Китайские телескопы. Введен в строй крупнейший радиотелескоп в мире. Самый большой в мире радиотелескоп «FAST»

Чуть больше года назад в Китае начал свою работу самый большой в мире радиотелескоп FAST - сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой. Его строили с целью изучения истоков и эволюции нашей вселенной. Кроме того, ожидается, что телескоп сможет изучать формирование и движение галактик, гравитационные волны и темную материю, а также молекулы межзвездного пространства.

Первое открытие

Несмотря на огромное количество противоречивой информации, включая то, что тысячи людей потеряли свою землю из-за строительства телескопа и то, что в Китае не хватает специалистов для успешного его запуска, FAST проработал целый год. Совсем недавно руководители лаборатории опубликовали его первые находки. Ими стали пульсары - нейтронные звезды, которые вращаются вокруг своей (немного наклоненной) оси с огромной скоростью.

Значение телескопа для науки

Согласно китайской газете China Daily, телескопу удалось обнаружить несколько десятков ранее неизвестных пульсаров. Существование и местонахождение некоторых из них подтвердила радиообсерватория в Австралии.

По словам директора радиотелескопа FAST, подобные результаты являются яркой демонстрацией удачной работы обсерватории и специалистов. Подобные открытия говорят о том, что FAST окажется крайне полезен глобальному научному сообществу, поскольку он достаточно мощен для восприятия сигналов пульсаров далеко за пределами нашей галактики.

Кроме того, чувствительность радиотелескопа гарантирует, что он окажется важным инструментом в изучении эволюции вселенной и ее таинственного состава (темная материя и темная энергия).

Чувствительность телескопа к радиоволнам, испускаемым пульсарами, также демонстрирует вероятность того, что FAST окажется востребованным в дальнейшем изучении гравитационных волн.

Ожидание будущих открытий

Ожидается, что китайский радиотелескоп FAST сможет удвоить количество известных нам пульсаров в галактике Млечный путь. На сегодня в пределах нашей галактике нам известны 2700 пульсаров, первый из которых был обнаружен в 1967 году.

Кроме поиска радиоволн, издаваемых пульсарами при их вращении, телескоп занимается поисками сигналов инопланетных форм жизни. Специалисты не возлагают огромных надежд на обнаружение внеземной цивилизации, вместо этого они стремятся найти как можно больше возможностей и областей, в которых FAST смог бы пригодиться современной астрофизике.

К примеру, совсем скоро радиотелескоп начнет поиск и изучение сложных межзвездных молекул, а также нейтрального водорода, находящегося на просторах вселенной.

Телескоп FAST

В Китае введен в строй 500-метровый радиотелескоп FAST - крупнейший в мире телескоп с заполненной апертурой. По своему диаметру он уступает лишь РАТАН-600, расположенному в Карачаево-Черкесии, который, однако, не обладает заполненной апертурой. Ближайшим аналогом FAST является 300-метровый радиотелескоп обсерватории Аресибо. Об этом сообщает агентство «Синьхуа».

Размеры телескопа определяют его рабочие характеристики - чувствительность, разрешение и так далее. Чем больше радиотелескоп, тем меньшие по размеру или более удаленные объекты он может различить. С точки зрения разрешения, абсолютным рекордсменом является «РадиоАстрон». Это система для наблюдения за космическими объектами с помощью интерферометрии со сверхдлинными базами, состоящая из космического радиотелескопа «Спектр-Р» и различных наземных радиотелескопов. Вместе они образуют прибор, эквивалентный радиотелескопу с диаметром порядка ста тысяч километров.

Однако подобные системы обладают невысокой чувствительностью из-за малой эффективной площади. Общая чувствительность определяется как среднее геометрическое из чувствительности 10-метрового «Спектра-Р» и наземного радиотелескопа, работающего с ним в паре. Поэтому для таких наблюдений необходимы наземные приборы высокой чувствительности. Кроме того, новые радиотелескопы расширяют инструментарий, доступный астрономам со всего мира.

