Der „Space Exploration Club“ hat ein neues großes wissenschaftliches Gerät hinzugefügt. Wie kann „Tianlai“ die „Echos“ des Universums hören?

Weit weg vom Trubel sind am Rande der Berge mehrere „große Töpfe“ aufgestellt. Sie sind wie Sonnenblumen, die der Sonne zugewandt sind und den ganzen Tag lang in den Himmel blicken. Ihre Hauptfunktion besteht darin, den „Klängen der Natur“ zu lauschen: die Erde zu koordinieren, ihre „Ohren“ zu öffnen, um die „Klänge“ des Ursprungs des Universums einzufangen -

Himmlische Anordnung. Bildquelle: National Astronomical Observatory

Vor kurzem hat das „Tianlai“-Experiment, ein wissenschaftliches Projekt in Hami, Xinjiang, meinem Land, die Zertifizierung des Square Kilometer Array Observatory bestanden und wurde als „Pathfinder“ des Square Kilometer Array-Radioteleskops (SKA) ausgewählt.

„Ich kenne jedes Wort, aber ich kann es überhaupt nicht verstehen?“ Bei der Suche nach verwandten Begriffen äußerten die Internetnutzer ihr „verwirrendes Gefühl“. Ein weiteres bedeutendes wissenschaftliches Gerät, das die Menschheit der Erforschung des Universums einen Schritt näher bringt? Zu diesem Zweck kontaktierte der Reporter Cao Lin, einen populärwissenschaftlichen Experten auf dem Gebiet der Astronomie und landesweit führenden Vertreter der populärwissenschaftlichen Arbeit, um die wissenschaftlichen Prinzipien hinter den „Geräuschen der Natur“ zu interpretieren.

Ein Radioteleskop ist ein großes „Radio“

Laut einschlägigen Medienberichten stammt das Wort „Tianlai“ von Zhuangzis „Qiwu Lun“, was den natürlichen Klang aller Dinge im Universum bedeutet. Das „Tianlai“-Experiment erkennt die Schallwellen kosmischer Baryonen, daher der Name.

Zylindrisches Tianlai-Radioarray. Quelle: CCTV News

Das Tianlai-Projekt wird vom Nationalen Astronomischen Observatorium der Chinesischen Akademie der Wissenschaften durchgeführt. Derzeit werden zwei Arten von Teleskop-Arrays gebaut: ein zylindrisches Radio-Array, das aus drei zylindrischen Reflektorantennen besteht, und ein Parabol-Radio-Array, das aus 16 Parabolantennen besteht.

Sie sind vom Typ „Radioteleskop“ und so angeordnet, dass sie ein größeres Array bilden.

„Die Radioastronomie ist eine sehr junge und hochprofessionelle Disziplin.“ Cao Lin versuchte, die Funktionsprinzipien von Radioteleskopen in einfacher Sprache vorzustellen, kam jedoch nicht umhin, astronomische Begriffe wie „elektromagnetische Wellen“, „Urknall“, „neutraler Wasserstoff“ usw. zu verwenden, die jeweils zu einem eigenständigen Kurs erweitert werden können.

Standbilder aus der „Redaktion Weltraumforschung“

Beginnen wir mit der Radioastronomie. Im Film „Redaktion Kosmische Erkundung“ verwendet Tang Zhijun (Name der Figur) die „Schneeflocken“ auf dem Fernseher, um Signale aus dem Weltraum zu empfangen. Er sagte feierlich zu den Menschen vor dem Bildschirm: „Dies ist keine gewöhnliche Schneeflocke, dies ist das Nachglühen der Geburt des Universums.“

„Diese Aussage ist eigentlich nicht korrekt. Die Antennen herkömmlicher Fernseher können kosmische Mikrowellenstrahlung nicht einfach empfangen. Allerdings haben die Menschen durch Radioaktivitäten tatsächlich nach und nach entdeckt, dass es im Universum ein ‚Hintergrundgeräusch‘ gibt. Dabei handelt es sich um die Radiostrahlung in Form von Mikrowellen aus der Energie des Urknalls, die sich im gesamten Universum ausbreitet“, erklärte Cao Lin.

„Die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung ist ein ‚Relikt‘ des Urknalls und ein typisches Bild in der Radioastronomie, und das Radioteleskop ist ein Gerät zur Beobachtung und Untersuchung von Radiowellen von Himmelskörpern.“ Cao Lin führte aus, dass das Radio- und Mikrowellenlicht, das wir normalerweise sehen, allesamt elektromagnetische Wellen sind. Die Erdatmosphäre absorbiert die meisten elektromagnetischen Wellen aus dem Universum und kann nur von sichtbarem Licht und einigen Radiowellen durchdrungen werden. Daher werden diese elektromagnetischen Wellen mit Frequenzen zwischen 30 MHz und 300 GHz in der Astronomie als Radiowellen bezeichnet.

Zusätzlich zur kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung können auch Radioobjekte wie Neutronensterne, Pulsare, Nebel und Radioblitze Radiosignale aussenden. Cao Lin sagte: „Einfacher ausgedrückt ist ein Radioteleskop eher wie ein ‚Radio‘. Durch den Empfang verschiedener Signale können wir verschiedene Himmelsphänomene und sogar den Prozess ihrer zukünftigen Entwicklung entdecken.“

Gemeinsam erforschen erdgebundene Teleskope das Universum

Chang Jin, ein Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, sagte einmal in einem Interview, dass sich die Astronomie meines Landes in den letzten Jahren rasant entwickelt habe und die Radioastronomie heute das führende Fachgebiet sei. Cao Lin glaubt, dass die Auswahl von Tianlai als „Wegbereiter“ des Square Kilometer Array (SKA) ein Beweis für die fortschrittliche Radioastronomietechnologie meines Landes ist.

