Fünfhundert-Meter-Apertur-Sphärisches Teleskop

Das Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope ( SCHNELL ; Chinesisch :五百米口径球面射电望远镜), Spitzname Tianyan (天眼, wörtlich „Auge des Himmels/Himmels“), ist ein Radioteleskop in der Dawodang-Senke (大窝凼洼地), einem natürliches Becken im Kreis Pingtang , Guizhou, Südwestchina. ^{[ 1 ]} FAST verfügt über eine Antenne mit einem Durchmesser von 500 m (1.640 ft), die in einer natürlichen Senke in der Landschaft errichtet wurde. Es ist das weltweit größte Einschalen-Teleskop. ^{[ 2 ]}

Es verfügt über ein neuartiges Design mit einer aktiven Oberfläche aus 4.500 Metallpaneelen, die in Echtzeit eine sich bewegende Parabelform bilden. ^{[ 3 ]} Die Kabine mit der Speiseantenne , die an Seilen über dem Parabolspiegel hängt, kann mithilfe von Winden automatisch bewegt werden, um Signale aus verschiedenen Richtungen zu empfangen. Sie beobachtet Wellenlängen von 10 cm bis 4,3 m. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Der Bau von FAST begann im Jahr 2011. Die erste Inbetriebnahme erfolgte im September 2016. ^{[ 6 ]} Nach drei Jahren Test- und Inbetriebnahmephase ^{[ 7 ]} wurde die Anlage am 11. Januar 2020 für voll betriebsbereit erklärt. ^{[ 8 ]}

Das Teleskop machte im August 2017 seine erste Entdeckung: zwei neue Pulsare . ^{[ 9 ]} Die neuen Pulsare PSR J1859-01 und PSR J1931-02 – auch als FAST-Pulsar Nr. 1 und Nr. 2 (FP1 und FP2) bezeichnet – wurden am 22. bzw. 25. August 2017 entdeckt; sie sind 16.000 bzw. 4.100 Lichtjahre entfernt. Das Parkes-Observatorium in Australien bestätigte die Entdeckungen unabhängig am 10. September 2017. Bis September 2018 hatte FAST 44 neue Pulsare entdeckt ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} und bis 2021 sollen es 500 sein. ^{[ 13 ]}

Das Teleskop wurde erstmals 1994 vorgeschlagen. Das Projekt wurde im Juli 2007 von der Nationalen Entwicklungs- und Reformkommission (NDRC) genehmigt. ^{[ 14 ]} Ein Dorf mit 65 Einwohnern wurde aus dem Tal umgesiedelt, um Platz für das Teleskop zu schaffen ^{[ 15 ]} , und weitere 9.110 Menschen, die in einem Umkreis von 5 km um das Teleskop lebten, wurden umgesiedelt, um eine funkstille Zone einzurichten . ^{[ 15 ]} Die chinesische Regierung gab rund 269 Millionen US-Dollar aus Armutshilfegeldern und Bankkrediten für die Umsiedlung der Anwohner aus, während der Bau des Teleskops selbst 180 Millionen US-Dollar kostete. ^{[ 16 ]}

Am 26. Dezember 2008 fand auf der Baustelle die Grundsteinlegung statt. ^{[ 17 ]} Die Bauarbeiten begannen im März 2011, ^{[ 18 ] [ 19 ]} und das letzte Paneel wurde am Morgen des 3. Juli 2016 montiert. ^{[ 15 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

Ursprünglich mit 700 Millionen CN¥ veranschlagt ^{[ 22 ] : 49 [ 18 ],} beliefen sich die endgültigen Kosten auf 1,2 Milliarden CN¥ ( 180 Millionen US-Dollar ). ^{[ 15 ] [ 23 ]} Zu den größten Schwierigkeiten zählten die abgelegene Lage des Standorts und die schlechte Straßenanbindung sowie die Notwendigkeit, eine Abschirmung zur Unterdrückung von Hochfrequenzstörungen (RFI) durch die Aktuatoren des Primärspiegels anzubringen. ^{[ 3 ]} Die Aktuatoren wurden überarbeitet, um die Anforderungen an die Abschirmwirkung zu erfüllen, und ihre Installation wurde 2015 abgeschlossen. Seitdem wurden keine Störungen durch die Aktuatoren mehr festgestellt. ^{[ 24 ]}

