Ein weiterer nationaler Schatz! Chinas erstes Weltraumteleskop – CSST ist da

Vor nicht allzu langer Zeit, am 12. Juli 2022 gegen 22:30 Uhr Pekinger Zeit, veröffentlichte der derzeitige US-Präsident Biden die ersten Fotos des Webb-Weltraumteleskops, die alle in Erstaunen versetzten. Da fragt man sich, ob unser Land über ein so leistungsstarkes Weltraumteleskop verfügt? Die Antwort ist natürlich ja! Am Changchun-Institut für Optik, Feinmechanik und Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Changchun entsteht derzeit ein riesiges Bauwerk mit einer Höhe von etwa 14 Metern und einer Länge von 20 Metern. Dabei handelt es sich um das von unserem Land unabhängig entwickelte Weltraumteleskop – das Chinese Survey Space Telescope (CSST).

„Den Himmel überblicken und aus der Ferne auf tausend Flüsse blicken“, das Wort „den Himmel überblicken“ in Mao Zedongs Gedicht, ein so bahnbrechendes und fantasievolles Wort, hat heute eine neue Bedeutung erhalten. In der Astronomie ist eine Himmelsdurchmusterung eine Art „Volkszählung“ der astronomischen Beobachtung, bei der jeder abtastbare Bereich des Himmels wahllos Block für Block abgetastet wird. Einfach ausgedrückt ist es, als würde man einen Ganzkörper-CT-Scan des Universums durchführen.

Akademiker Chen Jiansheng vom National Astronomical Observatory sagte: „Wir haben in den 1980er Jahren die Gelegenheit für bodengebundene Untersuchungen verpasst. Später hat das US-amerikanische Sloan-Teleskop (SDSS) dies getan, und jetzt wird auch das LSST damit beginnen. Aber optische Untersuchungen im Weltraum haben noch nicht begonnen, und Weltraumuntersuchungen sind zu wichtig. Da damit eine um ein Vielfaches bessere Bildqualität als mit bodengebundenen Untersuchungen erreicht werden kann, bedeutet dies, dass die chinesische Astronomie in eine sehr bemerkenswerte Ära eingetreten ist, wenn sich die Möglichkeit für Weltraumuntersuchungen ergibt.“ Wie Akademiemitglied Chen Jiansheng sagte, sind Weltraumuntersuchungen heutzutage ein wichtiges Ziel der chinesischen astronomischen Forschung. In diesem goldenen Zeitalter der Himmelsdurchmusterung müssen die Chinesen ihre eigenen Weltraumdurchmusterungen durchführen. Im Dezember 2009 wurde im Rahmen einer Diskussion über die wissenschaftliche Forschungsrichtung und die erforderliche experimentelle Ausrüstung der chinesischen Raumstation erstmals die Idee zum Bau eines optischen Weltraumteleskops mit großer Apertur vorgeschlagen. Im März 2012 überprüften und bewerteten mehr als 100 Experten des Space Station Mission Planning Committee die wissenschaftlichen Forschungsprojekte zur Raumstation, und CSST erhielt vorrangige Unterstützung für die bemannte Raumfahrttechnik. Nach der Auswahl der besten Teleskopvorschläge und der Evaluierung der Finanzierung wurde CSST im November 2013 offiziell eröffnet.

Warum stellen Wissenschaftler Teleskope in den Himmel? Der wissenschaftliche Wert übersteigt die Kosten bei weitem

Die Kosten und der Wartungsaufwand eines Weltraumteleskops sind wesentlich höher als die eines erdgebundenen Teleskops. Warum sollten wir für den Bau einen so hohen Preis bezahlen? Zunächst einmal werden erdgebundene optische Teleskope von der Atmosphäre beeinflusst. Selbst an den besten Beobachtungsstandorten auf der Erde dürfte die Auflösung von Teleskopen im optischen Bereich 0,7 Bogensekunden kaum überschreiten. Im Vergleich dazu sind die meisten Galaxien im fernen Universum nur wenige Bogensekunden groß. Viele weit entfernte Galaxien lassen sich mit erdgebundenen Teleskopen in jeder Struktur nur schwer unterscheiden. Sie sehen lediglich wie ein paar unscharfe Pixel aus und genügen damit bei weitem nicht den Forschungsanforderungen der Wissenschaftler. Ein Weltraumteleskop im Vakuum löst dieses Problem, da es im Vakuum keine Atmosphäre gibt. Diese Idee wurde bereits 1946 vom amerikanischen Astrophysiker Lyman Spitzer kühn vorgeschlagen. Doch erst 11 Jahre später, am 4. Oktober 1957, flog der weltweit erste künstliche Satellit „Sputnik 1“ ins All. Der Erfolg des Webb-Teleskops und der bevorstehende Start des CSST haben die damaligen Ideale der Menschen nun Wirklichkeit werden lassen. Sie werden die Astronomie auf ein neues Niveau heben und sogar die Kommunikationsmethoden und das Verständnis der Menschen vom Universum beeinflussen.

