Det var de færreste, der havde forudset, at halvdelen af dette års nobelpris ville gå til Willard S. Boyle og George E. Smith fra AT&T Bell-laboratoriet i Californien for opfindelsen af CCD-chippen.
Alligevel virker valget nu så indlysende. For os astronomer har opfindelsen haft en betydning, der nok ikke kan undervurderes. En betydning på linje med Galileos opfindelse af teleskopet og Hubbels opdagelse af rødforskydningen. Uden CCD-chippen ville vi stadig være nødsaget til at skulle bruge øjnene til at kigge i teleskoperne med og derefter lave skitser i vores notesbøger over, hvad vi så. Eller rende rundt med store fotografiske plade, som vi ville sidde og studere med lup.
For slet ikke at tale om de fleste satellitmissioner, som ville være umulige uden CCD-chippen, der gør det muligt at tage billeder i digitalt format, som let kan sendes ned til os på Jorden.
I en tidligere blog Charged Coupled Devices har jeg blandt andet beskrevet, hvordan Kepler-satellitten flyver rundt med en CCD-chip med knap en milliard pixler.
Startede som en fiasko
Det var dog ikke meningen, at CCD-chippen skulle kunne bruges til at tage billeder med, da Willard S. Boyle og George E. Smith sidst i tresserne sad på AT&T Bell-laboratoriet og arbejdede med udviklingen af en hukommelseschip, hvor informationer kunne gemmes som elektroner i en halvleder.
En halvleder er et materiale, der har den egenskab, at det kan ændres fra at være elektrisk ikke-ledende til at være ledende og tilbage igen, og det er netop en af de ting, der er brug for i en hukommelse chip for at få informationerne ind og nu. Det skulle dog senere vise sig, at disse hukommelseschip - der dog aldrig blev den store succes, også kunne bruges til at optage billeder med.
Spande med elektroner
CCD står for charge-coupled device, og et af de billeder, der ofte bruges til at forklare, hvordan en CCD-chip virker, er en fodboldbane fyldt med spande.
Efter en regnbyge er vi nu interesseret i at finde ud af, hvor meget det har regnet forskellige steder på fodboldbanen. For at gøre dette skal vi være i stand til at måle, hvor meget vand der er i hver spand. CCD-chippen starter fra en ende med at måle, hvor meget vand der er i den første spand ved hjørneflaget ved hjemmebanemålet. Derefter kan CCD-chippen rykke alle spandene langs baglinjen en tak til højre og måle, hvor meget vand der er i den næste spand.
Når CCD-chippen har målt alle spandene langs baglinjen, rykkes alle rækkerne af spande en gang mod baglinjen, og der vil nu stå en ny række spande på baglinjen, som CCD-chippen kan gå i gang med at måle.
Dette er hemmeligheden bag CCD-chippen - at den kan flytte de enkelte spande henover chippen. En moderne CCD-chip kan måle mængden af vand i alle spandene på fodboldbanen eller elektronerne i pixels på nogle få millisekunder.
Lidt hjælp fra Einstein
Den hukommelseschip som Willard S. Boyle og George E. Smith arbejder med på AT&T Bell-laboratoriet kunne ikke bare måle mængden af vand i spandene (eller elektroner i pixels). Den kunne også lægge elektroner ind i de mange pixels. Man kunne således både få informationer ind i og ud af chippen, og på den måde kunne den bruges som en hukommelseschip, der kunne konkurrere med datidens hulkort.
I 1969 opdagede Willard S. Boyle og George E. Smith dog, at de også kunne få elektroner ind i chippen på en anden måde. Ved at gøre brug af den af Einstein opdagede fotoelektriske effekt belyste de chippen, og der blev skabt elektroner.
Disse elektroner kunne man via spandsystemet transporter ud af CCD-chippen og på den måde tage billeder. Billeder der skulle vise sig at revolutionere astronomien.
Denne artikel er oprindeligt publiceret som et blogindlæg.