Testing and commissioning began with first light on 25 September 2016.^[25] The first observations were done without the active primary reflector, which was configured in a fixed shape to use the Earth's rotation to scan the sky.^[3] Subsequent early science took place mainly in lower frequencies^[26] while the active surface is brought to its design accuracy;^[27] longer wavelengths are less sensitive to errors in reflector shape. It took three years to calibrate the various instruments so it can become fully operational.^[25]

Local government efforts to develop a tourist industry around the telescope are causing some concern among astronomers worried about nearby mobile telephones acting as sources of RFI.^[28] A projected 10 million tourists in 2017 will force officials to decide on the scientific mission versus the economic benefits of tourism.^[29]

The primary driving force behind the project^[3] was Nan Rendong, a researcher with the Chinese National Astronomical Observatory, part of the Chinese Academy of Sciences. He held the positions of chief scientist^[21] and chief engineer^[3] of the project. He died on 15 September 2017 in Boston due to lung cancer.^[30]

On 14 June 2022, astronomers, working with China's FAST telescope, reported the possibility of having detected artificial (presumably alien) signals, but cautioned that further studies are required to determine if some kind of natural radio interference may be the source.^[31][32] More recently, on 18 June 2022, Dan Werthimer, chief scientist for several SETI-related projects, noted, "These signals are from radio interference; they are due to radio pollution from earthlings, not from E.T."^[33]

FAST has a reflecting surface 500 metres (1,600 ft) in diameter located in a natural sinkhole in the karst rock landscape, focusing radio waves on a receiving antenna in a "feed cabin" suspended 140 m (460 ft) above it. The reflector is made of perforated aluminium panels supported by a mesh of steel cables hanging from the rim.

Die Oberfläche von FAST besteht aus 4.450 ^{[ 15 ]} dreieckigen Paneelen mit einer Seitenlänge von 11 m ^{[ 34 ]} in Form einer geodätischen Kuppel . 2.225 Winden an der Unterseite ^{[ 3 ]} machen die Oberfläche aktiv , indem sie an den Verbindungsstellen zwischen den Paneelen ziehen und so die flexible Stahlseilkonstruktion zu einer parabolischen Antenne verformen , die auf die gewünschte Himmelsrichtung ausgerichtet ist. ^{[ 35 ]}

Über dem Reflektor befindet sich eine leichte Speisekabine, die von einem Seilroboter mithilfe von Windenservomechanismen an sechs Stütztürmen bewegt wird. ^{[ 19 ] : 13} Die Empfangsantennen sind darunter auf einer Stewart-Plattform montiert , die eine präzise Positionssteuerung ermöglicht und Störungen wie Windbewegungen kompensiert. ^{[ 19 ] : 13} Dadurch wird eine geplante Ausrichtungsgenauigkeit von 8 Bogensekunden erreicht . ^{[ 4 ]}

Der maximale Zenitwinkel beträgt 40 Grad, wenn die effektive beleuchtete Apertur auf 200 m reduziert wird, und 26,4 Grad, wenn die effektive beleuchtete Apertur verlustfrei 300 m beträgt. ^{[ 36 ] [ 22 ] : 13}

Obwohl der Reflektor einen Durchmesser von 500 m (1600 Fuß) hat, in der korrekten Parabelform gehalten und vom Empfänger „ausgeleuchtet“ wird, ist jeweils nur ein Kreis mit 300 m Durchmesser nutzbar. ^{[ 19 ] : 13} Das Teleskop kann auf verschiedene Positionen am Himmel ausgerichtet werden, indem ein 300 Meter langer Abschnitt der 500 Meter großen Apertur ausgeleuchtet wird. (FAST hat eine kleinere effektive Apertur als das Jicamarca-Radioobservatorium , dessen gefüllte Apertur einen äquivalenten Durchmesser von 338 m aufweist.)

