Chinas Himmelsauge: Die Geheimnisse des Universums erforschen

Chinas Sky Eye (FAST) ist derzeit das größte Radioastronomieteleskop der Welt. Als bedeutende wissenschaftliche und technologische Infrastruktur des Landes ist es ein riesiges Auge zur Himmelsbeobachtung und ein nationaler Schatz und hat einen bedeutenden Durchbruch in der Spitzenwissenschaft meines Landes erzielt. Chinas Sky Eye hat wissenschaftliche Ergebnisse in zahlreichen Forschungsrichtungen hervorgebracht und so das menschliche Verständnis des Universums vertieft. Seit seiner Fertigstellung und Inbetriebnahme im September 2016 haben Wissenschaftler mit dem China Sky Eye mehr als 660 Pulsare entdeckt. Das ist mehr als das Fünffache der Gesamtzahl der Pulsare, die im gleichen Zeitraum von allen Radioteleskopen der Welt entdeckt wurden. Mit einer jährlichen Beobachtungszeit von über 5.300 Stunden hat Chinas Sky Eye, das größte und empfindlichste Radioteleskop der Welt, Wissenschaftlern geholfen, eine Reihe von Forschungsergebnissen auf dem Gebiet der Astronomie zu erzielen, die menschliche Sicht bei der Beobachtung des Universums zu erweitern und zu einem repräsentativen Projekt für Chinas Eigenständigkeit in Wissenschaft und Technologie zu werden.

| Chinas Himmelsauge

Das Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope (FAST) im Autonomen Bezirk Qiannan der Buyi und Miao in der chinesischen Provinz Guizhou ist ein großes nationales Bauprojekt für die wissenschaftliche und technologische Infrastruktur im Rahmen des „Elften Fünfjahresplans“. Chinas Sky Eye ist auf einem Spinnennetz mit der weltweit größten Spannweite, höchster Präzision und einer ganz besonderen Struktur und Arbeitsweise aufgebaut. Dieses große Spinnennetz, das mit 4.450 Reflektoren bedeckt ist, verwendet 50 Stahlsäulen, 670 Stahlkabel und 2.225 Zugkabel. Es wird durch die Spannung, die durch das Zuggerät auf es ausgeübt wird, verformt. Wenn es mit dem Empfänger an der Oberseite zusammenarbeitet, kann Chinas Sky Eye elektromagnetische Wellensignale in verschiedenen Bereichen des Weltraums effektiv beobachten. Aus diesem Grund sind die Beobachtungsempfindlichkeit und die Datenempfangsfähigkeiten von Chinas Sky Eye stärker als bei ähnlichen Produkten in anderen Ländern.

| Technologische Innovation des chinesischen Sky Eye

1. Für das ultragroße Radioteleskop wurde ein neues System entwickelt, nämlich die aktiven Reflektor- und Feed-Support-Systeme, die eine aktive Verschiebung des 500-Meter-Aperturreflektors und eine hochpräzise Positionierung der Feed-Kabine ermöglichten, was einen großen Durchbruch in der Radioteleskop-Bautechnologie darstellt.

2. Es wurde eine Ringbalken-Stützform vorgeschlagen, die für komplexes Berggelände geeignet ist, eine Methode zur Kompensation der anfänglichen Dehnung einer Zielkonfiguration für die Analyse der Morphologie von Kabelnetzen wurde erfunden, die Ermüdungsleistung von aktiv verschobenen Kabelnetzen wurde untersucht und innovative Strukturdesigns wie großer Maßstab, ultrahohe Präzision und aktive Verschiebung wurden erreicht.

3. Wir haben Strukturstahlkabel mit einer ultrahohen Spannungsamplitude von 500 MPa und einer Präzision im Millimeterbereich entwickelt und eine Vielzahl von hochpräzisen Konstruktionsmethoden mit großer Spannweite erfunden, um die extrem strengen und komplexen Standortbeschränkungen vor Ort zu überwinden und den Bau der Hauptstruktur des Teleskops mit einer sehr großen Spannweite und extrem hoher Präzision abzuschließen.

4. Es wurde eine groß angelegte, hochpräzise und hochdynamische Messsteuerungs- und Sicherheitsbewertungstechnologie erfunden, die die Bereitstellung hochpräziser Positionsinformationen der reflektierenden Oberfläche und eine wetterfeste, hochpräzise, ​​groß angelegte und mit hoher Abtastrate ausgestattete Feed-Unterstützung für dynamische Messungen ermöglicht.

5. Im Hinblick auf Managementinnovation wurde ein umfassendes Engineering-Beratungsmodell übernommen, wodurch ein kreuzförmiges Managementsystem und eine fünfdimensionale Projektmanagementmethode geschaffen wurden. Dadurch wurde eine organische Integration von Energiespar-, Umwelt- und Umweltschutzmanagementsystemen erreicht und ein neues Modell für das groß angelegte wissenschaftliche Engineering-Baumanagement geschaffen.

| Herausragende Beiträge des chinesischen Himmelsauges

Seit seiner Fertigstellung hat Chinas Sky Eye weiterhin Ergebnisse in den Bereichen Ursprung und physikalischer Mechanismus schneller Radioblitze, Erforschung des neutralen Wasserstoffuniversums, Pulsarsuche und physikalische Forschung, Pulsarzeitpunktbestimmung und Erkennung niederfrequenter Gravitationswellen hervorgebracht. Die jüngste Entdeckung der größten atomaren Gasstruktur im Universum wurde von chinesischen Wissenschaftlern mithilfe des China Sky Eye gemacht und die entsprechenden Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht. Chinas Sky Eye kann schwache Strahlung erfassen, die von extrem dünnen und diffusen atomaren Gasen weit entfernt vom Zentrum von Galaxien ausgeht. Dies öffnet ein neues Fenster für die Erforschung der Entstehung von Himmelskörpern im Universum.

Die Beobachtung von Gasen im Universum ist ein sehr wichtiges Forschungsthema im Bereich der Astrophysik, und der Ursprung aller Himmelskörper im Universum ist untrennbar mit atomaren Gasen verbunden. Berichten zufolge besteht der wichtigste Evolutionsprozess von Galaxien darin, kontinuierlich atomares Gas aus dem Universum aufzunehmen und es dann in Sterne umzuwandeln.

Die Entdeckung stellt Forscher, die die Entwicklung von Galaxien und ihren Gasen im Universum untersuchen, vor Herausforderungen. Bestehende Theorien können nur schwer erklären, warum diese verdünnten Atomgase über einen so langen Zeitraum nicht durch die ultraviolette Hintergrundstrahlung im Weltraum ionisiert wurden. Dieses Beobachtungsergebnis weist darauf hin, dass es im Universum großflächige atomare Gasstrukturen mit geringer Dichte geben könnte.

| Chinas Stärke in Spitzenbereichen

Zu den zahlreichen wissenschaftlichen Errungenschaften des chinesischen Himmelsauges zählen schnelle Radioblitze, eines der neuesten und heißesten Gebiete. Im riesigen Universum kommt es häufig zu kurzen und heftigen Ausbrüchen von Radiowellen, die normalerweise nur wenige Millisekunden dauern, aber enorme Energiemengen freisetzen können, die der Elektrizitätsmenge entsprechen, die auf der Erde in zig Milliarden Jahren erzeugt wird. Im Jahr 2007 entdeckten Astronomen erstmals solche Millisekunden-Radiowellen – schnelle Radioblitze. Bis heute haben Astronomen Hunderte von schnellen Radioblitzen beobachtet und anhand der Komplexität ihrer Umgebung auf ihr Entwicklungsstadium geschlossen.

Derzeit ist das Verständnis der Wissenschaftler hinsichtlich des physikalischen Ursprungs, der umgebenden Umwelt, des zentralen Mechanismus usw. schneller Radioblitze noch unklar und es fehlen direkte Beobachtungsdaten zu den physikalischen Parametern ihrer Kernregionen. Kürzlich führten chinesische Wissenschaftler mithilfe des China Sky Eye detaillierte Beobachtungen eines schnellen Radioblitzes außerhalb der Milchstraße durch und entdeckten dabei erstmals Veränderungen des Magnetfelds in der Umgebung nur eine astronomische Einheit (die Entfernung zwischen Sonne und Erde) vom Zentrum des schnellen Radioblitzes entfernt. In dieser Studie führte das Forschungsteam eine Langzeitüberwachung des schnellen Radioblitzes FRB20201124A außerhalb der Milchstraße durch und beobachtete insgesamt 1.863 Blitzimpulssignale in 54 Tagen und 82 Stunden. Auf der Grundlage dieser bislang größten Beobachtungsprobe zur Polarisation schneller Radiobursts machten sie mehrere wichtige Entdeckungen. Das Team führt weitere Untersuchungen durch und hofft, direkte Beobachtungsbeweise zu finden, die die grundlegenden physikalischen Prozesse und Energiemechanismen schneller Radioblitze bestimmen, um so schnell wie möglich die physikalischen Ursprünge dieses mysteriösen kosmischen Phänomens aufzudecken.

