در دل کوه‌های جنوب غربی چین، سازه‌ای عظیم و شگفت‌انگیز قرار دارد که دانش نجوم را وارد مرحله‌ای نوین کرده است. تلسکوپ رادیویی FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope) بزرگ‌ترین و حساس‌ترین تلسکوپ رادیویی جهان به شمار می‌رود. این شاهکار علمی با قطر 500 متری خود، توانایی شنود ضعیف‌ترین امواج رادیویی کیهانی را دارد.
تلسکوپ رادیویی کروی با دیافراگم پانصد متری، که به نام “چشم آسمان” (Tianyan) نیز شناخته می‌شود، بزرگ‌ترین تلسکوپ رادیویی تک‌دیش جهان است که در گودال طبیعی داوودانگ در شهرستان پینگ‌تانگ، استان گوئیژو، جنوب غربی چین واقع شده است. این تلسکوپ با قطر 500 متر و طراحی نوآورانه، از جمله سطح فعال متشکل از 4500 پنل فلزی، امکان رصد امواج رادیویی با دقت بی‌سابقه را فراهم می‌کند. تلسکوپ رادیویی FAST از زمان دریافت اولین نور در سپتامبر 2016، به ابزاری کلیدی برای مطالعه کهکشان‌ها، پالسارها و جست‌وجوی حیات فرازمینی تبدیل شده است.
جزئیات و مشخصات فنی
- قطر دهانه: 500
- سطح منعکس‌کننده: متشکل از بیش از 4300 پنل مثلثی متحرک
- سیستم تنظیم خودکار: آینه‌ها با دقت بالا تغییر موقعیت می‌دهند تا فوکوس بهینه ایجاد شود
- محدوده فرکانسی: 70 مگاهرتز تا 3 گیگاهرتز
- قابلیت تنظیم نقطه کانونی با جرثقیل معلق در ارتفاع بالا
تلسکوپ FAST دارای دیشی به قطر 500 متر است که در گودالی کارستی در گوئیژو ساخته شده و دومین تلسکوپ تک‌دیش بزرگ جهان پس از RATAN-600 روسیه (با دیافراگم پراکنده) محسوب می‌شود. سطح بازتابنده آن از 4300 پنل آلومینیومی مثلثی (با اضلاع حدود 11 متر) و 150 پنل مربعی در لبه‌ها تشکیل شده است. این پنل‌ها توسط 2225 محرک (actuator) کنترل می‌شوند تا در زمان واقعی به شکل سهمی (پارابولوئید) تبدیل شوند و انحراف کروی را اصلاح کنند.
کابین گیرنده، که شامل آنتن تغذیه است، با کابل‌های متصل به شش برج 100 متری معلق بوده و توسط وینچ‌ها و یک ربات موازی برای تنظیم دقیق (با دقت میلی‌متری) حرکت می‌کند. FAST در طول موج‌های 10 سانتی‌متر تا 4.3 متر (70 مگاهرتز تا 3 گیگاهرتز) رصد می‌کند. گیرنده 19 پرتو (1.05 تا 1.45 گیگاهرتز) برای بررسی‌های آسمانی استفاده می‌شود. منطقه آرام رادیویی 30 کیلومتری اطراف تلسکوپ، تداخل الکترومغناطیسی را به حداقل می‌رساند.
چرا تلسکوپ FAST در چین ساخته شد؟
ساخت تلسکوپ رادیویی FAST در چین به دلایل علمی، جغرافیایی و استراتژیک انجام شد. گودال‌های کارستی در گوئیژو، مانند داوودانگ، به دلیل شکل نزدیک به کروی و عمق مناسب (تا زاویه زنیت 40 درجه)، مکان ایده‌آلی برای میزبانی دیش 500 متری فراهم کردند. این منطقه کم‌جمعیت بود و جابجایی 9110 نفر از ساکنان اطراف برای ایجاد منطقه آرام رادیویی امکان‌پذیر شد. از نظر علمی، چین به دنبال تقویت جایگاه خود در نجوم رادیویی و رقابت با تلسکوپ‌هایی مانند آرسیبو بود. FAST بخشی از تلاش چین برای مشارکت در آرایه کیلومتر مربعی (SKA) و پیشبرد تحقیقات در زمینه هیدروژن خنثی، پالسارها و SETI (جست‌وجوی هوش فرازمینی) است. بودجه 700 میلیون یوان (حدود 160 میلیون یورو) توسط کمیسیون ملی توسعه و اصلاحات چین تأمین شد، که نشان‌دهنده تعهد این کشور به پروژه‌های بزرگ علمی است. نان رندونگ، دانشمند ارشد پروژه، نقش کلیدی در پیشبرد این ابتکار داشت.
سهم FAST در پروژه‌های بین‌المللی نجومی
FAST به‌عنوان بخشی از تلاش‌های جهانی برای اکتشافات نجومی، مشارکت قابل‌توجهی در پروژه‌های بین‌المللی دارد. این تلسکوپ در اکتبر 2016 به پروژه Breakthrough Listen SETI پیوست و در فوریه 2020 اولین رصدهای SETI را انجام داد، که به دنبال سیگنال‌های فرازمینی بود. در ژوئن 2022، گزارش‌هایی از سیگنال‌های احتمالی منتشر شد، هرچند نیاز به بررسی بیشتر برای رد تداخل طبیعی تأکید شد. FAST همچنین در شبکه‌های تداخل‌سنجی پایه بسیار بلند (VLBI) در فرکانس‌های پایین مشارکت دارد و داده‌های آن با تلسکوپ‌هایی مانند Parkes در استرالیا هم‌افزایی دارد.
گیرنده 19 پرتو آن، که با همکاری سازمان تحقیقات علمی و صنعتی مشترک‌المنافع (CSIRO) استرالیا ساخته شد، کارایی بررسی‌های آسمانی را افزایش داد. از آوریل 2021، FAST برای پیشنهادات تحقیقاتی بین‌المللی باز شد و از آگوست 2021 به جامعه علمی جهانی خدمات ارائه می‌دهد. برنامه‌ریزی برای آرایه‌ای با 24 دیش 40 متری در شعاع 10 کیلومتری، وضوح تلسکوپ را تا 30 برابر افزایش خواهد داد.
سیستم‌های کنترل و تنظیم سطح آینه FAST
سطح فعال FAST، که از 4500 پنل تشکیل شده، توسط 2225 محرک هیدرولیکی کنترل می‌شود تا به‌صورت پویا به شکل پارابولوئید تبدیل شود و انحراف کروی را اصلاح کند. هر محرک می‌تواند پنل‌ها را تا 67 سانتی‌متر جابه‌جا کند و موقعیت آن‌ها توسط 9 دوربین اندازه‌گیری با دقت میلی‌متری تنظیم می‌شود. کابین گیرنده، با وزن تنها 30 تن (در مقایسه با 10000 تن در طراحی آرسیبو)، توسط کابل‌های متصل به شش برج و یک ربات موازی (Stewart Platform) هدایت می‌شود. این ربات با شش لیزر موقعیت کابین را در محدوده فرکانس 1.05 تا 1.45 گیگاهرتز تثبیت می‌کند. سیستم کنترل شامل نرم‌افزارهای یکپارچه برای هماهنگی محرک‌ها، کابل‌ها و ربات است. این سیستم با استفاده از سروومکانیسم‌ها، دقت ردیابی مسیرهای نجومی را تضمین می‌کند و امکان رصد در زاویه زنیت تا 40 درجه را فراهم می‌سازد.
نرم‌افزارهای پردازش داده در تلسکوپ FAST
تلسکوپ FAST حجم عظیمی از داده‌های رادیویی تولید می‌کند که نیاز به نرم‌افزارهای پیشرفته برای پردازش دارد. سیستم آرشیو نسل بعدی (NGAS)، توسعه‌یافته توسط مرکز بین‌المللی تحقیقات نجوم رادیویی (ICRAR) در پرت، استرالیا و رصدخانه جنوبی اروپا (ESO)، برای ذخیره و مدیریت این داده‌ها استفاده می‌شود. این سیستم امکان دسترسی سریع به داده‌های خام و پردازش‌شده را فراهم می‌کند.
