„Fliegendes Riesenauge“, hergestellt in China!

Originaltitel: Der Start des „Flying Giant Eye“ ist für dieses Jahr geplant. Es wird unabhängig in derselben Umlaufbahn wie die in China hergestellte Raumstation Tiangong fliegen!

Viele internationale Mainstream-Medien haben Prognosen zu möglichen weltweiten Wissenschafts- und Technologie-Hotspots im Jahr 2023 abgegeben, und alle haben das chinesische Space Station Project Survey Telescope (d. h. „China Survey Space Telescope“, abgekürzt „CSST“) darunter aufgenommen. Sie sind davon überzeugt, dass sein Flug ins All zusammen mit dem Start einer neuen Rakete durch die USA und dem Beginn einer Asteroidenbergbaumission zu einem neuen jährlichen Meilenstein für die menschliche Erforschung und Nutzung des Weltraums werden wird.

Laut der neuesten Version des chinesischen Weltraum-Weißbuchs wird mein Land nach der vollständigen Fertigstellung der Raumstation Tiangong zeitnah mit dem Start und der Stationierung des CSST beginnen und umfangreichere astronomische Untersuchungen durchführen. Das chinesische Büro für bemannte Raumfahrt gab gegenüber der Außenwelt einmal bekannt, dass der Start des ersten großen Weltraumteleskops meines Landes im Jahr 2023 geplant sei, um großflächige Himmelsdurchmusterungen durchzuführen und Spitzenforschung in der Wissenschaft zur Entstehung und Entwicklung der kosmischen Struktur, der dunklen Materie und dunklen Energie, von Exoplaneten und Körpern des Sonnensystems zu betreiben.

Ein aufsteigender Stern auf dem Gebiet der optischen Weltraumbeobachtung

Wenn es um astronomische Teleskope geht, denken viele Menschen wahrscheinlich zuerst an das „China Sky Eye“, das Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope (FAST) in Pingtang, Guizhou. Als wichtige wissenschaftliche und technologische Infrastruktur, die in den letzten Jahren in meinem Land aufgebaut wurde, hat FAST große Popularität erlangt und ist im In- und Ausland für seine große Reichweite, seine hervorragenden Explorationsmöglichkeiten und seine fruchtbaren ersten Entdeckungsergebnisse bekannt. Im Vergleich zu FAST ist CSST derzeit noch nicht so bekannt, für Brancheninsider ist es jedoch ein aufsteigender Stern auf dem Gebiet der astronomischen Beobachtung mit optischen Teleskopen.

Neben der unterschiedlichen Popularität gibt es natürlich auch viele Unterschiede zwischen FAST und CSST. Der grundlegendste Unterschied besteht darin, dass sie zu verschiedenen Typen astronomischer Teleskope gehören.

FAST ist ein Radioteleskop, das von Himmelskörpern ausgesandte Radiowellen empfängt, und der riesige sphärische Spiegel ist seine Antenne zum Empfang von Radiowellen. Es empfängt schwache kosmische Radiosignale und überträgt sie dann zur Verstärkung an das Empfangssystem. Das Empfangssystem trennt Nutzsignale vom Rauschen und überträgt sie zur Aufzeichnung an den Back-End-Computer. Die vom Computer aufgezeichneten Ergebnisse werden als Kurven angezeigt, die die Astronomen untersuchen und analysieren können, um so verschiedene kosmische Informationen zu erhalten. Da Radiowellen den Weltraum durchdringen können, sind Radioteleskope weniger von Licht und Klima betroffen und können rund um die Uhr ununterbrochen in Betrieb sein.

CSST ist ein optisches Teleskop, das Licht vom nahen Ultraviolett bis zu sichtbaren Wellenlängen erfasst. Es ermöglicht eine Nahabbildung weit entfernter Objekte durch die Objektivlinse mit großem Durchmesser und langer Brennweite sowie das Okular mit kleinem Durchmesser und kurzer Brennweite, aus denen das Teleskop besteht. Auf diese Weise können Menschen sehr weit entfernte Himmelskörper durch optische Teleskope beobachten. Aufgrund des kombinierten Einflusses von Faktoren wie der dichten Erdatmosphäre, der Ionosphäre, der Ozonschicht und dem Geomagnetfeld sind die Beobachtungsmöglichkeiten erdgebundener optischer Teleskope begrenzt. Mit der Weiterentwicklung der Luft- und Raumfahrttechnologie sind optische Weltraumteleskope entstanden, die den Einfluss der oben genannten Faktoren eliminieren. Dabei handelt es sich um das Hubble-Weltraumteleskop und das Webb-Weltraumteleskop, die im April 1990 bzw. Dezember 2021 gestartet wurden. Das chinesische Weltraumteleskop wird ihm dicht auf den Fersen sein und zum neuen „riesigen fliegenden Auge“ der Menschheit werden.