Der Arbeitsfrequenzbereich liegt zwischen 70 MHz und 3,0  GHz ^{[ 37 ]} , wobei die obere Grenze durch die Genauigkeit der Parabelannäherung des Primärstrahlers bestimmt wird. Eine geringfügige Verbesserung wäre möglich, jedoch begrenzt die Größe der Dreieckssegmente die kürzeste empfangbare Wellenlänge. Ursprünglich war geplant, den Frequenzbereich mit neun Empfängern abzudecken. Während der Bauphase wurde ein Ultrabreitbandempfänger für die Inbetriebnahme entwickelt und gebaut, der den Frequenzbereich von 260 MHz bis 1620 MHz abdeckte und die erste Pulsarentdeckung mit FAST ermöglichte ^{[ 38 ]} . Aktuell ist lediglich das FAST-L-Band-Empfängerarray mit 19 Strahlen (FLAN ^{[ 5 ]} ) installiert und im Frequenzbereich von 1,05 GHz bis 1,45 GHz in Betrieb.

Das vom International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) in Perth, Australien, und der Europäischen Südsternwarte entwickelte Next Generation Archive System (NGAS) wird die große Menge der gesammelten Daten speichern und verwalten. ^{[ 39 ]}

In einer fünf Kilometer großen Zone um das Teleskop ist es Touristen untersagt, Mobiltelefone und andere Funkgeräte zu benutzen. ^{[ 40 ]}

Derzeit wird an der Errichtung von 24 weiteren Radioteleskopen mit jeweils 40 Metern Durchmesser gearbeitet, die ein Radioteleskop-Array mit einem Durchmesser von 10 Kilometern bilden. Das Projekt soll die Auflösung des Teleskops um das 30-Fache verbessern. ^{[ 41 ]}

Auf der FAST-Website werden die folgenden wissenschaftlichen Ziele des Radioteleskops aufgeführt: ^{[ 42 ]}

1. Großflächige Untersuchung von neutralem Wasserstoff
2. Pulsarbeobachtungen​
3. Führend im internationalen Netzwerk für sehr lange Basislinieninterferometrie (VLBI)
4. Nachweis interstellarer Moleküle
5. Detektion interstellarer Kommunikationssignale ( Suche nach außerirdischer Intelligenz )
6. Pulsar-Timing-Arrays ^{[ 43 ]}

Das FAST-Teleskop schloss sich im Oktober 2016 dem Breakthrough Listen SETI- Projekt an, um nach intelligenter außerirdischer Kommunikation im Universum zu suchen. ^{[ 44 ]}

Im Februar 2020 verkündeten Wissenschaftler die ersten SETI-Beobachtungen mit dem Teleskop. ^{[ 45 ]}

Die chinesische Zeitung Global Times berichtete, dass das 500 Meter große FAST-Teleskop ab April 2021 (nach Prüfung der Anträge) für die internationale Wissenschaftsgemeinschaft zugänglich sein und im August 2021 in Betrieb gehen wird. Ausländische Wissenschaftler können ihre Anträge online bei den Nationalen Astronomischen Observatorien Chinas einreichen . ^{[ 46 ] [ 47 ]}

Das Grunddesign von FAST ähnelt dem des früheren Arecibo-Teleskops . Beide Konstruktionen verwenden Reflektoren aus perforierten Aluminiumplatten, die in natürlichen Hohlräumen im Karstkalkstein installiert sind , und einen darüber hängenden, beweglichen Empfänger. Die effektive Apertur beider Teleskope ist kleiner als der physische Durchmesser des Primärspiegels. Neben der Größe bestehen jedoch weitere wesentliche Unterschiede. ^{[ 35 ] [ 48 ] [ 49 ]}

Zunächst wurde die Antenne in Arecibo in einer festen Kugelform fixiert. Obwohl sie zusätzlich an Stahlseilen mit darunterliegenden Stützen zur Feinjustierung der Form hing, wurden diese nur während der Wartung manuell bedient und justiert. ^{[ 35 ]} Sie besaß eine feste Kugelform mit zwei zusätzlichen, in Gregorianischer Anordnung angeordneten Reflektoren zur Korrektur der sphärischen Aberration . ^{[ 50 ]}