Sputnik 1 (Bild aus der Baidu-Enzyklopädie)

Was ist die Mission des Survey Telescope? Seine Rolle kann nicht unterschätzt werden

Die wichtigste Aufgabe des CSST-Betriebs im Orbit ist die Beobachtung der Himmelsdurchmusterung. Gemäß der ursprünglichen Planung für den 10-jährigen Betrieb wird die Fertigstellung voraussichtlich etwa 7 Jahre dauern. Ebenso stehen die Aufbereitung von Umfragedaten und entsprechende wissenschaftliche Forschungsarbeiten im Fokus des Forschungsthemas. Für die beobachtende Kosmologieforschung sind zahlreiche Proben extragalaktischer Objekte erforderlich. Daher konzentrieren sich die Himmelsdurchmusterungsbeobachtungen des CSST hauptsächlich auf mittlere bis hohe galaktische Breiten und mittlere bis hohe ekliptikale Breiten, wo die Sterndichte und der Zodiakallichthintergrund gering sind. Gemäß der aktuellen Missionsplanung umfasst die CSST-Durchmusterung vier Teile: 17.500 Quadratgrad Mehrfarben-Bildbeobachtungen, nahtlose Spektralbeobachtungen im selben Himmelsbereich, 400 Quadratgrad Mehrfarben-Bildbeobachtungen im tiefen Feld und nahtlose spektrale Tiefenfeldbeobachtungen im selben Himmelsbereich.

Der Zweck eines derart groß angelegten Himmelsdurchmusterungsprojekts besteht lediglich darin, Proben anzureichern und Daten zu sammeln. Aufgrund des Mangels an umfangreichen Beobachtungsdaten bestehen derzeit Lücken in der menschlichen Forschung in astronomischen Bereichen und der Grundlagenphysik, beispielsweise zu dunkler Materie und dunkler Energie, der großräumigen Struktur des Universums, der Entstehung und Entwicklung von Galaxien und supermassiven Schwarzen Löchern sowie Exoplaneten. Ohne die Unterstützung einer riesigen Datenbank wäre es weder möglich, schlüssige Beweise für die Echtheit relevanter Theorien zu erbringen, noch wäre es möglich, die Messgenauigkeit von Parametern effektiv zu verbessern, was wiederum die Weiterentwicklung der astronomischen Forschung behindern würde. Ich bin davon überzeugt, dass groß angelegte Himmelsdurchmusterungsprojekte wie CSST den dringenden Datenmangel in der Astronomie und den Grundlagen der Physik bis zu einem gewissen Grad lindern und die Entwicklung der Humanwissenschaften fördern können.

Mit welchen Hightech-Technologien ist das Sky Survey-Weltraumteleskop ausgestattet? Ein wohlverdienter Nationalschatz

Die Öffnung des chinesischen Sky Survey Telescope ist mit der des Hubble-Teleskops vergleichbar, sein Sichtfeld ist jedoch viel größer, 350-mal so groß wie das des Hubble-Teleskops oder etwa 1,1 Quadratgrad. Das Sichtfeld ist der Himmelsbereich, den ein Teleskop erfassen kann. Je größer das Sichtfeld, desto mehr Objekte können gleichzeitig beobachtet werden. Beispielsweise haben einige Kameras ein Sichtfeld von 60 Grad, während andere ein Sichtfeld von 70 Grad haben. Letzteres kann bei gleicher Entfernung einen größeren Landschaftsbereich erfassen als Ersteres. „Das Sichtfeld des Hubble-Teleskops beträgt etwa 1/100 der Größe eines Fingernagels, wenn man ihn gerade ausstreckt. Es beobachtet das Universum seit 30 Jahren, aber alle seine Daten decken nur einen sehr kleinen Teil des Nachthimmels ab“, sagte Liu Jifeng, stellvertretender Direktor des Nationalen Astronomischen Observatoriums der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, gegenüber Reportern. Im Vergleich dazu eignet sich Chinas Weltraumteleskop sehr gut für Himmelsdurchmusterungen und kann groß angelegte kosmische Beobachtungen relativ schnell durchführen. Darüber hinaus verwendet das chinesische Weltraumteleskop ein außeraxiales optisches System mit drei Spiegeln, das die Erkennungseffizienz und -genauigkeit erheblich verbessert und international führend ist. Das lichtempfindliche Element des chinesischen Weltraumteleskops ist viel größer als das des Hubble-Teleskops. Das größte Merkmal des chinesischen Sky Survey Telescope besteht darin, dass es mit der chinesischen Raumstation fliegen und sich gemeinsam vorwärts bewegen wird, was seine Wartung und Pflege einfacher macht als beim Webb-Teleskop und dem Hubble-Teleskop.

