Uusi ESAn kehittämä kamera mullistaa tähtihavainnot
S-Cam on kuin suoraan tähtitieteilijöiden päiväunista: sen avulla tähtitieteilijät voivat puristaa heikostakin valonsäteestä suuren määrän tietoa ja saavat tietää melkein kaiken mitä tähden valolla on kerrottavanaan vain yhden havainnon pohjalta. Euroopan avaruusjärjestön tutkijoiden kehittämä uusi kamera mullistaa mahdollisuudet havaita maailmankaikkeutta.
ESAn seuraavan sukupolven havaintolaitekehitysprojektin tuloksena syntynyt S-Cam perustuu suprajohtavuuteen, ominaisuuteen, missä materiaali menettää sisäisen sähkönvastuksensa erittäin matalissa lämpötiloissa. Siitä tulee sen nimi S-Cam, superconducting camera, eli suprajohtava kamera.
"Ymmärsimme vuosien 1992-93 aikana, että suprajohteet voisivat olla ainakin teoriassa hyvin herkkiä spektrin visuaalisen ja lähi-infrapunan aallonpituuksilla", kertoo tieteellisten hyötykuormien osaston johtaja Tone Peacock laitteen alkuajoista. "Suprajohtavan kameran tapauksessa pystytään jokainen yksittäinen valokvantti, fotoni, havaitsemaan."
Peacock ennusti ESAn tähtitieteilijä Michael Perrymanin kanssa vuonna 1992 tämän suprajohteiden erikoisen ominaisuuden, jolloin he tajusivat myös millainen vaikutus tällaisella vallankumouksellisella sensorilla olisi tähtitieteessä. "Voisimme havaita yksittäisiä fotoneita ja määrittää niiden värin ja saapumisajan hyvin tarkasti ja erittäin nopeasti."
Nykyisin tähtitieteilijät käyttävät ns. CCD-kameroita havaintojen tekemiseen. CCD-kennoja (Charge Coupled Devices) käytetään laajalti myös digitaalisissa kameroissa ja videokameroissa. CCD perustuu tekniikkaan, missä saapuva valo (fotonit) kerätään pienillä vastaanotinyksiköillä, pikseleillä, joita kennolla on matriisina samaan tapaan kuten näyttöruudulla on pikseleitä rinnakkain kuvaa muodostamassa. Tekniikan huonona puolena on se, että sillä voidaan havaita vain useiden kuhunkin pikseliin osuvien fotonien yhteiden kirkkaus. Myöskään yksittäisten fotonien väriä ei näin ollen voida rekisteröidä.
S-Cam havaitsee jokaisen yksittäisen fotonin iskeytymiskohdan, saapumisajan ja fotonin värin - siis sen energian, taajuuden. Kamera lähettää tiedot tietokoneelle, joka muodostaa kuvan lisäksi kattavan tietokannan havaittavasta kohteesta. Tämän yltäkylläisen tiedon pohjalta tähtitieteilijät voivat tarkkailla samanaikaisesti kohteen kirkkauden ja värin muutoksia millisekuntien aikaskaalassa.
Nämä ominaisuudet mahdollistavat nopeasti muuttuvien kohteiden havaitsemisen paremmin kuin koskaan ennen. Esimerkkinä tällaisista kohteista ovat esimerkiksi pulsarit, kuolleiden tähtien ytimet, jotka säteilevät voimakkaasti gammasäteilyä ja näkyvää valoa.
Euroopan avaruusjärjestön tutkimuskeskuksessa ESTECissä työskentelevät tiedemiehet ovat kokeilleet S-Camin prototyyppiä menestyksellisesti Kanarian saarilla La Palmalla sijaitsevalla isolla William Herschell -teleskoopilla.
Yhdessä kaksoistähtijärjestelmää havaitsevassa kokeessa näkyi erinomaisesti, kuinka valkoinen kääpiötähti siirtyi punaisen seuralaisensa taakse (katso oheinen video). Samalla kun kuva tummeni, muuttui väri valkoisesta punaiseksi. Muissa havainnoissa esimerkiksi määriteltiin kvasaarien - erittäin kaukana olevien kohteiden - etäisyyksiä helposti ja tuloksekkaasti.
Tämä kaikki on kuitenkin vasta alkua. Nykyisellään S-Cam toimii vain 36 pikselin voimin, mutta tutkimusryhmät valmistavat jo satoja ja tuhansia pikseleitä käsittäviä kameroita. Tekniikan kehittyessä päästään lopulta CCDstä tuttuihin miljoonia pikseleitä käsittäviin laitteisiin. Peacock ennustaa, että tekniikkaa tullaan käyttämään myös tähtitieteen ulkopuolella, esimerkiksi mikrosiruteollisuudessa. "S-Camia voidaan käyttää esimerkiksi mikropiirien teossa tarvittavan piin epäpuhtauksien havaitsemisessa, ja tästä tulee varmasti vielä merkittävä teollisuussovellus", toteaa Peacock.
Kuka tietää, vaikka jonain päivänä S-Cam löytäisi tiensä CCD:n tapaan myös kotitalouksien tavallisiin videokameroihinkin?
Videon selitys
S-Camilla havaittiin kaksoistähtijärjestelmää nimeltä UZ For. Havainnon aikana valkoinen kääpiötähti siirtyy punaisen kumppaninsa taakse. Samalla kun kuva himmenee, väri muuttuu sinisestä punaiseen osoittaen, että valo on absorboitunut punaisesta tähdestä valkoiseen kääpiöön virtaavaan materiaaliin. Himmenemisen tarkan ajan selvittäminen mahdollistaa sen, että tähtitieteilijät voivat määrittää valkoisen kääpiötähden pinnalta paikan, mihin materiaalia virtaa - vaikka tähtijärjestelmä on useiden valovuosien päässä Maasta.
