אסטרונומים זקוקים למידע כמותי מגרמי שמיים. התמונות של גופים אסטרונומיים מעוררות עניין, אבל נדרשת עבודה אסטרונומית רבה כדי למדוד את בהירותו של הגוף: מדידת כמות האור שמקורו בגרם שמימי, בכל אורכי גל או בטווח של אורכי גל נקרא פוטומטריה. אסטרונומים משתמשים בפוטומטריה כדי למדוד במדויק את כמות האור באורכי גל שונים; הדבר מסייע להם למדוד טמפרטורה, הרכב, ומאפיינים אחרים של גוף מרוחק. הפוטומטריה חייבת להיות מכוילת בהשוואה לבהירות ידועה, כמו זו של השמש, או של אחד מכוכבי הלכת, או כוכב בהיר. הפוטומטריה אינה מוגבלת לאורכי גל בתחום הנראה; אסטרונומים עובדים בכל הספקטרום האלקטרומגנטי מגלי רדיו ועד צילומי רנטגן, עליהם למדוד את כמות הקרינה המדויקת שקלטו הגלאים. ספקטרוסקופיה היא הטכניקה שבה הקרינה בחלק מסוים של הספקטרום האלקטרומגנטי מפוזרת, בעזרת הטלסקופ וגלאי מתאים ניתן למדוד את עוצמתה. ספקטרוסקופיה הוא מדידה של בהירות בכל אורך גל.
במשך מאתיים השנים הראשונות של שימוש בטלסקופ, נעשו תצפיות בעין בלתי מצוידת ולאחר מכן נרשמו על הנייר. באופן טבעי האמינות של תצפיות אלה מוטלת בספק. בעקבות הצילום שפותח באמצע המאה ה- 19, האסטרונומים אמצו טכנולוגיה זו ואמינות הדיווחים השתפרה. באמצעות החשיפה של לוח צילום ניתן לבצע תיעוד מהימן של התצפיות. כיום טלסקופים קטנים רבים מגיעים עם ציוד צילום המיועד למטרה זו. ניתן לצלם באמצעותם גופים רפים כמו ערפיליות וגלקסיות, מכיוון שהאור יכול להצטבר בחשיפות ארוכות. לעומת זאת העין רק "מאחסנת" אור רק במשך שבריר שנייה. תמונות רבות של צבירי כוכבים וערפיליות בספרי לימוד וכתבי עת צולמו באמצעות טלסקופים קטנים או במצלמות רגילות. ניתן לברר זאת באמצעות הכיתובים בתמונה, המכילים פרטים כגון: הציוד ומשך החשיפה. במקרים רבים, ניתן לשכפל או לשפר את התוצאות באמצעות ציוד חובבים פשוט. העין ותחליב פוטוגרפי אינם יעילים ביותר; כל אחד מהם לוכד רק 1% מהפוטונים המגיעים אליו.
באדיבות וויקיפדיה
ב- 30 השנים האחרונות, טכניקות צילום הוחלפו ברוב הטלסקופים בגלאים אלקטרוניים. הסוג החשוב ביותר מבין הגלאים אלקטרונים הוא charge-coupled device, הידוע בכינויו CCD . גלאים אלה מאוד רגישים לאור, התפתחות טכנולוגית זו התאפשרה עם התקדמות המיקרו-אלקטרוניקה (CCD נמצא ברוב מצלמות וידיאו, למשל). המכשיר פועל על ידי המרת פוטונים הנכנסים לגאלי לאלקטרונים, והם מומרים לאות חשמל. האות החשמלי מומר לעוצמת הקרינה, כך שניתן להציגו כתמונה. גלאיי CCD הומצאו בשנת 1969 על ידי וילארד בויל וג'ורג' סמית', שעבדו במעבדות בל בניו ג'רזי. הפרויקט שלהם עמד להיסגר בשל היעדר התקדמות, כאשר, במהלך ארוחת הצהריים, הם העלו רעיון של גלאי סיליקון המואר באור רגיל. החדשנות שלהם זכתה להכרה והובילה גם לפרס נובל בפיזיקה בשנת 2009.
