Сферический телескоп с пятисотметровой апертурой - Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope

Сферический телескоп с пятисотметровой апертурой
FAST Radio Telescope (захвачено из видео) .jpg
Вид телескопа сверху в 2020 году
Альтернативные названия Тианян Отредактируйте это в Викиданных
Местоположение (а) Деревня Цзинке , Кеду, округ Пинтан , Цяньнань-Буй и автономная префектура Мяо , Гуйчжоу , КНР
Координаты 25 ° 39′10 ″ с.ш. 106 ° 51′24 ″ в.д. / 25,65289 ° с.ш.106,85678 ° в. / 25,65289; 106,85678 Координаты: 25 ° 39′10 ″ с.ш. 106 ° 51′24 ″ в.д. / 25,65289 ° с.ш.106,85678 ° в. / 25,65289; 106,85678 Отредактируйте это в Викиданных
Длина волны 0,10 м (3,0 ГГц) –4,3 м (70 МГц)
Построено Март 2011 г. - 3 июля 2016 г. ( Март 2011 г. - 3 июля 2016 г. ) Отредактируйте это в Викиданных
Первый свет 3 июля 2016 г. Отредактируйте это в Викиданных
Стиль телескопа радиотелескоп Отредактируйте это в Викиданных
Диаметр 500 м (1640 футов 5 дюймов) Отредактируйте это в Викиданных
Освещенный диаметр 300 м (984 футов 3 дюйма) Отредактируйте это в Викиданных
Зона сбора 196 000 м 2 ( 2 110 000 кв. Футов)Отредактируйте это в Викиданных
Освещенная площадь 70 690 м 2 (760 900 кв. Футов)Отредактируйте это в Викиданных
Фокусное расстояние 140 м (459 футов 4 дюйма) Отредактируйте это в Викиданных
Веб-сайт быстро .bao .ac .cn Отредактируйте это в Викиданных
Сферический телескоп с пятисотметровой апертурой находится в Китае.
Сферический телескоп с пятисотметровой апертурой
Расположение пятисотметрового сферического телескопа с апертурой
Страница общин Связанные СМИ на Викискладе?
[ редактировать в Викиданных ]

Пятьсот метров Диафрагма Сферическая радиотелескоп ( ФАСТ ; китайский :五百米口径球面射电望远镜), по прозвищу Tianyan (天眼, лит «/ Heaven Глаз Неба»), это радиотелескоп , расположенный в депрессии Dawodang (大窝 凼 洼地), естественный бассейн в уезде Пинтан , Гуйчжоу , юго-запад Китая . FAST имеет тарелку диаметром 500 м (1600 футов), построенную в естественной впадине ландшафта. Это самый большой в мире радиотелескоп с заполненной апертурой и второй по величине однокамерный радиотелескоп после малонаполненного РАТАН-600 в России.

Он имеет новаторский дизайн, в котором активная поверхность состоит из 4500 панелей, образующих движущуюся параболу металлических панелей в реальном времени. Кабина с фидерной антенной , подвешенной на тросах над тарелкой, может автоматически перемещаться с помощью лебедок для управления прибором для приема сигналов с разных направлений. Наблюдает на длинах волн от 10 см до 4,3 м.

Строительство FAST началось в 2011 году. Первые лучи на нем были видны в сентябре 2016 года. После трех лет испытаний и ввода в эксплуатацию 11 января 2020 года он был объявлен полностью готовым к эксплуатации.

Телескоп сделал свое первое открытие двух новых пульсаров в августе 2017 года. 22 февраля были обнаружены новые пульсары PSR J1859-01 и PSR J1931-02, также называемые FAST пульсарами № 1 и № 2 (FP1 и FP2). и 25 августа 2017 г .; они находятся на расстоянии 16 000 и 4100 световых лет соответственно. Обсерватория Паркса в Австралии независимо подтвердила открытия 10 сентября 2017 года. К сентябрю 2018 года FAST обнаружил 44 новых пульсара.

История

FAST в процессе строительства

Телескоп был впервые предложен в 1994 году. Проект был одобрен Национальной комиссией по развитию и реформе (NDRC) в июле 2007 года. Деревня с 65 людьми была перемещена из долины, чтобы освободить место для телескопа, и еще 9110 человек, живущих в Радиус 5 км телескопа был перемещен, чтобы создать зону радиомолчания . Правительство Китая потратило около 269 миллионов долларов из фондов помощи бедным и банковских кредитов для переселения местных жителей, в то время как строительство самого телескопа обошлось в 180 миллионов долларов США .

26 декабря 2008 года на строительной площадке прошла церемония закладки фундамента. Строительство началось в марте 2011 года, а последняя панель была установлена ​​утром 3 июля 2016 года.

