У полярній чистоті високогірного плато в Чилі збудовано найпотужніший інструмент для вивчення Всесвіту — цифрову камеру розміром із невеликий автомобіль, створену для проєкту Vera Rubin Observatory.
Фокусна площина камери площею понад 60 см у діаметрі об’єднує 189 високочутливих сенсорів, кожен із яких має понад 16 млн пікселів. Разом це дає унікальну можливість одночасно охопити сектор нічного неба шириною майже 3,5 градуса, що значно перевершує можливості звичайних астрономічних телескопів.
Для забезпечення ідеальної якості астрографії сенсори розміщені в суперохолодженому вакуумі при −148 °F (−100 °C), що мінімізує електронний шум і дозволяє фіксувати навіть найслабші джерела світла. Кожен із 21 «рафту» об’єднує дев’ять сенсорів, формуючи блок із понад 144 млн пікселів, а службові рафти в кутах кадру стежать за орієнтацією й корекцією оптики під час калібрування.
Під час апробації, що тривала кілька місяців, вчені виконували тестові зйомки архівних світлин першого директора обсерваторії Вери Рубін, отримавши «найбільше в історії» зображення у 3,2 млрд пікселів, яке під час показу на повнорозмірних екранах 4K зайняло місце майже 400 телевізорів. Апарат потребує лише 15 секунд на експозицію та 2 секунди для скачування даних, що дозволяє фіксувати тисячі змін у небі протягом ночі.
Обробка даних здійснюється в режимі реального часу: спеціалізоване програмне забезпечення порівнює кожне нове зображення з базовим шаблоном, сформованим із попередніх спостережень. Такий підхід дозволяє виявляти до 10 млн змін щоніч — поява наднових зірок, рух астероїдів, спалахи далеких галактик або навіть яскраві смуги від орбіти супутників Starlink.
Потік наукових даних об’ємом близько 20 ТБ кожної ночі спрямовується на обробку до центрів у Каліфорнії, Франції та Великій Британії, де відкриті хмарні платформи забезпечують зберігання, аналіз і архівацію результатів. За планом, Rubin Observatory за десять років роботи створить каталог із понад 20 млрд галактик і 17 млрд зірок Південної півкулі, суттєво розширивши наші знання про структуру Всесвіту, розподіл темної матерії та еволюцію космічних об’єктів.
Особливу увагу приділено точності калібрування сенсорів: тимчасові відхилення чутливості у межах 0,1 % вимірюються з допомогою рефлекторного екрану «бублик» та внутрішніх калібрувальних систем, що відбивають світло від джерела із відомою інтенсивністю. Це гарантує однорідність фотометричних знімків навіть при зміні температури чи атмосферних умов.
Під час тривалих тестів інженери виявили кілька дефектних сегментів сенсорів: незначна частина із 16 модулів на кожному датчику час від часу дає «мертві» чи «галасливі» пікселі. Однак через надлишок рафтів їхня присутність не позначиться на кінцевій якості астрономічних спостережень. У разі виходу з ладу одного сенсора програмне забезпечення автоматично ідентифікує та компенсує цей дефект, спиранням на сусідні масиви пікселів.
Важливо, що телескоп розгорнутий на висоті 2700 м над рівнем моря, де розріджене повітря й мінімальне світлове забруднення забезпечують високу прозорість атмосфери. Завдяки цьому камера отримує фотографії з винятковою роздільною здатністю і контрастністю. Знімки надходять із сенсорів прямо в центр керування, де групи астрономів негайно починають їхній попередній аналіз.
Серед головних наукових цілей — вивчення динаміки змінних зірок, пошук потенційно небезпечних астероїдів поблизу Землі та картографування розподілу темної матерії шляхом гравітаційного лінзування. Також очікується відкриття раніше невідомих карликових галактик і квазарів на краю відомого Всесвіту.
Обробка даних покладена на три великих кластери, що працюють у режимі хмарних обчислень, з використанням технологій розпізнавання образів і машинного навчання для автоматичного фільтрування артефактів і класифікації астрономічних об’єктів. Виклики полягають у тому, щоб відокремити реальні астрономічні явища від шумів, спричинених атмосферою, оптичними спотвореннями чи штучними перешкодами — наприклад, відбитками супутників, які все частіше трапляються на знімках.
Rubin Observatory відкриває добу систематичного картографування нічного неба з небаченою раніше швидкістю та обсягом. Цей проєкт об’єднує інженерні та наукові досягнення в одному інструменті, що може стати вирішальним для нових відкриттів в астрономії та космології. Його значення для розуміння походження Всесвіту та місця людства в ньому важко переоцінити.
