Телескоп FAST: в поисках внеземных цивилизаций. Что ждать ученым от крупнейшего в мире китайского радиотелескопа Значение для науки и общественности

22.01.2024Рубрика: Кладка

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

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.

Не так давно в Китае завершили строительство самого большого в мире радиотелескопа FAST (Five hundred meter Aperture Spherical Telescope). Диаметр его рефлектора - полкилометра!

Телескоп FAST строили с 2011 года. Для его сооружения из горных районов вокруг строительной площадки пришлось переселить около 9 000 человек. На этапе строительства:

Китайский радиотелескоп состоит из 4 450 панелей, его чаша располагается в естественной впадине в горах провинции Гуйчжоу. Момент сборки “чаши-зеркала”:

Телескоп FAST будет наблюдать за объектами, расположенными на расстоянии до 11 млрд световых лет от Земли. В Национальном космическом агентстве Китая планируют, что радиотелескоп также сможет обнаружить сигналы внеземных цивилизаций.

Кстати, ранее самое большое зеркало с диаметром около 305 метров было установлено на радиотелескопе в обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико. Напомним, что у телескопа FAST диаметр зеркала - 500 метров. Стоимость - 180 миллионов долларов.

Постройка этого телескопа - часть космической программы Китая. В ближайших планах Поднебесной - постройка собственной космической станции и создание космического телескопа, который будет мощнее американского телескопа «Хаббл» в 300 раз.

В Карачаево-Черкесии расположен радиотелескоп РАТАН, принадлежащий Астрофизической обсерватории РАН. Диаметр зеркала - 600 метров. Его также называют крупнейшим в мире. РАТАН использует параболический рефлектор, новый телескоп FAST в Китае и телескоп в Аресибо - сферические.

Телескоп FAST в Китае:

Радиотелескоп РАТАН-600:

Работы по созданию самого большого в мире телескопа шли 5 лет, а перед его постройкой, специалисты почти 10 лет занимались предварительными расчетами и исследованиями.

Работа шла интенсивно, тысячи ученых и инженеров были вынуждены жить в ущелье провинции Гуйчжоу с 2011 года и непрерывно трудиться. Одно радует - тут красиво.

На март 2016 года, самым далеким от Земли объектом считается галактика GN-z11, она находится на расстоянии 13,4 млрд световых лет. Галактику обнаружили с помощью данных орбитального .

Телескоп FAST в Китае:

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.