Beobachten Sie den Himmel und die Sonne, erkunden Sie das Sternenmeer – Tausendäugige Dzi-Perlen „starren“ auf Sonne, Mond und Sterne →

Am 27. September hat das Donut Array Solar Radio Imaging Telescope (im Folgenden als Donut Array, DSRT bezeichnet), eines der wegweisenden Geräte des „Space Environment Ground-based Integrated Monitoring Network“ (Phase II des Meridian-Projekts), einer wichtigen nationalen wissenschaftlichen und technologischen Infrastruktur unter der Leitung des National Space Science Center der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, den Prozesstest erfolgreich bestanden. Dieser nationale Schatz kann nicht nur das „Niesen“ der Sonne überwachen, sondern auch erfolgreich Pulsare erkennen und so hochwertige, unabhängige Beobachtungsdaten für die Sonnenphysik- und Weltraumwetterforschung meines Landes liefern.

Es wurde in der Stadt Gatong, Kreis Daocheng, Präfektur Ganzi, Provinz Sichuan, auf einer Höhe von 3.820 Metern errichtet. Es besteht aus 313 Parabolantennen mit einem Durchmesser von 6 Metern. Alle Antennen sind gleichmäßig auf einem Kreis mit einem Durchmesser von 1.000 Metern verteilt. Der 100 Meter hohe Kalibrierungsturm in der Mitte des Rings dient als Kalibrierungsmaßstab für die gesamte Beobachtungsstrecke. Es sieht aus wie eine riesige „Tausendäugige Dzi-Perle“, daher trägt es den Spitznamen „Tausendäugige Dzi-Perle“. Es erstreckt sich über eine Fläche von etwa 1 Quadratkilometer und ist derzeit das weltweit größte Radioteleskop mit umfassender Apertur .

1. Überwachung des „Niesens“ der Sonne

Die Sonne kann auch „niesen“ und ihre Kraft ist ziemlich stark! Als der Erde am nächsten gelegener Stern erscheint die Sonne sehr ruhig, doch tatsächlich gibt es auf ihr viele „Bewegungen“, darunter Sonnenflecken, Eruptionen, Sonnenwinde … Bei einem koronalen Massenauswurf stößt die Sonne eine große Menge geladener Teilchen aus. Ein starker Sonnenausbruch würde die Energie von 10 Milliarden Millionen Tonnen schweren Atombomben freisetzen, was schwerwiegende Auswirkungen hätte, wenn er auf die Erde zusteuern würde.

Hochtechnologische Bodensysteme wie Hochgeschwindigkeitszüge, Stromnetze und Ölpipelines können aufgrund induzierter Ströme, die durch geomagnetische Störungen entstehen, lahmgelegt oder sogar beschädigt werden. Auch Satelliten am Himmel können durch katastrophales Weltraumwetter beschädigt werden.

Die „Tausendäugigen Dzi-Perlen“ wurden zur Überwachung der Sonne gebaut. Das kreisförmige Array kann nicht nur verschiedene explosive Sonnenaktivitäten überwachen, sondern auch den Prozess des Eindringens von Sonnenstürmen in den interplanetaren Raum. Dies ist wichtig, um den Mechanismus von Sonnenexplosionen und die Gesetze der Ausbreitung zwischen Sonne und Erde zu verstehen und die Auswirkungen der Sonnenaktivitäten auf die Erde vorherzusagen .

Die Kernaufgabe des DSRT besteht darin , die Quelle der Weltraumwetterereignisse auf der Erde – die Sonne – in Echtzeit zu überwachen . „Diese Parabolantennen sind wie Sonnenblumen, sie drehen sich immer in Richtung Sonne.“ Die von der Thousand Eyed Dzi 313-Einheitenantenne empfangenen Signale werden über 800 Meter Glasfaser zurück an den zentralen Computerraum übertragen und anschließend einer weiteren Verarbeitung wie Frequenzumwandlung und -erfassung unterzogen. Es kann das Radiobild und Spektrum der Sonne wie eine riesige „Radiokamera“ messen.

Einfacher ausgedrückt: Die tausendäugige Dzi-Perle starrt in die Sonne . In Kombination mit Daten anderer Überwachungsgeräte kann die Zeit berechnet werden, die das Plasma benötigt, um die Erde zu erreichen. Dadurch können Weltraumwetterwarnungen für den normalen Betrieb von Satelliten, Kommunikationseinrichtungen, Stromnetzen usw. bereitgestellt und der sichere Betrieb verschiedener Geräte gewährleistet werden.

Wenn Sie klar sehen möchten, ist die Standortauswahl wichtig. Die Höhe beträgt hier 3.830 Meter, die Luft ist dünn und die Transparenz hoch; der Breitengrad ist niedrig, daher ist der beobachtbare Himmelsbereich größer; Umgeben von Bergen können auch die durch menschliche Produktionsaktivitäten verursachten elektromagnetischen Störungen wirksam isoliert werden.

Pulsare erkennen

Ein Pulsar ist ein schnell rotierender Neutronenstern, der durch Sternentwicklung und Supernova-Explosionen entsteht. Es kann zur Erkennung von Gravitationswellen, Schwarzen Löchern und anderen damit verbundenen Forschungsarbeiten verwendet werden.

Einfach ausgedrückt ist ein Pulsar ein rotierender Neutronenstern , aber nicht alle rotierenden Neutronensterne sind Pulsare, da die große Mehrheit (fast alle) der Neutronensterne rotiert.