Aufgeteilt in zwei Teile, mit 5 Hauptgeräten

CSST wird ein extrem großes Raumfahrzeug sein. Liu Jifeng, Direktor des Gemeinsamen Zentrums für wissenschaftliche Arbeit des China Space Station Project Survey Telescope und stellvertretender Direktor des Nationalen Astronomischen Observatoriums, beschrieb es einmal als „so groß wie ein großer Bus, drei Stockwerke hoch, wenn man aufrecht steht, mit einem Durchmesser von zwei Metern.“ Nach den bisher veröffentlichten Informationen beträgt die Gesamtlänge des Weltraumteleskops etwa 14 Meter, der maximale Durchmesser liegt bei etwa 4,5 Metern und die Startmasse beträgt etwa 16 Tonnen.

Zhan Hu, der verantwortliche Wissenschaftler der optischen Vermessungseinrichtung des CSST und Forscher am Nationalen Astronomischen Observatorium der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, erläuterte, dass das CSST im Wesentlichen in zwei Teile unterteilt sei, nämlich den „Plattformbereich“ und den „Bereich der optischen Einrichtung“. Ersteres ist eigentlich die „Ressourcenkabine“ von CSST, die für die Energieversorgung des Raumflugs zuständig ist, und Letzteres ist die Hauptnutzlast von CSST, darunter fünf Beobachtungsgeräte, nämlich das Vermessungsmodul, das Terahertz-Modul, einen Mehrkanal-Bildgeber, ein integrales Sichtfeldspektrometer und einen Koronagraphen zur Exoplaneten-Abbildung.

Wie der Name schon sagt, besteht die Hauptaufgabe des CSST in der „Himmelsdurchmusterungsbeobachtung“, also in der Durchführung einer Zählung der Himmelskörper. Es kann Tausende von Galaxien klar und deutlich beobachten und ein hochauflösendes Panoramabild des Universums liefern. Daher nimmt das Himmelsdurchmusterungsmodul die meiste Beobachtungszeit dieses Teleskops in Anspruch. Laut Zhan Hu machen „Himmelsdurchmusterungsbeobachtungen“ etwa 70 % der Betriebszeit des CSST aus.

Laut Li Ran, einem Forscher am Nationalen Astronomischen Observatorium der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, ist das CSST-Durchmusterungsmodul mit 30 Detektoren mit einer Gesamtpixelzahl von 2,5 Milliarden ausgestattet, um die Bildqualität der „Himmelsdurchmusterungsbeobachtungen“ sicherzustellen und Informationen aus einem weiten Sichtfeld empfangen zu können. Achtzehn der Detektoren sind mit unterschiedlichen Filtern ausgestattet, wodurch sie Bilder von Himmelskörpern in verschiedenen Bändern erhalten und so ein farbenfrohes Bild des Universums hinterlassen. Die anderen 12 Detektoren werden für nahtlose Spektralbeobachtungen verwendet und jede Belichtung kann Spektralinformationen von mindestens 1.000 Himmelskörpern erhalten. Während des gesamten Untersuchungszyklus wird das Untersuchungsmodul 40 % der gesamten Himmelsfläche abdecken und hochwertige Daten von fast 2 Milliarden Galaxien sammeln.

Bei der Vorstellung der extrem leistungsstarken Fähigkeit des CSST zur „Himmelsdurchmusterungsbeobachtung“ betonten Zhan Hu und Li Ran auch, dass auch seine Fähigkeit zur Feinbeobachtung sehr stark sei. Das Teleskop ist mit einem Terahertz-Modul, einem Mehrkanal-Bildgeber, einem integrierten Sichtfeldspektrometer und einem Koronographen zur Abbildung von Exoplaneten ausgestattet. Bei allen handelt es sich um Präzisionsmessmodule. Basierend auf ihren jeweiligen Eigenschaften werden sie viele spezielle wissenschaftliche Beobachtungen durchführen, wie etwa die Erkennung von Exoplaneten, räumlich auflösbare Spektralbeobachtungen von galaktischen Kernregionen, die Erforschung von neutralem Kohlenstoff in benachbarten Galaxien und Super-Deep-Field-Beobachtungen des Universums.

Besser geeignet für Himmelsdurchmusterungen und einfacher zu warten und zu aktualisieren

Welche Eigenschaften hat das CSST als optische Weltraumteleskop im Vergleich zum Hubble-Teleskop?

