплекс из 21 квадратного блока, собранного из 9 таких мини-сенсоров и обслуживающей их электроники – такое разделение было необходимо для удобства транспортировки и монтажа устройства.
Фотоматрица мощнейшей в мире камеры обладает поистине невероятными характеристиками. В первую очередь она отличается практически идеальной плоскостью поверхности, на которой располагаются светочувствительные элементы: разность между отдельными элементами не превышает десятой доли человеческого волоса. Вместе с этой особенностью 3,2 миллиарда пикселей размером не более 10 микрон позволяют производить изображения с чрезвычайно высокой резкостью и разрешением. Благодаря диаметру фокальной плоскости сенсора, составляющему около 60 см, поле зрения камеры охватывает участок пространства, например, неба, в котором уместились бы 40 полных лун. Кроме того, особое строение сенсоров делает их чрезвычайно чувствительными, позволяя улавливать объекты, примерно в 100 миллионов раз более тусклые, чем те, что видно невооружённым глазом.
В последующие 10 лет уникальная камера SLAC станет главным инструментом проекта LSST – Legacy Survey of Space and Time. За это время исследователи планируют получить снимки более чем 20 миллиардов галактик. Эти данные послужат для усовершенствования наших познаний о том, как развивались различные фрагменты Вселенной – как близлежащие, например, Солнце и объекты Солнечной системы, так и удалённые галактики, расположенные, в том числе, на границе видимой Вселенной.
Получение снимков при помощи гигантского фотосенсора – довольно трудоёмкий процесс, с которым не сравнится эксплуатация даже наиболее совершенных пользовательских камер. Среди прочего ему необходимо поддержание особой рабочей температуры – -101 °C. По этой причине матрица постоянно пребывает в специальном криостате. Кроме того, в лаборатории SLAC готовый сенсор находится не в сборе, потому для его использования вне структур камеры учёные собрали занятную конструкцию. Предметы фотосъёмки они помещали внутри плотной коробки, на верхней плоскости которой располагалось крошечное отверстие размером в 150 микрон. Через это отверстие изображение предмета проецируется на матрицу. В качестве первых объектов, запечатлённых на камеру SLAC с разрешением 3200 Мп, учёные выбрали значимые для проекта и лаборатории снимки (логотипы участников проекта, портрет Веры Рубин, коллаж коллектива SLAC). На одной из наиболее впечатляющих фотографий заснята, казалось бы, обычная капуста Романеско, которая привлекла внимание учёных богатой на детали и деликатной структурой соцветия.
По словам директора SLAC Стивена Кана, получаемые на 3200-мегапиксельную камеру изображения настолько большие, что для их полноценного отображения понадобится 378 4K-мониторов. В то же время они имеют невероятное разрешение, позволяющее увидеть мячик для гольфа с расстояния около 24 км. Уже в скором будущем эти характеристики самой мощной в мире камеры найдут применение в астрофизических исследованиях.