Первоначально бюджет составлял 700 миллионов юаней, а окончательная стоимость составила 1,2 миллиарда юаней ( 180 миллионов долларов США ). Существенными трудностями были удаленность объекта и плохой доступ к дороге, а также необходимость добавить экранирование для подавления радиочастотных помех (RFI) от приводов главных зеркал. По-прежнему существуют проблемы с частотой отказов приводов главных зеркал.

Испытания и ввод в эксплуатацию начались с первым светом 25 сентября 2016 года. Первые наблюдения проводятся без активного первичного отражателя, его конфигурация имеет фиксированную форму и используется вращение Земли для сканирования неба. Дальнейшая ранняя наука велась в основном в области низких частот, в то время как активная поверхность была доведена до проектной точности; более длинные волны менее чувствительны к ошибкам в форме отражателя. Три года ушло на калибровку различных инструментов, чтобы он мог полностью заработать.

Усилия местных властей по развитию туристической индустрии вокруг телескопа вызывают некоторую озабоченность у астрономов, обеспокоенных тем, что соседние мобильные телефоны действуют как источники радиопомех. Прогнозируемое количество туристов в 10 миллионов в 2017 году заставит чиновников выбирать научную миссию, а не экономические выгоды от туризма.

Главной движущей силой проекта был Нан Рендун , исследователь Китайской национальной астрономической обсерватории , входящей в Китайскую академию наук . Он занимал должности главного научного сотрудника и главного инженера проекта. Он умер 15 сентября 2017 года в Бостоне от рака легких.

Обзор

FAST имеет отражающую поверхность диаметром 500 метров, расположенную в естественной воронке в карстовых скалах , фокусирующую радиоволны на приемной антенне в «кабине питания», подвешенной на высоте 140 м (460 футов) над ней. Отражатель изготовлен из перфорированных алюминиевых панелей, поддерживаемых сеткой из стальных тросов, свисающих с обода.

Поверхность FAST состоит из 4450 треугольных панелей со стороной 11 м (36 футов) в форме геодезического купола . Лебедки 2225, расположенные внизу, делают его активной поверхностью , натягивая стыки между панелями, деформируя гибкую стальную кабельную опору в параболическую антенну, выровненную в желаемом направлении неба.

Одна из шести опорных башен кормовой кабины

Над отражателем расположена легкая кормовая кабина, перемещаемая кабельным роботом с помощью сервомеханизмов лебедки на шести опорных башнях. Приемные антенны устанавливаются ниже на платформе Стюарта, которая обеспечивает точное управление положением и компенсирует возмущения, такие как движение ветра. Это обеспечивает запланированную точность наведения в 8 угловых секунд .

300 м освещенная диафрагма в пределах 500 м антенны

Максимальный зенитный угол составляет 40 градусов при уменьшении эффективной освещенной апертуры до 200 м и 26,4 градуса, когда эффективная освещенная апертура составляет 300 м без потерь.

Хотя диаметр отражателя составляет 500 метров (1600 футов), в любой момент времени используется только круг диаметром 300 м (имеющий правильную параболическую форму и «освещаемый» приемником). Телескоп можно направлять в разные точки неба, освещая 300-метровую часть 500-метровой апертуры. [Таким образом, FAST имеет меньшую эффективную апертуру, чем Радиообсерватория Хикамарка , которая имеет заполненную апертуру эквивалентного диаметра 338 м].

Его рабочий диапазон частот от 70 МГц до 3,0  ГГц , с верхним пределом, установленным точностью, с которой первичный преобразователь может аппроксимировать параболу. Его можно немного улучшить, но размер треугольных сегментов ограничивает самую короткую длину волны, которую можно получить. Изначально планировалось охватить частотный диапазон 9 приемниками. На этапе строительства был предложен и построен сверхширокополосный приемник с диапазоном частот от 260 МГц до 1620 МГц, что привело к первому открытию пульсаров с помощью FAST. На данный момент установлен только FAST L-band Receiver-array из 19 лучей (FLAN), который работает в диапазоне от 1,05 ГГц до 1,45 ГГц.

Система архивов нового поколения (NGAS), разработанная Международным центром радиоастрономических исследований (ICRAR) в Перте, Австралия, и Европейской южной обсерваторией, будет хранить и поддерживать большой объем собираемых данных.

5-километровая зона возле телескопа запрещает туристам пользоваться мобильными телефонами и другими радиоизлучающими устройствами.

Научная миссия

На сайте FAST перечислены следующие научные цели радиотелескопа:

  1. Крупномасштабное нейтральный водород обследование
  2. Наблюдения за пульсаром
  3. Руководитель международной сети интерферометрии с очень длинной базой (РСДБ)
  4. Обнаружение межзвездных молекул
  5. Обнаружение сигналов межзвездной связи ( Поиск внеземного разума )
  6. Массивы хронометража Pulsar

Телескоп FAST присоединился к проекту Breakthrough Listen SETI в октябре 2016 года для поиска разумных внеземных коммуникаций во Вселенной.