برای بررسی‌های پالساری، نرم‌افزارهایی مانند PRESTO و SIGPROC برای شناسایی پالسارها و حذف تداخل رادیویی (RFI) به کار می‌روند. نرم‌افزارهای سفارشی مانند خط لوله کاهش داده بررسی فراکهکشانی FAST (Extragalactic Survey Data Reduction Pipeline) برای تحلیل داده‌های هیدروژن خنثی توسعه یافته‌اند. شبکه‌های عصبی معکوس شرطی (Conditional Invertible Neural Networks) نیز برای بازسازی نقشه‌های رصدی استفاده می‌شوند. این ابزارها، همراه با خوشه‌های محاسباتی پرقدرت، FAST را قادر به کشف 224 پالسار تا سپتامبر 2020 کرده‌اند.
مقایسه FAST با تلسکوپ آرسیبو
FAST از نظر طراحی و عملکرد با تلسکوپ آرسیبو قابل مقایسه است، اما تفاوت‌های کلیدی دارد. قطر FAST (500 متر) 64 درصد بزرگ‌تر از آرسیبو (305 متر) است، اما شعاع انحنای آن (300 متر) تنها کمی بزرگ‌تر از آرسیبو (270 متر) است، که منجر به قوس 113 درجه (در مقابل 70 درجه آرسیبو) می‌شود. سطح فعال FAST، برخلاف سطح ثابت آرسیبو، به‌صورت پویا به پارابولوئید تبدیل می‌شود و نیاز به بازتابنده‌های ثانویه گرگوری را حذف می‌کند. کابین گیرنده FAST متحرک است، در حالی که پلتفرم آرسیبو ثابت بود. آرسیبو قابلیت رادار نجومی داشت، اما FAST صرفاً گیرنده است. حساسیت FAST در باندهای 70 مگاهرتز تا 3 گیگاهرتز بالاتر از آرسیبو است، که آن را برای بررسی‌های عمیق آسمانی مناسب‌تر می‌کند.
دستاوردهای علمی
تا سال 2020، تلسکوپ رادیویی FAST بیش از 224 پالسار جدید کشف کرد، از جمله پالسار J1859-01 با دوره تناوب 1.83 ثانیه، که در فاصله 16000 سال نوری قرار دارد. این تلسکوپ در بررسی هیدروژن خنثی کهکشان‌ها، شناسایی مولکول‌های میان‌ستاره‌ای و رصد انفجارهای رادیویی سریع (FRB) نقش مهمی داشته است. در سال 2019، داده‌های FAST برای مطالعه ساختار کهکشان راه شیری و ابر مولکولی کالیفرنیا استفاده شد. مشارکت در پروژه SETI نیز امکان شناسایی سیگنال‌های احتمالی فرازمینی را فراهم کرده است، اگرچه این سیگنال‌ها نیاز به تأیید دارند. مقالات علمی منتشرشده (بیش از 40 مقاله تا 2020) نشان‌دهنده تأثیر FAST بر نجوم جهانی است.
به گزارش ابرار صنعتی، ساخت FAST نیازمند جابجایی 9110 نفر از ساکنان منطقه بود، که انتقاداتی را در مورد تأثیرات اجتماعی به دنبال داشت. منطقه آرام رادیویی 30 کیلومتری، استفاده از تلفن همراه و دستگاه‌های رادیویی را ممنوع کرده، که چالش‌هایی برای گردشگری ایجاد کرده است. پیش‌بینی 10 میلیون گردشگر در سال 2017 نگرانی‌هایی در مورد تداخل رادیویی (RFI) ایجاد کرد، که منجر به تصمیم‌گیری‌های دشوار بین اهداف علمی و منافع اقتصادی شد. از نظر زیست‌محیطی، حفاری حدود یک میلیون متر مکعب خاک برای آماده‌سازی سایت، تأثیراتی بر اکوسیستم کارستی منطقه داشت. با این حال، ناسا گزارش داده که شکل طبیعی گودال نیاز به تغییرات گسترده را کاهش داد.
منبع: ابرار صنعتی
