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Os Instrumentos do SDSS

O SDSS coleta dados com modernos detectores digitais. Um enorme conjunto de detectores CCD adquire imagens, e um par de espectrógrafos alimentados por fibras ópticas coleta espectros.


A Câmera CCD

O interior do telescópio contém aquilo que talvez seja a mais complexa câmera já construída. A câmera inclui 30 sensores eletrônicos de luz chamados charge-coupled devices (CCD) [dispositivos acoplados por carga], como o da figura à esquerda, cada um medindo duas polegadas. Os CCDs estão dispostos em colunas de cinco e os cientistas envolveram cada coluna em uma câmara de vácuo. Para aumentar a sensibilidade, nitrogênio líquido resfria cada câmara a uma temperatura de -80 graus Celsius.

Cada CCD é composto de mais de quatro milhões de elementos de imagem (pixels) que liberam elétrons quando absorvem luz. Os elétrons são então amplificados para sinais eletrônicos que podem ser digitalizados, gravador em fita e finalmente enviados aos computadores. Cada uma das cinco colunas de CCDs recebe luz através de um filtro de cor diferente, de modo que cada coluna registra o brilho dos objetos em uma cor diferente. Uma única noite de observação gera até 200 gigabytes de dados em uma dúzia de fitas.

O arranjo dos CCDs.
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O desenho à direita mostra um esquema da câmera. Diferentemente de uma câmera comum, esta não tira instantâneos de coisas paradas. Em vez disso, o telescópio é travado em uma certa posição e, conforme a Terra gira, o céu se move sobre a câmera, da parte de cima para a parte de baixo. Os elétrons liberados pela luz incidente são deslocados ao longo do CCD na mesma velocidade que o céu se move sobre a câmera, garantindo que o sinal é sempre coletado do mesmo objeto. Quando um elétron em movimento atinge a borda de um CCD, ele é lido pelos amplificadores. Essa leitura é feita continuamente, resultando em imagens de tiras do céu, compridas e estreitas, feitas a cada observação. Já que existem espaços entre um CCD e outro, para fazer uma imagem completa, o telescópio deve se mover um pouco para que uma segunda tira, levemente deslocada, seja feita. Um par de tiras é então combinado para produzir uma imagem completa, sem espaços vazios.


Os Espectrógrafos

Conectando as fibras do
espectrógrafo nas placas
pré-perfuradas.
A parte de trás do telescópio,
com a câmera principal,
(no centro, preta) e os dois
espectrógrafos (caixas verdes).
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Um espectrógrafo - um aparelho similar a um prisma que dispersa a luz em várias cores - mede quanta luz os objetos emitem em diferentes comprimentos de onda. Essas informações, chamadas de "espectro" podem ser utilizadas para analisar a distância, composição e idade de cada cada objeto celeste. Os astrônomos dos SDSS perfuram 640 orifícios em uma placa de alumínio, sendo que cada furo corresponde à posição de uma estrela, galáxia ou quasar selecionados. Os cientistas conectam a estes orifícios cabos de fibra óptica (figura). As fibras captam luz de 640 objetos simultaneamente e a enviam aos dois espectrógrafos. Os espectrógrafos separam a luz de cada objeto em suas cores componentes e os espectros resultantes são registrados pelos CCDs. Cada espectro é medido de 3800Å (azul) até 9200Å (infravermelho próximo) [1 Å=10-10 metros] em CCDs de 2048 x 2048 pixels. Para aumentar a resolução dos dados dos espectrógrafos, a luz de cada objeto é dividida em uma metade azul e uma metade vermelha, e o espectro de cada parte é registrado por um dos CCDs. Essa separação é feita por um separador de feixe com um revestimento especial. Este revestimento reflete a parte azul do espectro, mas permite que a parte vermelha seja transmitida.


Devido à separação da luz, quatro imagens são criadas para cada obesrvação espectroscópica: tanto uma imagem do vermelho quanto uma do azul para o espectrógrafo número 1 e o mesmo para o espectrógrafo número 2. As placas conectadas com cabos são colocadas no plano focal do telescópio, do mesmo modo como a câmera CCD. Em uma boa noite, os astrônomos do SDSS usarão de seis a nove placas, obtendo espectros de até 5.000 objetos!

O espectrógrafo observará todas as galáxias que, tendo sido observadas durante o de imageamento, tiverem magnitudes 17,8 ou mais brilhante. Este levantamento pretende obter mais de um milhão de espectros de galáxias - trinta vezes maior que qualquer dos atuais levantamentos de redshifts de galáxias. Além de obter espectros de galáxias, o SDSS pretende também apontar para 100.000 alvos candidatos a quasares (selecionados com base nas suas cores), dezenas de milhares de estrelas e muitos outros tipos de objetos, como fontes de raio-X e de rádio.