مهندسی بی‌نهایت: رادیوتلسکوپ FAST؛ چشم آسمان

مهندسی بی‌نهایت: رادیوتلسکوپ FAST؛ چشم آسمان

رادیوتلسکوپ FAST عنوان بزرگ‌ترین رادیوتلسکوپ تک‌دیش جهان را یدک می‌کشد. در این مطلب از سری مقالات مهندسی بی‌نهایت، قصد داریم با این رادیوتلسکوپ آشنا شویم. پیش از صحبت درباره‌ی این دستاورد بزرگ مهندسی، بهتر است ابتدا با رادیوتلسکوپ‌ها بیشتر آشنا شویم.

چرا به رادیوتلسکوپ‌ها نیاز داریم؟

اگر از علاقه‌مندان به علم نجوم و کیهان‌شناسی باشید، احتمالا با رادیوتلسکوپ‌ها و دلایل استفاده از آن‌ها آشنا هستید. پس، شاید آنچه در این بخش بیان شده، برایتان چندان جدید و جذاب نباشد؛ اما اگر اطلاعات کمتری در‌این‌زمینه دارید، بهتر است به مطالعه‌ی این بخش ادامه دهید.

نور مرئی، تنها بخش کوچکی از طیف الکترومغناطیسی است که چشم انسان می‌بیند و امواجی که طول موج آن‌ها خارج از محدوده‌ی نور مرئی باشند، چشم انسان نمی‌بیند. اگر به تصویر زیر نگاه کنید، با افزایش طول امواج در محدوده‌ی نور مرئی، بیشتر به رنگ قرمز و با کاهش طول امواج در این محدوده، به رنگ آبی نزدیک می‌شویم.

طیف الکترومغناطیسی / Electromagnetic Spectrum

طیف الکترومغناطیسی

افزون‌براین، می‌دانیم جهان هستی در‌حال‌گسترش است و اجزای این جهان در‌حال‌دورشدن از یکدیگر هستند. وقتی به پهنه‌ی بی‌کران آسمان می‌نگریم، نور ساطع‌شده از اجسامی که در‌حال‌دور‌شدن هستند، با طول موج بلندتری به ما می‌رسند؛ به‌همین‌دلیل، اجسام دورتر بیشتر به رنگ قرمز یا رنگ‌هایی نزدیک به آن دیده می‌شوند.

تصویر پایین، تصویری موسوم به «زمینه‌ی ژرف هابل» (Hubble Deep Field) است که قسمتی از صورت فلکی خرس بزرگ (دُبّ اکبر) را نشان می‌دهد. در این تصویر، کهکشان‌های مختلفی مشاهده می‌شوند؛ اما آنچه بیشتر می‌تواند مهم باشد، این است که در این تصویر، برخی نقاط به رنگ‌ سفید یا نزدیک به سفید و برخی دیگر به رنگ قرمز یا نزدیک به رنگ قرمز هستند.

زمینه‌ی ژرف هابل / Hubble Deep Field

زمینه‌ی ژرف هابل

این نقاط قرمزرنگ، ستاره‌ها و کهکشان‌هایی را نشان می‌دهند که از ما دورترودورتر می‌شوند. بااین‌حال، مشکل این است که با دورترشدنِ آن‌ها، امواجی که به ما می‌رسند، طول موج بلندتری خواهند داشت، تا جایی‌که از محدوده‌ی نور مرئی خارج می‌شوند و به محدوده‌ی امواج فروسرخ تا امواج رادیویی وارد می‌شوند. این پدیده که از آن با نام Redshift یاد می‌شود، باعث می‌شود برای دیدن اجسام دورتر که با چشم دیده نمی‌شوند، نیازمند استفاده از ابزارهای دیگری باشیم.

رادیوتلسکوپ چیست؟

مانند تلسکوپ‌های بصری که نور مرئی را جذب و در نقطه‌ای متمرکز می‌کنند تا امکان تحلیل تصاویر دریافتی وجود داشته باشد، رادیوتلسکوپ‌ها هم امواج ضعیف رادیویی را جمع‌آوری و متمرکز می‌کنند تا بتوان آن‌ها را تحلیل کرد. دانشمندان از رادیوتلسکوپ‌ها برای بررسی ستاره‌ها، کهکشان‌ها، سیاه‌چاله‌ها و دیگر اجرام و پدیده‌های کیهانی استفاده می‌کنند.

