Wie wäre es mit einer Gigapixel Digitalkamera?

10.09.2004 - Haben Sie in letzter Zeit eine Digitalkamera gekauft? Sie hat wahrscheinlich eine Auflösung von 3.1 bis 6 Megapixel. Nun, die europäische Weltraumbehörde baut gerade eine 1 Gigapixel Digitalkamera für ihr kommendes Gaja Weltraumteleskop, das 2010 gestartet werden soll.

Es ist genau genommen gar keine einzelne Kamera sondern eine Reihe von 170. Gaja wird in einer Entfernung von 1.5 Millionen Kilometern von der Erde positioniert und wird so gebaut sein, dass es 1 Milliarde Sterne und reichlich andere Objekte wie Asteroiden, Kometen, Galaxien und Nebel fotografieren kann. Das Ziel wird es sein, dass gesamte Universum mit einer Auflösung zu kartografieren, die eine Million Mal schärfer ist, als dass menschliche Auge sehen kann.

ESA's "Entdeckungsmaschine" Gaia ist so gebaut, dass sie eine Milliarde Sterne und Hunderttausende andere himmlische Objekte fotografieren kann. Ihre Kamera muss also etwas ganz Besonderes sein.

In der Tat, wenn Gaja vom ESA Weltraumbahnhof in Kourou in French Guiana, irgendwann nach 2010 abhebt, wird sie die größte Digitalkamera des Sonnensystems tragen. Grundsätzlich wird Gaja alles im Universum beobachten, worauf es sein digitales Auge werfen kann. Während es in 1.5 Millionen Kilometern Entfernung von der Erde, sanft im Orbit kreist, wird Gaja den gesamten Himmel nach Sternen, Planeten, Asteroiden, entfernten Galaxien und allem dazwischen, abscannen.

Das Ziel ist es, jedes himmlische Objekt zu entdecken, hinunter bis zu einer Größe, eine Millionen Mal schwächer als es das menschliche Auge sehen könnte. Um dies zu schaffen, braucht es eine große Kamera. Gaja wird mit 170 separaten Kameras ausgestattet sein, zusammengefügt zu einem Mosaik um jedes Objekt zu registrieren, dass durch sein Blickfeld wandert.

Wissenschaftler nennen jede einzelne Kamera ein "charge-coupled device" (CCD). Durch ein zusätzliches Instrument wird die Gesamtzahl von CCDs bei über 200 liegen.

Jedes CCD ist an sich ein Hi-Tech Teil, dass Licht in elektrische Ladung umwandelt und in kleinen Fallen speichert, genannt "Pixel", bis ein Computer die Information wieder ausliest. Mit ca. 9 Millionen Pixeln sind Gaja´s CCDs etwas 5 bis 10 Mal größer als die in aktuellen Digitalkameras.

Die Größe jedes CCD stellt einige einzigartige Anforderungen an deren Herstellung. Selbst in reinstem Silikon können Defekte auftreten. Typischerweise werden aus einen Silikon-Wafer 20 oder mehr CCDs, für Kameras die hier auf der Erde benutzt werden, hergestellt, wobei ein oder zwei Rückläufer toleriert werden können.

Gaja´s CCDs sind jedoch so groß, dass nur zwei auf jeden Silikon-Wafer passen. Daher ist die Wahrscheinlichkeit eines auftretenden Defekts in einem der Gaja CCDs beträchtlich.

Um den Produktionsprozess zu verfeinern, führt die ESA eine Produktion von Prototypen mit der Firma e2v durch, die auf CCDs höchster Qualität spezialisiert ist. Dies ist die Gleiche Firma, die die meisten der wissenschaftlichen CCDs für ESA´s Röntgenobservatorium, XMM-Newton, geliefert hat.

"Für XMM-Newton hat e2v 23 hochwertige CCDs geliefert. Dies war eine hervorragende Leistung, aber für Gaja planen wird mehr als 200 hinaufzuschicken," sagt Alexander Short, einer von Gaja´s CCD Experten am European Space Technology and Research Centre (ESTEC), in den Niederlanden.

Wenn Gaja erst einmal in Weltraum ist, könnten Sonnenaktivitäten, wie Sonnenwinde und "koronale Masse Auswürfe" die CCDs beschädigen und die Bilder verwischen.

Um den Effekt dieser "Strahlungsschäden" während der Mission zu minimieren, arbeiten Short und seine Kollegen an Abschirmungen und anderen Lösungen und wollen so sicherstellen, dass Gaja die erfolgreichste Entdeckungsmaschine in der Geschichte der Astronomie werden kann.

Autor: Frank Erhardt