Daraufhin erwiderte Zhan Hu, dass CSST für Himmelsdurchmusterungen besser geeignet sei. Die Objektivöffnung seiner Himmelsdurchmusterungskamera beträgt 2 Meter und ist damit etwas kleiner als die etwa 2,4 Meter des Hubble-Teleskops. Allerdings ist sein Sichtfeld etwa 300-mal größer als das des Hubble-Teleskops und es kann groß angelegte kosmische Beobachtungen relativ schnell durchführen. Li Ran zog eine anschauliche Analogie: Es sei, als ob eine Herde Schafe auf dem Berg wäre. Das Hubble-Teleskop kann eines der Schafe sehen, während das CSST Bilder von Zehntausenden von Schafen aufnehmen kann, und die Klarheit jedes einzelnen ist dieselbe wie die, die man durch das Hubble-Teleskop sieht.

Man kann sagen, dass die Expertise des CSST im Bereich der Himmelsdurchmusterung „angeboren“ ist. Als Vorzeigeprojekt der bemannten Raumstation meines Landes ist CSST die bislang größte Weltraumastronomie-Infrastruktur des Landes. Zu Beginn des Projektdesigns wurden ein großes Sichtfeld, eine hohe Bildqualität und ein breites Band angestrebt. In diesem Zusammenhang erklärte Li Ran, dass das Hubble-Teleskop ein Pionier der bemannten Weltraumteleskope sei und fruchtbare wissenschaftliche Forschungsergebnisse erzielt habe. Nur durch die Übernahme innovativer, davon abweichender Designs kann CSST die Entwicklung der Weltraumastronomie weiter vorantreiben und die Grenzen des menschlichen Verständnisses weiter erweitern. Es gibt zwei innovative Designoptionen: Die eine besteht darin, ein Weltraumteleskop mit größerer Apertur zu bauen, um tiefer blicken und Informationen über schwächere Himmelskörper zu erhalten; Das andere Ziel besteht darin, ein Weltraumteleskop zu bauen, das einen größeren Bereich des Himmels beobachten, Himmelsdurchmusterungen effizienter durchführen und das Universum systematischer erforschen kann. Aufgrund der relevanten tatsächlichen Bedingungen haben sich die relevanten chinesischen Parteien für den zweiten Ansatz für CSST entschieden.

Ein weiteres bemerkenswertes Merkmal von CSST ist, dass es die Raumstation ergänzt. Die enge Verbindung zwischen beiden lässt sich am vollständigen chinesischen Namen des CSST erkennen: „China Space Station Survey Telescope“. Insbesondere nutzt CSST die Raumstation Tiangong als seinen Heimathafen im Weltraum. Bei normalen Beobachtungen hält es Abstand zur Raumstation und fliegt unabhängig in derselben Umlaufbahn wie diese. Wenn Nachschub oder Wartung bzw. Upgrades erforderlich sind, wird es sich aktiv mit der Tiangong treffen, an ihr andocken und in ihrem Heimathafen im Weltraum andocken. Dadurch wird nicht nur der normale Betrieb während der zehnjährigen Lebensdauer sichergestellt und Situationen wie beim Hubble-Teleskop, bei dem es zu einer Fehlfunktion kam und das Teleskop etwa drei Jahre lang nicht repariert werden konnte, effektiv vermieden, sondern auch die Lebensdauer im Orbit verlängert und eine erweiterte „Dienstleistung“ erreicht.

Es dauerte mehr als 10 Jahre, um kontinuierlich anzupassen und zu verbessern

CSST ist das Ergebnis einer langfristigen Zusammenarbeit zwischen chinesischen Wissenschaftlern, insbesondere zwischen Experten für Optik und Astronomie sowie zwischen Wissenschaftlern und Technikern der Luft- und Raumfahrt. Zhan Hu erklärte, dass die Zentrale des Space Application Systems der bemannten Raumfahrttechnik Chinas im Dezember 2009 eine Reihe von Seminaren organisiert habe, um die wissenschaftlichen Ziele und Forschungsrichtungen der Raumstation in den Bereichen Mikrogravitationswissenschaft, Astronomie, Biowissenschaften, Geowissenschaften usw. zu diskutieren und damit das CSST-Projekt ins Leben zu rufen. Im November 2013 wurde CSST offiziell eingeführt.

