Charged Coupled Devices eller CCD’er, som de også bliver kaldt i daglig tale, er hovedbestanddelen af ethvert digital kamera, men faktisk var det på inden måde tanken, da CCD’en blev udviklet, at vi alle skulle rende rundt med en eller flere CCD’er – i vores kamera, vores mobiltelefon eller vores bærbare computer.
Tanken var, at astronomer skulle bruge CCD’en til at tage billeder af himlen og stjernerne med. Det er da også astronomer, der om kort tid vil sende den hidtil største CCD ud i rummet, når NASA’s Kepler satellit den 7. Marts kl. 04:50:00 bliver sendt op fra Cape Canaveral med en Delta II raket.
Opdaget ved et tilfælde
CCD’en blev udviklet lidt ved et tilfælde, faktisk forsøgte man at udvikle en form for harddisk, hvor man kunne gemme information på, men astronomer fandt hurtigt ud af, at CCD’en var lige, hvad de havde manglet i rigtig mange år.
Før CCD’en havde astronomerne enten brugt; fotografiske film eller plader, der godt nok kunne tage billeder af himlen, men som skulle fremkaldes, hvilket var ret besværligt; eller man havde brugt det, der hedder fotomultipliere, som faktisk ikke er andet end en lyssensor.
En fotomultiplier kan ikke tage billeder, men den kan måle mængden af lys, som stjernerne udsender, hvilket de fotografiske film og plader ikke er så gode til. CCD’en derimod kan begge dele både tage billeder og måle lyset fra stjernerne meget præcist.
Endvidere bliver de billeder, som CCD’en tager gemt digitalt, så man er fri for besværet med at skulle opbevare en masse fotografiske plade, så de ikke går i stykker.
Fra spande til pixels
For at forstå hvordan en CCD virker skal man forestille sig en masse mennesker på en mark med hver deres spand. Disse mennesker vil nu være i stand til at se, hvor meget det regner forskellige steder på marken ved at se, hvor meget vand der kommer i deres spande.
Men hvis vi står uden for marken og gerne vil have et billede af, hvor meget det har regnet forskellige steder på marker, så er vi nødt til på en eller anden måde at få afmålt, hvor meget vand der er i hver enkelt spand.
Dette gør vi ved at gå over i et hjørne af marken og måle, hvor meget vand der er i den første persons spand. Nu beder vi så person nummer 2 om at hælde indholdet af sin spand over i person nummer 1’s tomme spand og derefter person nummer 3 om at hælde indholdet af sin spand over i person nummer 2’s nu tomme spand osv.
Måler lys
Derefter kan vi måle, hvor meget vand der var i person nummer 2’s spand ved at måle, hvor meget der nu er i person nummer 1’s spand. Selvom dette fint beskriver hvordan en CCD chip virker, så består en CCD selvfølgelig ikke af spande, men af pixels.
Når man ønsker at tage billeder med en CCD chip, så er det heller ikke vand, men lys man ønsker at måle. Faktisk måler en CCD antallet af enkelte lyspartikler, de såkaldte fotoner.
Dette kan en CCD gøre, fordi fotonerne pga. den fotoelektriske effekt (den som Einstein fik sin Nobelpris for) afsætter en lille smule elektrisk ladning i pixel’erne, når de rammer dem, og det er denne ladning, som CCD’en kan måle.
Verdens største rum-kamera
Egentlig er Kepler satellitten en af de mere simple satellitter, da den groft taget ikke er andet end et forvokset digital kamera og endda kun i sort/hvid. Men det er til gengæld et stort digital kamera, det største der nogen side har fløjet i rummet.
Lige som et almindeligt digital kamera er den væsentligste bestanddel af Kepler en CCD chip, det vil sige, at det for Keplers vedkommende drejer sig om 42 CCD chips, og de er igen forvokset i forhold til dem, vi kender fra mobiltelefonerne.
De CCD chips, som Kepler benytter sig af, er hver på størrelse med en tændstikæske og har hver 2.3 millioner pixels, dvs. at Kepler bliver i stand til at tage billeder med en opløsning på 95 millioner pixels.
På disse 95 millioner pixels skal Kepler i over 6 år tage billeder af de samme over 100.000 stjerner for at måle deres lysstyrke med en nøjagtighed bedre end 20 part-per-million (0.002%) for at finde de små formørkelser, som planeter omkring andre stjerner laver, når deres bane drejer ind foran stjernen og skygger for lidt af lyset fra stjernen.
Endelig skal Kepler selvfølgelig også studere stjernens indre ved at studere svingninger på stjernens overflade via. asteroseismologi.
Denne artikel er oprindeligt publiceret som et blogindlæg.
