Was verursacht diese kreuzförmigen Artefakte in den ersten Bildern von TESS?

Das von Ihnen erwähnte unscharfe Licht sind Beugungseffekte und die verwendeten Lichtleitbleche sind rechteckig, wodurch Sie das vierseitige Muster erhalten würden. Es gibt ein Papier , das sich mit dem optischen Design befasst, in dem auch die zu erwartenden Streulichteffekte (einschließlich Rückreflexionen, bekannt als „Geisterreflexionen“) angesprochen werden. Ich weiß nichts über dieses spezielle CCD, aber die hellen, vertikalen Linien sehen aus, als wären sie das, was bei CCDs als „Blooming“ bekannt ist, wo aufgrund eines hellen Bereichs so viel Ladung vorhanden ist, dass sie über den Bereich gezogen wird Sensor, wenn die Ladung ausgelesen wird (für das, was es wert ist, CMOS-Sensoren haben dieses spezielle Problem nicht, oder es manifestiert sich zumindest nicht so).

Die in der Frage beschriebenen Artefakte sind auf interne Reflexionen im Silizium der CCD-Chips zurückzuführen. Für den langwelligen Bandpass von TESS (rot und nahes IR; 600 bis 1000 nm) absorbiert Silizium nur schwach und Licht prallt im Inneren des verdünnten (~ 100 um) Siliziumsubstrats ab. Die Muster der Polysilicium-Gates und der zugehörigen X-Blende verursachen eine Beugung in X und Y, und da das auf den Sensor auftreffende Licht nicht immer senkrecht einfällt, können die gebeugten Verlängerungen gekrümmt sein.

links: Reach-Through-Effekt in Deep Depletion TESS CCDs "Abbildung 6. Querschnitt des CCD-Arrays senkrecht zur Richtung des Ladungstransfers, entlang des Tors zwischen zwei Kanalstopps. rechts: Optisches Design der Kamera für Transiting Exoplanet Survey Satellite ( TESS)

Weiterlesen:

• Test und Charakterisierung der TESS CCDs
• Wissenschaftliche, von hinten beleuchtete CCD-Entwicklung für den Transiting Exoplanet Survey Satellite
• Optisches Design der Kamera für Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS)
• Die TESS-Kamera: Modellierung und Messungen mit Deep Depletion Devices Paywalled
• Test und Charakterisierung der TESS CCDs mit Paywall

Aus TESS Instrument Handbook Version 0.1 (Entwurf vom 6. Dezember 2018) :

6.7 Bildsättigung

Ein flüchtiger Blick auf das Bild eines sehr gesättigten Sterns (Abbildung 6.7) offenbart mehrere Merkmale:

• Das standardmäßige Ladungsbluten entlang der Säule aufgrund von Sättigung
• Diffuse Bilderweiterungen in Spaltenrichtung
• Diffuse Bilderweiterungen in Zeilenrichtung

Diese Effekte und andere werden unten beschrieben.

Abbildung 6.7: Dieses Bild eines gesättigten Sterns in einem FFI zeigt drei Hauptmerkmale: die Ladungsblüte aufgrund der Sättigung, das erweiterte horizontale Merkmal, das auf die Reflexion von rotem Licht innerhalb des CCD-Siliziumvolumens zurückzuführen ist, und auch eine kleinere vertikale Struktur aufgrund von Lichtreflexion innerhalb der Siliziummasse.

6.7.1 Blühen

Bei hellen Sternen kann die von Photonen erzeugte Ladungsmenge die volle Well-Kapazität eines Pixels überschreiten, und Elektronen beginnen, entlang derselben Säule in benachbarte Pixel überzugehen (die Ladungsbarriere im CCD ist entlang der Säulen viel niedriger), dieses Phänomen heißt „Blühen“. Die verschüttete Ladung bildet eine helle dünne vertikale Linie im Bild ...

6.7.2 „Schnurrbart“

Diffuse vertikale und horizontale Bildausdehnungen, die in einigen gesättigten Bildern zu sehen sind, sind auf Reflexionen von langwelligem Licht innerhalb des Bulk-Siliziums der CCDs zurückzuführen. Da die Siliziumoberfläche auf dieser Seite nicht flach ist, verlaufen die Reflexionen seitlich entlang der Reihen.

Die Channel-Stop-Bereiche, die dazu dienen, Pixel in horizontaler (Zeilen-) Richtung zu trennen, bilden entlang der Oberfläche verlaufende vertikale Strukturen: Dort ist die Silizium-SiO2-Grenzfläche gekrümmt, um die Channel-Stop-Bereiche zu bilden. Bei Beleuchtung mit Licht, das sich senkrecht zur CCD-Oberfläche ausbreitet, reflektieren die Seitenwände der Kanalstoppbereiche teilweise das Licht entlang der Reihen. Befindet sich der Stern nahe der Mitte des Sichtfelds der Kamera, sind die reflektierten horizontalen Strahlen sehr gut mit Reihen ausgerichtet. Wenn der Stern auf dem Detektor weit von der Kameramitte entfernt ist, ist das einfallende Licht nicht senkrecht zur Siliziumoberfläche. In diesem Fall werden die Reflexionen von den Kanalblenden relativ zu den CCD-Reihen geneigt, breiten sich in benachbarte Reihen aus und erzeugen eine schnurrbartartige Form.

Außerdem werden die Schnurrbart-Nebenkeulen entsprechend asymmetrisch, wenn der Stern von der Mitte nach links oder rechts verschoben wird, was durch die unterschiedlichen Reflexionswinkel erklärt werden kann. Als Ergebnis ist der Schnurrbartlappen in der Richtung weg von der y-Achse, die durch die optische Achse der Kamera verläuft, länger.

Ein ähnliches Phänomen erklärt vertikale Lappen, die leicht versetzt zu der streng vertikal blühenden Säule sind und zusätzlich zu der sauber vertikal blühenden Säule einen ähnlichen Schnurrbart in vertikaler Richtung bilden. In diesem Fall wird der tief eindringende rote Anteil des einfallenden Lichts von den Kanten horizontal verlaufender Strukturen reflektiert, die durch CCD-Polysilizium-Gates gebildet werden. Wie bei den horizontalen Keulen wird die Abweichung von der vollständigen Vertikalen durch die Tatsache verursacht, dass Sternenlicht nahe der Peripherie des Sichtfelds aus einer Richtung auf die CCD-Oberfläche trifft, die nicht orthogonal zur Oberfläche ist.

Eine ausführlichere Erklärung der Physik der gesättigten Bilder wird in Prigozhin (2019) vorgestellt.