В феврале 2020 года ученые объявили о первых наблюдениях SETI с помощью телескопа.

Китайское издание Global Times сообщило, что его 500-метровый (1600 футов) телескоп FAST будет открыт для мирового научного сообщества с апреля 2021 года (когда заявки будут рассмотрены) и вступит в силу в августе 2021 года. Иностранные ученые смогут подавать заявки. заявки в Национальные астрономические обсерватории Китая онлайн.

Сравнение с телескопом Аресибо

Сравнение радиотелескопов Аресибо (вверху), FAST (в центре) и РАТАН-600 (внизу) в одном масштабе

Базовая конструкция FAST аналогична бывшему телескопу Аресибо . Обе конструкции имели отражатели, установленные в естественных пустотах внутри карстового известняка, сделанные из перфорированных алюминиевых панелей с подвешенным над ними подвижным приемником; и оба имеют эффективную апертуру меньше физического размера первичной обмотки. Однако есть существенные различия помимо размера.

Сначала блюдо Аресибо было закреплено в форме шара. Хотя он также был подвешен на стальных тросах с опорами внизу для точной настройки формы, они управлялись вручную и регулировались только во время технического обслуживания. Он имел фиксированную сферическую форму с двумя дополнительными подвесными отражателями в григорианской конфигурации для коррекции сферической аберрации .

Во-вторых, приемная платформа Arecibo была закреплена на месте. Чтобы выдержать больший вес дополнительных отражателей, основные опорные тросы были статичными, а единственная моторизованная часть была тремя прижимными лебедками, которые компенсировали тепловое расширение . Антенны могли перемещаться по вращающемуся рычагу под платформой, чтобы обеспечить ограниченную регулировку азимута. [Аресибо не ограничивался азимутом, только зенитным углом]. Этот меньший диапазон движения ограничивал его просмотр объектов в пределах 19,7 ° от зенита.

В-третьих, Аресибо мог получать более высокие частоты. Конечный размер треугольных панелей, составляющих первичный отражатель FAST, ограничивает точность, с которой он может аппроксимировать параболу, и, следовательно, самую короткую длину волны, с которой он может фокусироваться. Более жесткая конструкция Arecibo позволяла сохранять резкость на длине волны до 3 см (10 ГГц); FAST ограничен 10 см (3 ГГц). Улучшения в управлении положением вторичного отражателя могли бы увеличить его до 6 см (5 ГГц), но тогда первичный отражатель становится жестким ограничением.

В-четвертых, тарелка FAST значительно глубже, что способствует более широкому полю обзора. Несмотря на то, что диаметр FAST больше на 64%, радиус кривизны составляет 300 м (980 футов), что едва превышает 270 м (870 футов) Аресибо, поэтому он образует дугу 113 ° (против 70 ° для Аресибо). Хотя полная апертура Аресибо 305 м (1000 футов) могла использоваться при наблюдении за объектами в зените , это было возможно только с линейным фидером, который имел очень узкий частотный диапазон и был недоступен из-за повреждений с 2017 года. Использовалось большинство наблюдений Аресибо. григорианские каналы, где эффективная апертура составляла примерно 221 м (725 футов) в зените.

В-пятых, на более крупной вторичной платформе Аресибо также размещалось несколько передатчиков , что делало ее одним из двух инструментов в мире, способных выполнять радиолокационную астрономию . [Есть еще много радаров, способных работать с планарными радарами; Хикамарка, Миллстоун и Альтаир легко могут проводить некоторые наблюдения] [передатчик Аресибо на 430 МГц находился в оперативном здании, а не на платформе]. Планетарная радиолокационная система, финансируемая НАСА, позволила Аресибо изучать твердые объекты от Меркурия до Сатурна и выполнять очень точное определение орбиты на околоземных объектах , особенно потенциально опасных . Аресибо также включил несколько радаров, финансируемых NSF, для исследований ионосферы. Такие мощные передатчики слишком велики и тяжелы для небольшой приемной кабины FAST, поэтому он не сможет участвовать в планетарной защите, хотя в принципе он может служить приемником в бистатической радиолокационной системе. [Аресибо использовался в нескольких мультистатических экспериментах со вспомогательной 100-метровой тарелкой, включая эксперименты с радаром S-диапазона в стратосфере и картирование Венеры ISAR].

В популярной культуре

Он появился в эпизоде ​​«Поиски разумной жизни на Земле» телесериала « Космос: возможные миры», представленного Нилом де Грассом Тайсоном .

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки