Chinas Sky Eye hat die Phase erreicht, in der es „mehr Ergebnisse erzielt“ und „gute Ergebnisse erzielt“.

Guiyang, 20. Dezember (Xinhua) – Die jährliche Abschlusssitzung 2021 des FAST-Betriebs- und Entwicklungszentrums fand am Morgen des 20. Dezember auf der Beobachtungsbasis China Sky Eye (FAST) im Kreis Pingtang in der Provinz Guizhou statt.

Es versteht sich von selbst, dass durch Beobachtungen mit dem FAST-Teleskop ständig neue wissenschaftliche Ergebnisse erzielt werden. FAST hat 509 Pulsare entdeckt, mehr als viermal so viele Pulsare wie alle anderen Teleskope der Welt insgesamt entdeckt haben.

Panoramablick auf das „China Sky Eye“ vom 19. Dezember (aufgenommen während Wartungsarbeiten, Drohnenfoto). Foto: Xinhua News Agency-Reporter Ou Dongqu

Darüber hinaus wurden im Jahr 2021 zwei auf FAST-Daten basierende Artikel in der Zeitschrift Nature veröffentlicht und ein weiterer wurde von der American Astronomical Society als eines der Highlights des Jahres 2021 ausgewählt.

Derzeit wurden mehr als 120 wissenschaftliche Forschungsarbeiten auf Grundlage von FAST-Daten veröffentlicht, mit mehr als 590 Zitaten. In der nächsten Phase wird das FAST Operation and Development Center den Bau des National Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology beschleunigen.

Panoramablick auf das „China Sky Eye“ vom 19. Dezember (aufgenommen während Wartungsarbeiten, Drohnenfoto). Foto: Xinhua News Agency-Reporter Ou Dongqu

Chang Jin, Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Direktor des Nationalen Astronomischen Observatoriums, sagte: „Bei der Pulsarsuche hat FAST in über zwei Jahren mehr als 500 Pulsare entdeckt. Das FAST-Betriebsteam wird FAST effizienter betreiben, FAST in einem hochrangigen Betriebszustand halten, eingehende Forschungen zu neutralen Wasserstoffuntersuchungen, einschließlich schneller Radioblitze, durchführen und danach streben, in diesen hochmodernen wissenschaftlichen Bereichen große Durchbrüche zu erzielen.“

Panoramablick auf das „China Sky Eye“ vom 19. Dezember (aufgenommen während Wartungsarbeiten, Drohnenfoto). Foto: Xinhua News Agency-Reporter Ou Dongqu

Laut Dazhong Daily hat das „China Sky Eye“ einen Durchmesser von 500 Metern und eine Startfläche, die 30 Standard-Fußballfeldern entspricht. Befüllt man ihn mit Mineralwasser, erhält jeder der 7 Milliarden Menschen auf der Welt im Durchschnitt 4 Flaschen. Wie weit kann es sehen? Es kann einen Bereich von mehr als 13 Milliarden Lichtjahren überblicken, bis nahe an den Rand des Universums. Derzeit ist das „China Sky Eye“ das weltweit größte und empfindlichste Radioteleskop mit einer einzigen Apertur.

Mit dem Prinzip der Parabolantenne Signale aus dem Universum von der Erde aus abhören

Der wissenschaftliche Name von „China Sky Eye“ lautet 500-Meter-Aperture-Radioteleskop. Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Teleskopen, die durch sichtbares Licht beobachten, „beobachten“ Radioteleskope das Universum, indem sie unsichtbare Radiowellen aus dem Universum empfangen. In der dichten Atmosphäre über uns gibt es zwei „Fenster“: Das eine ist das Fenster des sichtbaren Lichts, durch das die Menschen seit Tausenden von Jahren das Universum beobachten; das andere ist das Radiofenster. In den 1930er Jahren entdeckte der Radioastronomie-Pionier Karl Jansky zufällig ein Signal aus dem Zentrum der Milchstraße und öffnete damit den Vorhang zur Radioastronomie, die das menschliche Verständnis vom Ursprung des Universums und der Entstehung des Lebens vorangetrieben hat.

Das „China Sky Eye“ sei ein „leistungsfähiges Werkzeug“ in der modernen Radioastronomie. Was ist ihr Grundprinzip? Wir alle wissen, dass parallele elektromagnetische Wellen nach der Reflexion an einer Parabel im Brennpunkt zusammenlaufen. Bei Radioteleskopen können die von Himmelskörpern ausgesendeten elektromagnetischen Wellensignale gesammelt und astronomische Beobachtungen durchgeführt werden, indem die reflektierende Oberfläche parabelförmig gestaltet und ein Empfänger in der Brennposition platziert wird. Je größer die Fläche der Parabel ist, desto mehr Signale kann sie sammeln und desto mehr schwache und weit entfernte Himmelskörper kann sie erkennen. Seit Karl Jansky zufällig das Beobachtungsfenster für die Radioastronomie entdeckte, haben sich Astronomen aus verschiedenen Ländern dem Bau riesiger Radioteleskope mit möglichst großen reflektierenden Oberflächen verschrieben.

Gleichzeitig werden durch die großflächige Nutzung des Radios durch den Menschen immer mehr Radiowellen erzeugt, die den Empfang von Weltraumsignalen durch den Menschen stören. Auf der Internationalen Radiokonferenz 1993 brachten mehrere Länder, darunter China, die Initiative zum Bau eines Radioteleskops mit extrem großer Apertur ein, bevor die elektromagnetische Wellenumgebung der Erde zerstört wird. Im folgenden Jahr begannen chinesische Wissenschaftler, vertreten durch Herrn Nan Rendong, mit der Erforschung des „China Sky Eye“ und begaben sich auf die Reise, „das Unmögliche möglich zu machen“.

Mit großen Schwierigkeiten und vielen Durchbrüchen nimmt das "China Sky Eye" eine beherrschende Stellung in Bezug auf die Sensibilität ein

Die Größe des Teleskops, das gebaut werden kann, hängt davon ab, wie groß die letztendlich gefundene Vertiefung ist. Eine geeignete Vertiefung zu finden ist sehr schwierig, da sie vier wichtige Bedingungen gleichzeitig erfüllen muss. Erstens muss es groß genug und rund genug sein, sonst machen allein die Aushub- und Stützkosten dieses Projekt unmöglich zu realisieren; zweitens muss es weit entfernt von dicht besiedelten Gebieten sein, um eine gute Funkwellenumgebung zu gewährleisten; drittens darf sich kein Wasser ansammeln, da sonst die Lebensdauer des Geräts nicht garantiert werden kann; Schließlich müssen hervorragende geologische Bedingungen herrschen, da sonst der Bau groß angelegter, hochpräziser astronomischer Beobachtungsgeräte nicht möglich ist.

Von 1994 bis 2006 leitete Nan Rendong ein Team, das aus über 8.000 Karten über 300 Senken auswählte und den Umfang dann auf Dutzende weiter eingrenzte. Das Team bereiste fast alle dieser Senken, führte Untersuchungen vor Ort durch und schlief im Freien. Als Standort entschied man sich schließlich für die Dawodang-Senke in der Stadt Kedu, Kreis Pingtang, Provinz Guizhou.

Nachdem der Standort festgelegt wurde, kann auf keine vorgefertigten Erfahrungen zurückgegriffen werden, um ihn nach der Errichtung zu entwerfen, zu implementieren, zu debuggen und zu verwenden: Für Schlüsseltechnologien und Schlüsselmaterialien gibt es keinen Präzedenzfall und sie müssen von Grund auf neu entwickelt werden.

Das Design des „China Sky Eye“ unterscheidet sich von den weltweit existierenden Radioteleskopen mit Einzelapertur, was sich zunächst im Design der „Netzhaut“ und der „Pupille“ widerspiegelt. „Retina“ bezeichnet die reflektierende Oberfläche; „Schüler“ bezieht sich auf die Feed-Kabine, also die Kabine, in der das System zum Empfang außerirdischer Signale untergebracht ist.

Als Weltneuheit ist die „Netzhaut“ des „China Sky Eye“ eine aktive reflektierende Oberfläche, die ihre Form verändern kann, mal kugelförmig, mal parabolisch. Konkret handelt es sich bei dieser riesigen beweglichen „Netzhaut“ um ein Kabelnetz aus 6.670 Stahlkabeln, die an einem Ringbalken mit einem Durchmesser von 500 Metern aufgehängt sind, der von 50 riesigen Stahlsäulen getragen wird; das Kabelnetz ist mit 4.450 Stück von mehr als 380 Arten von reflektierenden Oberflächeneinheiten bedeckt; Unter dem Kabelnetz befinden sich 2.225 Herunterziehkabel, die jeweils an einem Aktuator am Boden befestigt sind. Durch Betätigen des Aktuators und Ziehen des Zugkabels kann die Form des Kabelnetzes verändert und so astronomische Signale gesammelt und beobachtet werden.

