У робота-телескопа МАСТЕР четыре трубы: основная (35 см) регистрирует звезды до 19— 20m, остальные параллельно ведут съемку с различными фильтрами, но могут уловить только яркие объекты
Телескоп МАСТЕР, который зарегистрировал описанную вначале удивительную вспышку, имеет диаметр всего 35 сантиметров — у иных любителей астрономии есть инструменты покрупнее, — но на нем установлена вполне профессиональная охлаждаемая с помощью элементов Пельтье 16-мегапиксельная ПЗС-матрица. Объекты до 19-й звездной величины она регистрирует всего за 30—45 секунд. (Невооруженным глазом видны звезды до шестой величины — 6m. Каждые следующие пять звездных величин соответствуют ослаблению блеска в 100 раз.) Еще полминуты уходит на загрузку изображения в память компьютера. За ночь МАСТЕР делает сотни снимков, каждый из которых покрывает поле 2,4х2,4 градуса и «весит» около 60 мегабайт.
Но для того чтобы робот «увидел» интересный новый объект, мало того, что он будет в кадре, надо еще найти его на снимке и определить координаты. Первоначально предполагалось, что можно просто вычесть два снимка, сделанных в разное время, чтобы автоматически выявить новые и исчезнувшие объекты. Но это не сработало: слишком велики оказались различия между кадрами. На изображение влияет температура, состояние атмосферы, переменность звезд, шумы и неоднородности матрицы, наконец, то, как та или иная звезда легла на сетку пикселей ПЗС.
Пришлось заниматься поштучным распознаванием всех видимых на снимке звезд, а их обычно бывает 10—15 тысяч. Тут-то и понадобился мощный процессор с большим объемом памяти, куда для быстроты обработки загружаются данные всех доступных каталогов звезд и галактик. Первым делом программа определяет блеск и взаимное расположение всех звезд на снимке, а затем начинает искать по каталогу участок неба, где известные звезды образуют такую же конфигурацию. Чем больше звезд — тем труднее задача. Вблизи Млечного Пути в кадр попадает более ста тысяч звезд, и такие участки приходится пока обходить — их просто не успеть обработать за те 1,5 минуты, пока телескоп делает следующий снимок.
Когда звезды распознаны, среди них непременно обнаруживаются сотни объектов, которые не удается отождествить по каталогу. Часть из них оказывается астероидами — это тоже проверяется по базе данных, в которой зарегистрировано около 160 тысяч малых планет. Оставшиеся «лишние» точки — это, по большей части, не новые объекты, а дефекты изображения. Привлекать к ним внимание астрономов еще рано. Робот должен снова сфотографировать ту же область неба, и только сохранившиеся на повторном кадре «неопознанные объекты» могут считаться реально существующими на небе.
Современная астрономическая ПЗС-матрица. Небольшие сегменты используются для гидирования телескопа (отслеживания движения неба). На крупных инструментах они управляют еще и адаптивной оптикой
Сетчатка есть, хрусталик не нужен
ПЗС-матрица — это плоский кремниевый кристалл, поверхность которого разбита на миллионы мельчайших клеточек. Каждая из них — ловушка для электронов, выбиваемых светом из кристалла. Вертикальные линейки сетки образованы внедренной в кристалл примесью, которая препятствует поперечному дрейфу электронов. А от продольных смещений их удерживает электрическое поле тонких горизонтальных электродов из прозрачного поликристаллического кремния, нанесенных на поверхность матрицы. Они создают множество потенциальных ям, в которых накапливаются электроны. После экспозиции напряжение на электродах начинает волнообразно меняться, смещая накопленные заряды к краю матрицы, где их величина строчка за строчкой измеряется и заносится в память. При избытке света некоторые электронные ловушки переполняются и заряд перетекает в соседние. Этот эффект называется блюмингом. Для борьбы с ним на ПЗС могут быть предусмотрены специальные «сточные канавы», но это снижает разрешение и чувствительность матрицы. Из-за тепловых флуктуаций электроны могут появляться в ловушках и без воздействия света. Для снижения этого шума матрицу охлаждают на десятки и даже сотни градусов. Наблюдениям мешают и сами управляющие электроды — они поглощают синий свет и ультрафиолет. С этим справляются, сошлифовав кремниевый кристалл до толщины 10—20 микрон и нанеся электроды с тыльной стороны. Стоимость таких астрономических матриц, понятное дело, тоже астрономическая.