Новый радиотелескоп располагается в провинции Гуйчжоу и обладает площадью порядка 30 футбольных полей. Несмотря на 500-метровый диаметр, при наблюдениях будут использоваться фрагменты отражателя диаметром около 300 метров - это эффективный диаметр телескопа. По этому показателю FAST лишь ненамного лучше обсерватории Аресибо (221 метров). 500-метровый отражатель позволит телескопу иметь гораздо большее поле зрения.

После ввода в строй на телескопе уже были проведены первые пробные наблюдения. По словам Цянь Леи, исследователя из Национальной астрономической лаборатории (Китай), телескоп успешно зафиксировал сигнал от одного из пульсаров, расположенного в 1351 световом году от Земли.

В задачи FAST войдет слежение за пульсарами, исследование межзвездного газа, поиск сложных молекул и анализ объектов эпохи реионизации. Ученые ожидают, что радиотелескоп удвоит количество пульсаров, известных науке. Это может помочь в поисках сигналов гравитационных волн в «сбоях» излучения пульсаров (такими наблюдениями , например, консорциум NANOGrav). Представители проекта «РадиоАстрон» ранее , что FAST сможет работать в паре с «Спектром-Р». Первые два-три года после ввода в эксплуатацию радиотелескоп будет настраиваться, после чего станет доступен международному сообществу.

Интересно, что для постройки телескопа властям Китая пришлось переселить около 9000 местных жителей за пределы пятикилометровой зоны вокруг телескопа. Строительство было в июле 2016 года. Рядом с телескопом находится обзорная площадка, на которую будет организован доступ туристических групп - до двух тысяч человек в день. Стоимость билета на нее составит около 3,5 тысячи рублей в пересчете на российские деньги.

Владимир Королёв

Китайский телескоп в полкилометра July 27th, 2015

Да, мы уже с вами подробно рассматривали . Диаметр тарелки составляет 304,8 метров. Но китайцы были бы не китайцами, если бы не попытались построить что то больше … намного больше!

На юге Китая, в провинции Гуйчжоу началось строительство нового чуда инженерной мысли - «Сферического радиотелескопа имеющего 500-метровую апертуру».

Фото 2.

Подобно окрестностям «Аресибо», китайская провинция Гуйчжоу имеет множество карстовых впадин, образованных водой, которая на протяжении долгих лет разъедала известняк. После изучения данных спутниковой и аэрофотосъемки, Жэньдун Нань вместе со своими коллегами из Национальной астрономической обсерватории КНР смогли найти воронку диаметром около 800 метров, которая окружена горами и расположена достаточно далеко от радиочастотных помех.

Впрочем, местность оказалась не совсем безлюдной. На самом дне этой впадины была деревня, которую составляла большая семья из примерно 80 человек. Ежедневно людям приходилось подыматься на поверхность: взрослые пасли скот, а дети спешили в школу. Как заявил астроном Ди Ли, людям фактически каждый день приходилось взбираться на гору, а потом спускаться обратно. Естественно, все жители этой деревни были переселены в ближайший город.

Фото 3.

Строительство должно быть завершено в сентябре 2016 года. Для этого необходимо извлечь несколько миллионов кубических метров грунта, дабы придать воронке сферическую форму.

Фото 4.

Несмотря на то, что проектировщиков вдохновлял пример «Аресибо», технологии не стоят на месте, и FAST будет иметь ряд принципиальных отличий. Например, антенна «Аресибо» выполнена с фиксированной сферической кривизной, поэтому входящие радиоволны фокусируются над «тарелкой» в линию, а висячие вторичные и третичные зеркала направляют радиоволны в точку, где их уже можно обработать с помощью приборов. Это приводит к тому, что одновременно можно использовать только 211 метр 305-метровой антенны.

Фото 5.