Zhan Hu wies ausdrücklich darauf hin, dass CSST gemäß der Planung zum Zeitpunkt der Projektgründung direkt mit der Versuchskabine der Raumstation verbunden war, was jedoch einige Probleme mit sich brachte. So können beispielsweise Lageänderungen und strukturelle Deformationen der Raumstationskonstruktion sowie Störungen durch verschiedene Vibrationsquellen die Bildqualität von Starring-Beobachtungen erheblich beeinträchtigen. So sind etwa die mögliche Umweltverschmutzung und die Partikelbelastung rund um die Raumstation, die annähernd erdorientierte Ausrichtung der Raumstation und die Einschränkungen, die ihre Struktur hinsichtlich der Beobachtungsrichtung mit sich bringt, sowie das Streulicht, das von verschiedenen Oberflächen wie der Kabine und den Solarmodulen erzeugt wird, allesamt nicht förderlich für astronomische Beobachtungen. Vor diesem Hintergrund wurde der Plan im Jahr 2015 dahingehend angepasst, dass CSST unabhängig im selben Orbit wie die Raumstation fliegen soll, und genehmigt. Nach der Auswahl wurden fünf Instrumente bestimmt, darunter das von CSST ausgestattete Himmelsdurchmusterungsmodul und das Terahertz-Modul. Im April 2022 trat die Entwicklung des CSST-Prototyps in eine kritische Phase ein. Ende des Jahres wurden die ersten Musteridentifikationsteile entwickelt und fertiggestellt. Laut Xu Shuyan, Chefdesigner der optischen Vermessungseinrichtung und Forscher am Changchun-Institut für Optik, Feinmechanik und Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, werde man nach Abschluss der Integration und Prüfung der Subsysteme, Komponenten und Einheiten des Teleskops mit der Entwicklung von Prototypen und Flugteilen fortfahren, anschließend gemeinsame Tests mit der Vermessungsplattform durchführen, Tests am Startplatz durchführen und schließlich zu einem geeigneten Zeitpunkt starten.

Während die Entwicklung von CSST und andere Arbeiten auf Hochtouren voranschreiten, haben die Vorbereitungen für die Verarbeitung der Beobachtungsdaten bereits begonnen. Laut Li Ran wird CSST in seinem gesamten Zyklus 50 PB an wissenschaftlichen Datenprodukten generieren. Die zuständigen Abteilungen haben ein Team aus Astronomen, Datenexperten und Computerexperten zusammengestellt, um das wissenschaftliche Datenverarbeitungssystem des CSST zu entwickeln, astronomische Bilder und Sternkataloge für die Verwendung durch Astronomen im ganzen Land und sogar auf der ganzen Welt zu erstellen und weitere Forschungsarbeiten durchzuführen.

Es wird erwartet, dass es wichtige Beiträge zur Entwicklung der Weltastronomie leistet

CSST wurde noch nicht gestartet, doch sein Engagement für den Bau eines fortschrittlichen, der internationalen Gemeinschaft offenen Weltraumobservatoriums wird der Menschheit neue Möglichkeiten zum Verständnis der Welt eröffnen und hat die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt, insbesondere von Astronomen und Physikern, auf sich gezogen.

Auf der Website des CSST Joint Center for Scientific Work sind die sieben wichtigsten wissenschaftlichen Ziele des CSST zu sehen, darunter Kosmologie, Galaxien und aktive Galaxienkerne, die Milchstraße und benachbarte Galaxien, Sternenforschung, Exoplaneten und Objekte des Sonnensystems usw. Jedes einzelne Ziel weist auf die Spitze der modernen Wissenschaft hin. Mithilfe der umfangreichen Beobachtungsdaten der CSST Large Sky Survey und Ultra-Deep Field Observations untersuchen wir beispielsweise die beschleunigte Expansion des Universums, dunkle Energie, dunkle Materie, die morphologische Struktur von Galaxien und ihre Entwicklung, aktive Galaxien und supermassive Schwarze Löcher usw.

Li Ran sagte, dass CSST den Menschen dabei helfen soll, grundlegende Fragen zur materiellen Zusammensetzung, Struktur und Entwicklung des Universums zu erforschen und zu beantworten. Zhan Hu wies darauf hin, dass die Verbesserung der astronomischen Erkennungsmöglichkeiten das menschliche Verständnis des Universums gefördert habe. Jeder Durchbruch in der Beobachtungstiefe, -breite, -bandbreite, der Genauigkeit der Photometrie usw. wird große Entdeckungen mit sich bringen und sogar revolutionäre Entwicklungen in der Astronomie und Physik auslösen. CSST weist eine hervorragende Gesamtleistung auf und übertrifft in einigen Indikatoren vorherige Projekte deutlich. Es verfügt über die beste Bildqualität aller Himmelsdurchmusterungsprojekte des gleichen Zeitraums und seine Beobachtungsmöglichkeiten im nahen Ultraviolettbereich sind einzigartig. Li Ran äußerte seine Zuversicht, dass CSST nicht nur Durchbrüche bei der Erforschung des Mechanismus der beschleunigten Expansion des Universums erzielen werde, sondern auch einen größeren Raum für Entdeckungen eröffnen und wichtige Beiträge zur Entwicklung der weltweiten Astronomie leisten werde. (Reporter Zhang Baoshu)

Quelle: People's Daily Overseas Edition