Als unabhängiges Modul, das in derselben Umlaufbahn wie die Raumstation Tiangong betrieben wird, besteht das Sky Survey-Weltraumteleskop im Wesentlichen aus zwei Teilen: einem optischen Gerät zur Himmelsdurchmusterung und einer Plattform zur Himmelsdurchmusterung. Ersteres verfügt über ein 2-Meter-Weltraumteleskop, das in der Umlaufbahn gehalten werden kann, ein astronomisches Vorzeigeprojekt der Jahre 2020 bis 2030, das mit Beobachtungsterminals wie Himmelsdurchmusterungsmodulen, Terahertz-Modulen, Mehrkanal-Bildgebern, integrierten Sichtfeldspektrometern und Koronagraphen zur Abbildung von Exoplaneten ausgestattet ist.

Wie schreitet der Bau des Sky Survey Space Telescope voran? Werfen wir einen Blick auf die neuesten Entwicklungen von CSST

Das Sky Survey Telescope-Projekt der bemannten Raumstation hat seit seiner Ankündigung im In- und Ausland viel Aufmerksamkeit erregt. In den letzten zwei Jahren verliefen der Vorbereitungsprozess sowie die Forschung und Entwicklung der entsprechenden Details reibungslos. Vom 8. bis 10. Januar 2021 fand am National Astronomical Observatory das jährliche Zusammenfassungsseminar 2020 des CSST Scientific Data Processing System in einer Kombination aus Online- und Offline-Formaten statt. Fast 90 Mitglieder des Forschungsteams aus mehr als 10 Einheiten, darunter das National Astronomical Observatory, nahmen an dem Treffen teil. Während des Meetings berichteten die Schlüsselmitarbeiter der Systementwicklung über den Fortschritt der Entwicklungsarbeiten im Jahr 2020, den technischen Verifizierungsstatus, aktuelle Entwicklungsergebnisse, Software-Engineering-Spezifikationen usw. Bei dem Meeting wurde auch der Arbeitsplan für den nächsten Entwicklungszyklus aufgestellt und festgelegt, wodurch eine solide Grundlage für die reibungslose Umsetzung des Projekts im nächsten Jahr geschaffen wurde. Am 17. April 2021 veranstalteten das CSST Joint Scientific Work Center und das National Astronomical Observatory Science Center eine Zeremonie zur Enthüllung einer Gedenktafel im National Astronomical Observatory der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Nach der Enthüllungszeremonie berichtete Liu Jifeng, stellvertretender Direktor des Nationalen Astronomischen Observatoriums, Direktor des Gemeinsamen Zentrums für wissenschaftliche Arbeit des China Space Station Project Survey Telescope und Direktor des Wissenschaftszentrums des Nationalen Astronomischen Observatoriums, allen an der Sitzung teilnehmenden Vertretern über die Gesamtsituation der beiden Zentren.

(Foto von Visual China)

Am 18. Juli veröffentlichte CCTV.com eine Meldung, dass parallel zum Bau der chinesischen Raumstation auch die Entwicklung eines Weltraumteleskops, das in derselben Umlaufbahn fliegen wird, intensiv und geordnet voranschreitet. Derzeit wurden neue Fortschritte bei der Entwicklung von Prototypen entsprechender Anlagen erzielt. Das Teleskop soll nach der Fertigstellung der chinesischen Raumstation ins All geschossen werden und sich zu einer Vorzeigeeinrichtung der Weltraumastronomie entwickeln, die bei der Erforschung des fantastischen Universums weltweit führend ist. Im Hinblick auf die wissenschaftliche Vorbereitung wurden im Rahmen des bemannten Raumfahrtprogramms ein wissenschaftlicher Arbeitsausschuss für das Weltraumteleskop zur Himmelsdurchmusterung sowie vier regionale wissenschaftliche Forschungszentren eingerichtet, nämlich das Wissenschaftszentrum der Peking-Universität, das Wissenschaftszentrum des Nationalen Astronomischen Observatoriums, das Wissenschaftszentrum des Jangtse-Deltas und das Wissenschaftszentrum der Greater Bay Area. Berichten zufolge soll das Weltraumteleskop Sky Survey im Jahr 2024 in Betrieb genommen werden.

Der Bau des CSST ist das Ergebnis der harten Arbeit unzähliger wissenschaftlicher Forscher. Dieser riesige „kosmische CT-Scanner“ wird die Astronomie in meinem Land und sogar weltweit sicherlich auf ein neues Niveau heben. Warten wir es ab!

Quellen:

[1] Li Ran. Vermessungs-Weltraumteleskop: Wird Tianhe bei der Erforschung des Weltraums begleiten[N]. Guangming Daily, 13. Mai 2021 (16).

[2] Zhan Hu. Großflächige Mehrfarbenabbildung und nahtlose spektrale Untersuchung des bemannten Weltraumteleskops[J]. Chinesisches Wissenschaftsbulletin, 2021.66(11):1290-1298

[3] Zhang Jingjuan. [EB/OL]. Guanchazhe.com. 13.07.2022 – 03.08.2022.

[4] Liu Huan. [EB/OL]. Chinesisches Nachrichtennetzwerk. 2022-07-12-2022-08-03.