| Anwendungswert

1. Förderung unabhängiger Industrien

Der Bau des 500-Meter-Aperture Spherical Radio Telescope umfasst viele Hightech-Bereiche, wie etwa die Herstellung von Antennen, hochpräzise Positionierung und Messung, hochwertige Radioempfänger, Sensornetzwerke und intelligente Informationsverarbeitung, Ultrabreitband-Informationsübertragung sowie die Speicherung und Verarbeitung von Daten im großen Maßstab. Die wichtigsten technologischen Errungenschaften von FAST können in vielen verwandten Bereichen angewendet werden, beispielsweise im Großbau, bei hochpräzisen dynamischen Messungen über einen Kilometerbereich, bei der Entwicklung großer Industrieroboter und bei Mehrstrahlradargeräten. Die Erfahrungen beim Bau des 500-Meter-Aperture Spherical Radio Telescope werden sich auf die Entwicklung der chinesischen Fertigungstechnologie in Richtung Informatisierung, Extremisierung und Ökologisierung auswirken.

2. Beitrag zur nationalen Sicherheit

Dadurch wurden Chinas Möglichkeiten zur Weltraumverfolgung und -steuerung von der geosynchronen Umlaufbahn bis an den äußeren Rand des Sonnensystems erweitert, die Downlink-Rate für Kommunikationsdaten aus dem tiefen Weltraum um ein Dutzend Mal erhöht und das weltweit genaueste Pulsar-Zeitmesssystem geschaffen, das Pulsaruhren für die zukunftsweisende Forschung zur autonomen Navigation produziert. Führen Sie hochauflösende Mikrowellenpatrouillen durch, diagnostizieren und identifizieren Sie schwache Weltraumsignale mit einer Auflösung von 1 Hz und dienen Sie der nationalen Sicherheit als passives strategisches Radar. Es kann als inkohärentes Streuradar-Empfangssystem des „Meridian-Projekts“ verwendet werden und bietet eine hohe Auflösung und Beobachtungseffizienz. Verfolgung und Erkennung von koronalen Massenauswürfen und Bereitstellung von Weltraumwettervorhersagen.

3. Erforsche das Universum

Als multidisziplinäre Plattform für Grundlagenforschung ist Chinas Sky Eye in der Lage, Beobachtungen von neutralem Wasserstoff bis an den Rand des Universums auszudehnen, dunkle Materie und dunkle Energie zu beobachten und nach der ersten Generation von Himmelskörpern zu suchen. Es kann die Struktur der Materie und physikalische Gesetze unter extremen Bedingungen untersuchen; es hat das Potenzial, seltsame Sterne und Quarksternmaterie zu entdecken; Es kann Doppelsysteme aus Neutronensternen und Schwarzen Löchern entdecken und die Masse Schwarzer Löcher genau bestimmen, ohne auf Modelle angewiesen zu sein. Es kann Gravitationswellen erkennen, indem es die Ankunftszeit von Pulsaren genau bestimmt. Es kann verwendet werden, um nach möglichen interstellaren Kommunikationssignalen zu suchen und diese zu identifizieren, nach außerirdischen Zivilisationen zu suchen usw.

(Bilder aus dem Internet)

Autor | Gu Junzhe hat einen Master-Abschluss in Informatik und Technologie. Nach seinem Abschluss beschäftigte er sich mit der Sammlung und Organisation von Online-Informationen, wobei er sich mit populärwissenschaftlichem Wissen beschäftigte und sich mit Spitzentechnologien beschäftigte.