Zweitens war die Empfängerplattform von Arecibo fest installiert. Um das höhere Gewicht der zusätzlichen Reflektoren zu tragen, waren die primären Tragseile statisch. Lediglich drei Niederhaltewinden, die die Wärmeausdehnung ausglichen, waren motorisiert . ^{[ 35 ] : 3} Die Antennen konnten entlang eines drehbaren Arms unterhalb der Plattform bewegt werden, um eine begrenzte Azimutverstellung zu ermöglichen. ^{[ 35 ] : 4} Arecibo war jedoch nicht im Azimut, sondern nur im Zenitwinkel eingeschränkt: Der geringere Bewegungsspielraum beschränkte die Beobachtung auf Objekte innerhalb von 19,7° vom Zenit. ^{[ 51 ]}

Drittens könnte Arecibo höhere Frequenzen empfangen. Die endliche Größe der dreieckigen Paneele des FAST-Primärreflektors begrenzt die Genauigkeit der Parabelannäherung und damit die kürzeste fokussierbare Wellenlänge. Arecibos stabilere Konstruktion ermöglichte eine scharfe Fokussierung bis zu einer Wellenlänge von 3 cm (10 GHz); FAST ist auf 10 cm (3 GHz) begrenzt. Verbesserungen in der Positionssteuerung des Sekundärreflektors könnten die Wellenlänge auf 6 cm (5 GHz) erhöhen, doch dann stellt der Primärreflektor eine harte Grenze dar.

Fourth, the FAST dish is significantly deeper, contributing to a wider field of view. Although 64% larger in diameter, FAST's radius of curvature is 300 m (980 ft),^{[19]: 3} barely larger than Arecibo's 270 m (870 ft),^[51] so it forms a 113° arc^{[19]: 4} (vs. 70° for Arecibo). Although Arecibo's full aperture of 305 m (1,000 ft) could be used when observing objects at the zenith, this was only possible with the line feed which had a very narrow frequency range and had been unavailable due to damage since 2017.^[52] Most Arecibo observations used the Gregorian feeds, where the effective aperture was approximately 221 m (725 ft) at zenith.^{[52][35]: 4}

Fifth, Arecibo's larger secondary platform also housed several transmitters, making it one of the few instruments in the world capable of radar astronomy. (Planetary radar is also possible at the Jicamarca and Millstone and Altair observatories.) The NASA-funded Planetary Radar System allowed Arecibo to study solid objects from Mercury to Saturn, and to perform very accurate orbit determination on near-Earth objects, particularly potentially hazardous objects. Arecibo also included several NSF funded radars for ionospheric studies (ionosondes). Such powerful transmitters are too large and heavy for FAST's small receiver cabin, so it will not be able to participate in planetary defense although in principle it could serve as a receiver in a bistatic radar system. (Arecibo has been used in several multi-static experiments with an auxiliary 100 meter dish, including S-band radar experiments in the stratosphere, and ISAR mapping of Venus.)

• Chinese space program
• KARST – a 1990s Chinese proposal to host the SKA
• List of telescope types
• Square Kilometre Array – a proposed 1 km² telescope array in Australia and South Africa

• Nan, R.; et al. (16. Juni 2002). „Kilometer-square Area Radio Synthesis Telescope – KARST“ (PDF) . Archiviert vom Original (PDF) am 29. Oktober 2006.
• Jin, CJ; Nan, RD; Gan, HQ (Oktober 2007). „Das FAST-Teleskop und sein möglicher Beitrag zur hochpräzisen Astrometrie“ (PDF) . Proceedings of the International Astronomical Union . 3 (S248): 178–181 . Bibcode : 2008IAUS..248..178J . doi : 10.1017/S1743921308018978 .
• Li, Di; Pan, Zhichen (30. Dezember 2016). „Das Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope (FAST) Projekt“. Radio Science . 51 (7): 1060–1064 . arXiv : 1612.09372 . Bibcode : 2016RaSc...51.1060L . doi : 10.1002/2015RS005877 . S2CID  119363387 .

• Fünfhundert-Meter-Apertur-Sphärisches Radioteleskop – Webseite
• Bau des größten Radioteleskops der Welt – BBC News auf YouTube
• FAST: Das größte Teleskop der Welt – China Icons auf YouTube (25. September 2016)
• Die FAST-Galactic-Plane-Pulsar-Snapshot-Durchmusterung