SKA ist ein Radioteleskop der neuen Generation, das von mehreren Ländern weltweit gemeinsam gebaut und betrieben wird. Es wird derzeit in Südafrika und Australien gebaut. Die entsprechende Empfangsfläche liegt im Quadratkilometerbereich. Mit seiner beispiellosen ultrahohen Empfindlichkeit und seinen Möglichkeiten zur wissenschaftlichen Entdeckung wird es nach seiner Fertigstellung eine der größten und modernsten wissenschaftlichen Einrichtungen der Erde sein.

„Die Auflösung eines Radioteleskops mit der gleichen Apertur ist viel geringer als die eines optischen Teleskops. Daher werden Menschen Teleskope mit riesigen Aperturen bauen, um die Empfindlichkeit der Beobachtungen zu verbessern“, erklärte Cao Lin. „Beispielsweise hat Chinas Sky Eye FAST eine Öffnung von mehr als 500 Metern. In vielen Science-Fiction-Romanen werden Himmelskörper selbst auch als Radioteleskope verwendet, um Beobachtungsziele zu erreichen.“

Chinas Sky Eye FAST Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua

Wenn der tatsächliche geografische Raum nicht ausreicht, glauben kluge Leute auf der Erde, dass sie mehr radioastronomische Daten mit wissenschaftlichem Wert erhalten können, wenn sie mehrere Teleskope zusammenstellen, die Daten sammeln und sie zu einem Radioteleskop-Array anordnen.

„Aus der Perspektive des Universums ist die Erde nur ein winziger Punkt. Für uns mögen Länder weit entfernte Radioteleskope haben, aber sobald sie ‚gruppiert‘ sind, werden sie die geografischen Beschränkungen überwinden und zu einem größeren ‚Radio‘ der Erde werden“, sagte Cao Lin.

Es ist denkbar, dass die einst verschwommenen Himmelskörper durch die Abtastung des Universums durch dieses „Riesenauge“ der Erde zwangsläufig klarer werden und der Menschheit so dabei helfen werden, das Universum und die grundlegenden physikalischen Gesetze besser zu verstehen. Die Technologien und neuesten Entdeckungen des Tianlai-Experiments wurden dieses Mal als „Pathfinder“ ausgewählt und werden dem SKA neue Möglichkeiten für wissenschaftliche Erkundungen eröffnen und beim Bau zukünftiger Radioteleskope Anwendung finden.

Schauen Sie in den Sternenhimmel und kommunizieren Sie mehr mit dem Universum

Eines der Hauptziele des „Tianlai“-Experiments ist die Entdeckung der mysteriösen Dunklen Materie, die unsichtbar ist, aber 26,8 Prozent der Gesamtmasse des Universums ausmacht. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Gravitationskraft der Masse der dunklen Materie die Existenz von Galaxien und Galaxienhaufen sichert und verhindert, dass sie wegfliegen. Es ist auch die unbekannte Energie, die die beschleunigte Expansion des Universums antreibt.

„Die Forschung zur Dunklen Materie steckt noch in den Kinderschuhen und Wissenschaftler haben die Dunkle Materie selbst noch nicht gefunden.“ Cao Lin glaubt, dass „Tianlai“ die Forschung zur Erkennung von neutralem Wasserstoff als „Schlüssel“ zur Suche nach dunkler Materie nutzt, was ein wichtiger Schritt zur Lösung des Rätsels um den Ursprung des Universums ist.

In unserem täglichen Leben sind wir uns der Existenz von Radiowellen oder weit entfernten Galaxien nicht bewusst. Doch das Universum ist eine Existenz, die uns zugleich fern und doch eng verbunden ist.

Beispielsweise wird die Aktivität der Sonnenflecken unsere Satellitenaktivitäten beeinflussen und sich wiederum auf Mobiltelefonsignale, Netzwerkkommunikation usw. auswirken. oder die Entstehung menschlichen Lebens liegt daran, dass wir uns in der bewohnbaren Zone des Sonnensystems befinden. Innerhalb dieses Bereichs kann Wasser in flüssiger Form vorliegen und den menschlichen Stoffwechsel ermöglichen. außerdem sagte der Astronom Carl Sagan einmal, dass der Stickstoff in unserem Körper, das Kalzium in unseren Zähnen und das Eisen in unserem Blut während des Urknalls von Tausenden von Sternen verstreut wurden …

„Jeder ist also ein Kind der Sterne. Das Universum zu erforschen, es zu verstehen und seinen Ursprung zu entdecken, ist sowohl aus wissenschaftlicher als auch aus humanistischer Sicht von großer Bedeutung“, sagte Cao Lin.

Der Perseiden-Meteorschauer, fotografiert im Bezirk Huangpi der Stadt Wuhan in der Provinz Hubei in der Nacht des 12. August 2024. Bildquelle: Nachrichtenagentur Xinhua

Da der 30. Oktober, der „Chinesische Astronomietag“, näher rückt, hofft Cao Lin auch, dass sich mehr normale Menschen den Reihen der Astronomie-Enthusiasten anschließen. „Der Blick zu den Sternen ist ein menschlicher Instinkt. Ihn zu verstehen, erweitert unser Weltbild und verbessert auch unser wissenschaftliches Wissen und unsere wissenschaftliche Kompetenz.“

„Ich denke, dass jeder normale Mensch die ihn umgebenden Himmelsphänomene wie Meteore, Sonnenfinsternisse, Mondfinsternisse und Kometen wahrnehmen kann und über grundlegende Beobachtungsfähigkeiten verfügt. Auf diese Weise bleiben wir mit der Welt in Verbindung“, sagte Cao Lin.