גלאי CCD מורכב בדרך כלל ממערכים של 4000 × 4000 = 16,000,000 גלאי אור זעירים, במתקן שגודלו כגודל בול דואר. כל גלאי זעיר נקרא אלמנט תמונה, או פיקסל. לכל פיקסל יש מידה מסוימת של בהירות, והפקסלים הרבים משתלבים ליצירת תמונה, בדומה לדרך שבה נקודות בגדלים שונים משתלבות ויוצרות תמונה בעיתון. כיום קיים פסיפס של גלאי CCD במכשירים רבים, כדי לצלם שטח גדול יותר של השמים. אלקטרוניקה חכמה משמשת לקריאת המידע ממאות מיליוני פיקסלים עצמאיים תוך מספר שניות. כיום מצלמים באמצעות במצלמות בעלות למעלה ממיליארד פיקסלים! לכל אחד מארבעת הטלסקופים הגדולים Pan-STARRS בהוואי יש מצלמה עם 1.4 מיליארד פיקסלים. אחד מגלאי ה- CCD, הגדולים ביותר, משתתף בניסוי High Imaging Science (HiRISE) במאדים. גלאי זה מכיל 14 חיישני CCD שיכולים לצלם תמונות המכילות עד 2520 מגה פיקסל או 2.5 ג'יגה פיקסלים (2.5 מיליארד פיקסלים). טלסקופ הסקר הסינופטי (LSST) יצוייד במצלמה בעלת 3.2 ג'יגה פיקסלים כדי לסקור את כל שמי הלילה. זו תהיה המצלמה הגדולה ביותר שנבנתה אי פעם. מצלמה זו בעלת 3200 מגה פיקסל תצלם תמונת שגודלן פי 300 פעמים בהשוואה של אלה שאתם פוגשים. במצלמה דיגיטלית כיום יש בין 10 ל- 20 מגה פיקסל.
באדיבות pixabay.
גלאיי CCD חוללו מהפכה אופטית. גלאי CCD על טלסקופ גדול יכול לייצר תמונות של מקורות אור שהם בערך פי מיליארד (109) חלשים יותר ממה שהעין האנושית יכולה לראות! כיצד נוצר יתרון המופלא זה? גלאיי CCD יעילים פי 10 מהעין האנושית באיתור פוטונים נכנסים, וקוטר מראת הטלסקופ גדול פי 1000 מקוטר אישון העין. גידול נוסף פי 100,000 ברגישות נובע מכך שהמוח "קורא" את תמונת העין בכל 1/30 שנייה (המאפשר לנו לראות תנועה מתמשכת), בעוד ש- CCD יכול לאסוף נתונים על מטרה אחת במשך שעה או יותר. אסטרונומים ממקמים גלאיי CCD במצלמות אטומות מקוררות בחנקן נוזלי, אשר מקטין את רעש הרקע. גלאיי CCD הם כמעט גלאים מושלמים, הם ממירים כמעט כל פוטון נכנס לאות חשמלי. יעילות הקרובה כמעט ל- 100% פי 100 מהעין האנושית. מסיבה זו, הדרך היחידה שבה יכולים האסטרונומים לראות גופים חלשים עוד יותר היא על ידי בניית טלסקופים גדולים יותר שיאספו יותר אור. גלאיי CCD נבנו גם לעבודה בתחום האינפרה אדום אולטרה סגול, אפילו בתחום הרנטגן.
תצלום תמונות אסטרונומיות עדיין חיוני באסטרונומיה; הן עדיין הדרך המועדפת על ידי אסטרונומים חובבים. הלב של גלאי CCD הוא שבב סיליקון הממיר אור לזרם אלקטרונים, וקשה לייצר מכשיר זה בגדול העולה על כמה סנטימטרים. לעומת זאת, תחליב צילום מאפשר פיתוח תמונה של מטר ויותר. עם זאת, מצלמות דיגיטליות נפוצות הרבה יותר מאשר הצילום האנלוגי שהצטמצם לנישה קטנה באסטרונומיה. כל תוצאות המחקר שאתם שומע עליהן מגיעות מגלאים דיגיטליים.
Author: Chris Impey