500-метровая «тарелка» FAST, состоящая из 4 400 алюминиевых панелей треугольной формы будет самостоятельно фокусировать сигнал, без навесных зеркал. Для этого некоторые панели делают подвижными, чтобы они могли формировать параболическое зеркало диаметром 300 в любом месте 500-метровой поверхности антенны. Это позволит изучать более широкую часть неба. Благодаря этому, FAST одновременно может исследовать 19 областей неба, в то время как «Аресибо» одновременно может охватить только 7 участков неба.

Фото 6.

«Радиотелескоп походит на высокочувствительное ухо, вслушивающееся в белый шум космического фона и выискивающее во всем этом значащие радиосигналы» — рассказывает Нэн Рендонг (Nan Rendong), руководитель исследовательских работ проекта FAST, который реализуется под руководством Национальной астрономической обсерватории (National Astronomical Observatory) китайской Академии наук (Chinese Academy of Sciences), — «Этот процесс походит на попытки услышать звуки стрекотания цикад на фоне бушующей грозы. Но большие габариты антенны и высококачественное электронное оборудование позволят нам принимать даже самые слабые сигналы, давая возможность астрономам и ученым SETI копать дальше и глубже в историю нашей Вселенной».

«Имея радиотелескоп со столь высокой чувствительностью, мы сможем принимать очень слабые сигналы от источников, находящихся очень далеко в глубинах космического пространства» — рассказывает Ву Ксиэнгпинг (Wu Xiangping), генеральный директор китайского Астрономического общества (Chinese Astronomical Society), — «Все это позволит нам произвести попытки поисков интеллектуальной жизни далеко за пределами нашей галактики и исследовать тайны происхождения Вселенной».

Фото 7.

Вид с воздуха на телескоп FAST в удалённой местности уезда Пинтан Цяньнань-Буи-Мяоского автономного округа провинции Гуйчжоу на юго-западе Китая. Фото: Liu Xu / Xinhua

25 сентября 2016 года крупнейший в мире радиотелескоп Сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope, FAST) направил рефлектор в сторону космоса и принял сигнал от далёких галактик . Сегодня состоялась торжественная церемония открытия FAST. До этого в тестовом режиме его запускали несколько раз. В один из тестовых запусков он уловил сигнал от пульсара на расстоянии 1351 световой год от Земли.

По мнению экспертов , этот гигантский научный инструмент демонстрирует амбиции Китая в исследованиях космоса и стремление добиться международного признания передовой китайской науки. Строительство телескопа с неофициальным названием 天眼, то есть Небесный глаз, заняло пять лет и обошлось в $180 млн.

Радиотелескоп FAST диаметром 500 метров превосходит по размеру 305-метровую обсерваторию радиотелескоп Аресибо в Пуэрто-Рико, которая считалась крупнейшей в мире в течение последних 53-х лет. Здесь нужно заметить, что российский радиотелескоп РАТАН-600 имеет диаметр 576 метров, но его апертура не заполнена. Таким образом, именно Аресибо и FAST являются крупнейшими в мире радиотелескопами с заполненной апертурой.

Радиотелескоп в Аресибо

По информации китайских СМИ, у FAST вдвое большая чувствительность, чем у обсерватории в Аресибо, а также в 5-10 раз более высокая скорость исследования звёздного неба.

Сравнение тарелок Аресибо и FAST

Конструкция радиотелескопа FAST состоит из одного рефлектора, в котором соединены между собой 4450 треугольных отражающих панелей со стороной 11 метров, в форме геодезического купола.

Положение каждой панели можно регулировать с высокой точностью - для этого предназначена сетка из стальных канатов с гидравлическими приводами. Таким образом, радиотелескоп фокусируется на определённое направление. FAST может сфокусироваться на любом участке в пределах ±40° от зенита. При этом задействуется участок рефлектора диаметром только 300 метров из общей 500-метровой тарелки. То есть, получается, в названии телескопа FAST две фактические ошибки: ведь апертура телескопа составляет менее 500 метров, а телескоп не сферический.