Auch die „Pupille“ des „China Sky Eye“, nämlich die Futterkabine, ist ein mutiges und bahnbrechendes Design. Bei den meisten herkömmlichen Radioteleskopen ist die Position der „Pupille“ fest oder lässt sich nur geringfügig verstellen. Ganz anders ist das „China Sky Eye“. Es verwendet ein brandneues, leichtes, kabelbetriebenes Steuerungssystem, das es der „Pupille“ des „China Sky Eye“ ermöglicht, ihren Winkel und ihre Position frei zu ändern und reichhaltigere kosmische elektromagnetische Wellen effektiver zu erfassen, zu verfolgen und zu überwachen.

Was die Größe betrifft, so wog die Speisekabine des größten Radioteleskops der Welt mehr als 1.000 Tonnen, während die Speisekabine des chinesischen Sky Eye nur etwa 30 Tonnen wiegt. Die geringe Größe bringt viele Vorteile mit sich, beispielsweise eine wirksame Reduzierung von Lichtwegbehinderungen und Störsignalen, wodurch der Strahl sehr sauber und für astronomische Beobachtungen besser geeignet wird.

Die bahnbrechende Innovation im Design des „China Sky Eye“ bringt enorme Herausforderungen für den Herstellungsprozess „von der Zeichnung bis zur Realität“ mit sich. Der Prozess der Reaktion auf Herausforderungen ist auch der Prozess, in dem die heimische Präzisionsfertigung weiterhin Wunder vollbringt. Um beispielsweise das weltweit erste Design einer reflektierenden Oberfläche (d. h. eines Kabelnetzes) zu erreichen, das seine Form verändern kann, müssen die Stahlkabel, aus denen das Kabelnetz besteht, ein gewisses Maß an Elastizität wie Federn aufweisen und die Dauerfestigkeit muss mehr als doppelt so hoch sein wie der bestehende Standard, was international beispiellos ist. Außerdem ist eine Verarbeitungsgenauigkeit von 1 mm für jedes Stahlkabel erforderlich, was den herkömmlichen Standard um eine Größenordnung verbessert.

In den letzten zwei Jahren haben Wissenschaftler die Kabelkörpertechnologie in allen Aspekten weiter verbessert und ein Stahlkabel muss 2 Millionen Ermüdungstests durchlaufen. Nach fast hundert Fehlschlägen haben wir dieses zentrale Problem schließlich erfolgreich gelöst und drei Weltneuheiten erreicht: ultragroße Spannweite, ultrahohe Präzision und eine Kabelnetzstruktur mit aktiver Verschiebung.

Nach Abschluss der Bauarbeiten begann für „China Sky Eye“ die Debugging-Phase. Die Fehlerbehebung bei Riesenteleskopen umfasst viele Disziplinen wie Astronomie, Messung, Steuerung, Elektronik, Mechanik und Struktur. Es handelt sich um angewandte Forschung mit stark interdisziplinärer Ausrichtung. Der Debugging-Zyklus herkömmlicher großer Radioteleskope beträgt weltweit selten weniger als 4 Jahre. Das „China Sky Eye“ hat ein neues Modell geschaffen und auch die Debugging-Arbeit ist anspruchsvoller.

Bisher wurden Tracking, Driften, Bewegungsscannen, Webscannen usw. realisiert und die Funktionsfehlerbehebung vorzeitig abgeschlossen. Was die Leistungsbeurteilung betrifft, so hat das „China Sky Eye“ einen Durchmesser von 500 Metern, muss aber eine Genauigkeit im Millimeterbereich erreichen, was ziemlich schwierig ist. Derzeit wurde die Genauigkeit des Teleskop-Messreferenznetzwerks auf 1 mm verbessert. Seine Empfindlichkeit ist 2,5-mal höher als die des zweitgrößten Teleskops der Welt. Dies ist das erste Mal, dass ein in China gebautes Teleskop in puncto Empfindlichkeit die höchsten Maßstäbe setzt. Darüber hinaus wurden 19 Strahlen installiert, was ebenfalls von großer Bedeutung ist: Dadurch kann das Sichtfeld des Teleskops auf das 19-fache der ursprünglichen Größe erweitert werden, was die Effizienz der Himmelsdurchmusterung des Teleskops erheblich verbessert.