Eine sehr bemerkenswerte Eigenschaft von Neutronensternen besteht darin, dass sie von ihren magnetischen Polen aus starke Strahlung abgeben. Die Magnetpole fallen nicht mit der Rotationsachse des Pulsars zusammen, sondern sind durch einen gewissen Abstand voneinander getrennt. Auf diese Weise fegt die elektromagnetische Strahlung, wenn sich der Neutronenstern einmal um die eigene Achse dreht, wie ein Leuchtturm durch den Raum. Wenn dieser Strahlungsimpuls über die Erde fegt, wird er vom Radioteleskop der Erde erfasst und man entdeckt einen neuen Pulsar.

Genauer gesagt ist ein Pulsar ein rotierender Neutronenstern, dessen Energiestrahlung von den magnetischen Polen über die Erde streicht und der zu einem Neutronenstern wird. Da Neutronensterne sehr klein sind und im Allgemeinen einen Radius von etwa 10 Kilometern haben, wären sie ohne diese Pulsstrahlung nur schwer zu entdecken .

Pulsare rotieren sehr schnell. Der erste Pulsar wurde 1967 entdeckt. Der Zeitabstand zwischen jeweils zwei Pulsen betrug lediglich 1,337 Sekunden, was bedeutet, dass sich dieser Pulsar alle 1,337 Sekunden einmal dreht. Von allen weltweit entdeckten Pulsaren beträgt das längste Pulsintervall nur 11,765735 Sekunden und das kürzeste nur 0,0014 Sekunden.

Die Impulse eines Pulsars ähneln dem Puls eines Menschen oder einer Uhr und wiederholen sich mit großer Präzision und einer sehr stabilen Periode immer wieder.

DSRT hat erfolgreich eine Reihe kontinuierlicher Radiobilder aufgenommen und zum ersten Mal Pulsarblitze in Echtzeit anhand kontinuierlicher Radiobilder identifiziert. DSRT begann daher mit der „Kopier“-Mission zur Beobachtung von Pulsaren und schnellen Radioblitzen.

Im März 2023 führte das Ring Array, das sich in der Systemfehlerbehebungsphase befand, Chinas erstes Pulsarerkennungsexperiment auf der Grundlage einer Radiobildsequenz durch und identifizierte erfolgreich Pulsarblitze anhand kontinuierlicher Radiobilder . Im Mai führten das Ring Array und das European Low Frequency Array (LOFAR) ein gemeinsames Beobachtungsexperiment durch und erreichten eine Kreuzvalidierung. Im Juli verfügte die kreisförmige Anlage nun über die Fähigkeit, die Sonnenaktivität kontinuierlich, stabil und mit hoher Qualität zu überwachen. Die Möglichkeiten zur radioastronomischen Beobachtung, etwa zur Pulsarabbildung, wurden zunächst überprüft und wissenschaftliche Probebeobachtungen haben begonnen.

III. Bauschwierigkeiten und Überwindung von Schwierigkeiten

Um die wissenschaftlichen Beobachtungsziele des kreisförmigen Arrays zu erreichen, müssen die 313 Antennen und 626 Empfangsverbindungen eine sehr gute Amplituden- und Phasenkonsistenz aufweisen .

Während des Konstruktionsprozesses beherrschte das Projektteam eine Reihe wichtiger Kerntechnologien, schlug eine originelle kreisförmige Array-Konfiguration und einen Gesamtplan für die zentrale Kalibrierung vor und erreichte mit Schlüsseltechnologien wie der einkanaligen Mehrring-Absolutphasenkalibrierung einen Durchbruch.

Der Prozesstest zeigte, dass das kreisförmige Solar-Radio-Bildgebungsteleskop kontinuierliche und stabile Solar-Radio-Bildgebungs- und Spektrumbeobachtungsfähigkeiten mit einem maximalen Sichtfeld von 10 Sonnenradien erreicht hat und alle technischen Indikatoren die Anforderungen des vorläufigen Entwurfsberichts erfüllt oder übertroffen haben.

Basierend auf dem Prinzip „gleichzeitiges Erstellen, Debuggen und Betreiben“ hat das aus 16 Einheiten bestehende Bildgebungsexperimentsystem im März 2022 mit der Erfassung von Sonnenbilddaten begonnen und bis heute eine große Anzahl von Bildern und Spektraldaten der Sonnenaktivität gesammelt.

IV. Zukunftsaussichten

Im nächsten Schritt wird das Ring Array die Sonnenaktivität tagsüber beobachten, hochwertige Langzeitdatenreihen für die Sonnenphysik- und Weltraumwetterforschung liefern und gemeinsame Beobachtungen mit anderen Überwachungsgeräten des Meridian-Projekts durchführen.

Darüber hinaus wird das kreisförmige Array gemeinsame Beobachtungen mit wichtigen nationalen wissenschaftlichen und technologischen Infrastrukturen wie dem 500-Meter-Aperture Spherical Radio Telescope „China Sky Eye“, dem „China Compound Eye“-Radar-Array und dem Sanya Incoherent Scattering Radar durchführen und dürfte eine wichtige Rolle bei Niederfrequenz-Radiountersuchungen, Pulsaren, schnellen Radioblitzen sowie der Überwachung und Frühwarnung der Planetenverteidigung spielen.

Umfassende Quellen: Guangming Daily, Science and Technology Daily, Guangming Online, People's Daily Online, Time and Space News