Сооружение телескопа заняло пять лет. Инженерам и строителям пришлось годами жить в одном из горных ущелий вдали от цивилизации, где в первое время даже не было электричества. Именно это заброшенное место выбрали из 400 вариантов: природная долина в горах на высоте примерно 1000 м над уровнем моря идеально подходила по размеру и являлась естественной защитой от радиочастотных помех (фото чаши телескопа со спутника). Ради научного проекта власти распорядились переселить 65 жителей деревни в этой долине и отселили 9110 жителей из восьми деревень в окрестностях. В августе текущего года сообщалось, что отселённых жителей поселят в новые дома или выплатят большие компенсации из фонда помощи бедным, выдадут банковские кредиты.

Радиотелескоп FAST в сентябре 2015 года, за год до запуска

В радиусе пяти километров вокруг FAST не будет ни одного источника помех вроде . По условиям строительства, в радиусе 5 км должно соблюдаться полное радиомолчание.

Несмотря на необходимость полного радиомолчания, власти решили построить туристические объекты в окрестностях радиотелескопа, в том числе смотровую площадку на соседней горе. Китайские и иностранные туристы могут приехать и своими глазами увидеть это чудо. В таком решении есть резон: например, в Аресибо ежегодно приезжает около 90 000 туристов и 200 учёных.

Радиотелескоп FAST в сентябре 2016 года

На торжественную церемонию запуска FAST в провинцию Пинтан съехались сотни учёных и энтузиастов астрономии со всей страны. Президент Китая

Тарелка радиотелескопа FAST

FAST (кит. 五百米口径球面射电望远镜 , англ. Five hundred meter Aperture Spherical Telescope - «Сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой») - на юге Китая в провинции Гуйчжоу. На строительство радиотелескопа было затрачено более 185 миллионов долларов.

После окончания строительства в 2016 году и сдачи в эксплуатацию FAST стал самым большим в мире радиотелескопом с заполненной апертурой, его диаметр - 500 метров . Существует радиотелескоп с незаполненной апертурой большего диаметра - российский 576-метровый радиотелескоп РАТАН-600.

Радиотелескоп позволит учёным изучать формирование и эволюцию , исследовать объекты эпохи реионизации и решать другие научные задачи.

История создания

• Июль 1994 года - начало разработки концепта радиотелескопа.
• Октябрь 2008 года - начало проектирования радиотелескопа.
• В 2011 году начато строительство телескопа.
• С марта 2011 года учёные, инженеры и строители временно поселились в одном из отдалённых горных ущелий уезда Пинтан Цяньнань-Буи-Мяоского автономного округа провинции Гуйчжоу, (Юго-Западный Китай).
• Июль 2015 года - начат монтаж отражающих элементов. По конструкции он схож с и также располагается в естественном углублении.
• 3 июля 2016 года специалисты установили последний из 4450 треугольных отражателей, из которых состоит радиотелескоп. Это ознаменовало завершение основного сооружения гигантского астрономического прибора.
• Непосредственные наблюдения при помощи телескопа должны начаться в конце сентября 2016 года, после настройки сетей и вспомогательного оборудования. На расстоянии 10 км от телескопа вводится запрет строительства и режим радиомолчания, переселены около 8-9 тысяч человек, проживавших на расстоянии менее 5 км от .
• 25 сентября 2016 года - начало работы радиотелескопа FAST. Как ожидается, китайские астрономы получат приоритет для работы на FAST в первые два-три года его существования, затем объект будет открыт для учёных по всему миру.

Характеристики

Одна из шести опорных мачт

Телескоп FAST использует фиксированный основной рефлектор, размещённый в естественном карстовом углублении, который отражает радиоволны на приёмник, подвешенный на высоте 140 метров над ним. Рефлектор изготовлен из перфорированных алюминиевых панелей, поддерживаемых сеткой из стальных тросов, свисающих с обода.