Die patentierte Technologie von „China’s Sky Eye“ wird in vielen Bereichen eingesetzt und bringt weiterhin neue wissenschaftliche Errungenschaften hervor.

Das Team von „China Sky Eye“ hat den Mut gehabt, nachzudenken und zu handeln. Die Schwierigkeiten und Herausforderungen waren groß. Der Entwurfs- und Konstruktionsprozess war sowohl ein Prozess der Überwindung von Schwierigkeiten als auch ein Prozess der Erzielung innovativer Ergebnisse. Zahlreiche patentierte Technologien mit unabhängigen geistigen Eigentumsrechten meines Landes wurden nacheinander entwickelt und angewendet. Beispielsweise werden in großen Sportstadien Stahlseilkonstruktionen mit extrem hoher Dauerfestigkeit verwendet, und beim Bau der Hongkong-Zhuhai-Macao-Brücke und anderen Projekten kommen hochpräzise Produktionssysteme für Seilkonstruktionen zum Einsatz.

Während des gesamten Herstellungs- und Installationsprozesses wurden außerdem zahlreiche nationale und provinzielle Baumethoden umgesetzt. Beispielsweise wurden beim Verlegen der „Netzhaut“ für das „China Sky Eye“ 4.450 Reflektoreinheiten, 6.670 Stahlkabel und Zehntausende Gelenklager von Arbeitern Stück für Stück in Dutzenden von Metern Höhe zusammengebaut, und zwar mit einer Null-Fehlertoleranz-Rate. Diese komplexen Baumethoden ermöglichen in Zukunft die präzise Ausführung großer und komplexer Projekte.

Man kann sagen, dass das „China Sky Eye“ ein Wunderwerk der modernen Ingenieurskunst ist. Es vereint die harte Arbeit von mehr als 20 wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen, Hunderten von wissenschaftlichen Forschern und den Schweiß von Tausenden von Mitarbeitern an vorderster Front. Die Baubedingungen sind schwierig und viele Menschen haben nach ein paar Tagen Arbeit auf der Baustelle überall am Körper rote Beulen. Der feuchte und kalte Schuppen hatte weder Klimaanlage noch Heizung und die Decken aller waren so feucht, dass das Wasser fast herausquoll. Es wird oft gesagt, dass nur China das „Sky Eye“ bauen könne. Ich glaube, was „Sky Eye“ möglich macht, ist dieser Geist, niemals aufzugeben und zusammenzuarbeiten.

Im Oktober 2017 wurden die ersten wissenschaftlichen Ergebnisse des „China Sky Eye“ veröffentlicht. Bis heute wurden mehr als 70 hochrangige Arbeiten auf Grundlage der Daten des „China Sky Eye“ veröffentlicht. Die Zahl der entdeckten Pulsare hat 300 überschritten, das ist dreimal so viel wie die Gesamtzahl, die im gleichen Zeitraum von allen anderen Teleskopen der Welt entdeckt wurde. Warum ist die Entdeckung von Pulsaren so wichtig? Pulsare sind schnell rotierende Neutronensterne mit extrem hoher Dichte und einem Gewicht von Hunderten Millionen Tonnen pro Kubikzentimeter. Es streut Licht wie ein Leuchtturm und scannt ständig das Universum. Sie rotiert sehr schnell und hat eine präzise Rotationsperiode, was sie zur genauesten Uhr im Universum macht. Daher wird das Verständnis von Pulsaren dazu beitragen, ein „kosmisches Navigationssystem“ zu entwickeln und der Menschheit dabei helfen, in Zukunft den Traum von interstellaren Reisen zu verwirklichen.

Als nächstes wird das „China Sky Eye“ seine Forschung in hochmodernen Bereichen wie der Erkennung niederfrequenter Gravitationswellen, dem Ursprung schneller Radioblitze und interstellarer Moleküle weiter intensivieren, den offenen Austausch im In- und Ausland stärken, die Erzielung bedeutender Ergebnisse fördern und mutig an die Spitze der weltweiten Wissenschaft und Technologie gelangen. Wir, die junge Generation von Wissenschaftlern, werden uns auch bemühen, das „Himmelsauge“, das das Ergebnis der harten Arbeit von vier Generationen chinesischer Wissenschaftler ist, sinnvoll zu nutzen, um mehr wissenschaftliche Forschungsergebnisse zu erzielen und die menschliche Erforschung und das Verständnis des Universums zu fördern.

Quelle: Xinhua News Agency Dazhong Daily