Поверхность рефлектора FAST образована из 4450 треугольных панелей, каждая размером 11 метров , размещённых в форме геодезического купола. Актуаторы, размещённые под ними, позволяют сформировать активную оптическую поверхность.

Над рефлектором на тросах установлена легкая кабина, перемещаемая кабельными роботами, расположенными на шести опорных мачтах. Приёмные антенны установлены под ней на платформе Гью - Стюарта, которая позволяет более точно их позиционировать и компенсировать различные возмущающие воздействия, например от ветра. Точность позиционирования антенн запланирована на уровне 8 угловых секунд.

FAST может фокусироваться на направлениях, составляющих угол до ±40° от зенита. Из-за виньетирования эффективная апертура сохраняется лишь при углах не более ±30°.

Несмотря на общий диаметр отражателя в 500 метров , эффективный диаметр отражателя, используемый в каждый момент времени при наблюдениях, составляет лишь 300 метров . В этом диаметре при помощи актуаторов поддерживается параболическая форма. Несмотря на отсутствие единого 500-метрового отражателя и его асферичность, проект сохранил оригинальное название «Радиотелескоп с пятисотметровой сферической апертурой».

Частоты работы - от 70 МГц до 3 ГГц , обеспечиваемые 9 приёмниками. Полоса 1,23 -1,53 ГГц вблизи линии нейтрального водорода (21 см ) обеспечивается 19-лучевым приёмником, созданным CSIRO в рамках коллаборации ACAMAR между Австралийской и Китайской академиями наук.

Сравнение с Аресибо

Отражатели Аресибо (сверху) и FAST (снизу) в одном масштабе

Телескоп FAST по своей конструкции похож на радио-обсерваторию Аресибо, расположенную в Пуэрто-Рико. Оба телескопа расположены в естественных углублениях, составлены из перфорированных алюминиевых панелей и используют движущийся над ними комплект приёмного оборудования. Кроме размера (отражатель Аресибо имеет диаметр 1000 футов - 305 м ) между ними есть ряд различий.

Отражатель Аресибо имеет фиксированную сферическую форму. Несмотря на то, что панели также подвешены на стальных кабелях, их натяжение изменяется вручную для точной настройки формы. Форма отражателя зафиксирована, и над ним подвешено два дополнительных рефлектора для коррекции сферических аббераций.

Приёмная платформа Аресибо находится в фиксированном положении над отражателем. Для удержания тяжёлых дополнительных отражателей основная система кабельных подвесов выполнена статической. Имеется лишь небольшой участок, позволяющий компенсировать температурное расширение. Антенны закреплены на вращающейся площадке под приёмной платформой. Уменьшенный диапазон передвижения приёмников позволяет наблюдать за объектами, располагающимися не далее 19,7° от зенита.

Отражатель FAST значительно более глубокий, чем у Аресибо, что также способствует большему полю обзора. При диаметре на 64% больше у отражателя FAST 300-метровый радиус кривизны, тогда как у Аресибо - 870 футов (265 метров), и в FAST формируется дуга в 113°-120° градусов, по сравнению с 70° для Аресибо. Хотя Аресибо способен использовать полную 305-метровую апертуру при наблюдении объектов в зените, чаще используются наблюдения под наклоном с эффективной апертурой в 725 футов (221 метр).

Платформа с оборудованием на телескопе Аресибо больше и на ней установлено несколько передатчиков, что делает его одним из двух крупных радиотелескопов, которые можно использовать в радиолокационной астрономии. Система NASA «Planetary Radar System» позволяет Аресибо изучать ионосферу, внутренние планеты и выполнять точные измерения орбит околоземных астероидов. Платформа на телескопе FAST значительно меньше и не содержит передающего оборудования.

Обсерватория Аресибо находится ближе к экватору, благодаря чему при вращении большая часть неба попадает в поле обзора. Аресибо расположен на широте 18,35° N, а FAST - примерно на 7,5° севернее, на 25,80° N.