این ابزارها امکان مطالعه‌ی امواج رادیویی و مایکروویو با طول‌ موج ۱۰ متر تا ۱ میلی‌متر را فراهم می‌کنند که از اجرام کیهانی ساطع می‌شوند. اتمسفر زمین امواج رادیویی را بازتاب می‌دهد که طول موج آن‌ها بیش از ۱۰ متر است و به سطح زمین نمی‌رسند. البته، اتمسفر بسیاری از امواج را جذب می‌کند که طول موج آن‌ها کوتاه‌تر از یک سانتی‌متر است و به زمین نمی‌رسند. دراین‌میان، موج‌هایی با طول ۱ تا ۲۰ سانتی‌متر با کمترین تداخل از جوّ زمین عبور می‌کنند و امکان اصلاح و تحلیل آن‌ها ازطریق نرم‌افزارهای پردازش‌گر سیگنال‌های رادیویی وجود دارد.

رادیو تلسکوپ فست / FAST Radio Telescope

FAST، بزرگ‌ترین رادیوتلسکوپ جهان

دلیل بزرگ‌بودن رادیوتلسکوپ‌ها چیست؟

همان‌گونه که پیش‌ازاین گفته شد، کارکرد رادیوتلسکوپ‌ها تاحدی شبیه به تلسکوپ‌های بصری است؛ اما ازآنجا‌که طول امواج رادیویی به‌مراتب بزرگ‌تر از طول امواج نور مرئی است، رادیوتلسکوپ‌ها ابعاد بزرگی باید داشته باشند. این ابزارها مولفه‌ای به‌نام «قدرت تفکیک‌پذیری زاویه‌ای» یا «وضوح فضایی» دارند. این مؤلفه نشان‌دهنده‌ی قدرت رادیوتلسکوپ‌ها برای تشخیص جزئیات بیشتر در بخشی از آسمان است. بدیهی است که با بزرگ‌ترشدن تلسکوپ، وضوح فضایی آن نیز افزایش می‌یابد.

دیش ۵۰۰ متری FAST، بزرگ‌ترین نمونه‌ی موجود در جهان است

به‌همین‌دلیل، رادیوتلسکوپ‌هایی مانند آرسیبو و FAST ابعاد بسیار بزرگی دارند تا بتوانند جزئیات بیشتری دریافت کنند. علاوه‌براین، امواجی که از اجرام آسمانی به سطح زمین می‌رسند، بسیار ضعیف هستند تا جایی‌که سیگنال‌های تلفن‌همراه می‌توانند یک‌میلیون‌ بار از این امواج قوی‌تر باشند. باتوجه‌به این موضوع، اکثر رادیوتلسکوپ‌ها علاوه‌بر بزرگ‌بودن، در نقاطی دور از مناطق مسکونی قرار دارند.

پیشینه‌ی رادیوتلسکوپ FAST

حال که با رادیوتلسکوپ‌ها و چگونگی کارکردشان و دلایل بزرگ‌بودن آن‌ها آشنا شدیم، می‌توانیم صحبت درباره‌ی FAST را شروع کنیم. اولین‌بار طرح ساخت این رادیوتلسکوپ در سال ۱۹۹۴ ارائه شد تا اینکه در سال ۲۰۰۷، کمیسیون ملی توسعه و اصلاحات چین طرح نهایی پروژه را تأیید کرد. مأموریت رهبری این پروژه نیز به پروفسور نان رندونگ، اخترشناس سرشناس و فقید چینی واگذار شد.

پروفسور نان رندونگ / Prof. Nan Rendong

نان رندونگ

یکی از مشکلات اصلی، پیداکردن مکانی مناسب برای ساخت FAST بود. به‌منظور پیداکردن مکان مناسب، تحقیقات متعددی درزمینه‌ی توپوگرافی، آب‌شناسی، مشکلات ساخت تلسکوپ و بناهای پشتیبان آن انجام شدند. پس از ۱۴ سال تحقیقات جغرافیایی، اقلیمی و اجتماعی و انجام شبیه‌سازی مهندسی در مقیاس وسیع روی ۴۰۰ منطقه برای ساخت تلسکوپ، ۳۰۰ درّه به‌عنوان نامزدهای نهایی انتخاب شدند. از میان این ۳۰۰ درّه، درّه‌ی داوودانگ در منطقه‌ی پینگ‌تانگ در استان گویژو چین برای ساخت FAST انتخاب شد.

وجود مسیر طبیعی برای خروج آب، قرارگرفتن در میان کوه‌های بلند که نقش نوعی حفاظ طبیعی را بازی می‌کنند و فاصله‌ی ۵ کیلومتری از منابع اصلی امواج رادیویی ازجمله دلایل انتخاب این منطقه بودند. علاوه‌براین، تحقیقات نشان داده بودند پیش‌ازاین، هیچ زلزله‌ی درخورتوجهی در این منطقه ثبت نشده است. همچنین، داده‌های هواشناسی نیز نشان می‌دهند بارش برف در این منطقه بسیار محدود است و سابقه‌ی یخ‌بندان در پیشینه‌ی هواشناسی این درّه وجود ندارد. عمق درّه نیز به‌گونه‌ای است که زاویه‌ی اوج ۴۰ درجه‌ای را برای تلسکوپ فراهم می‌کند. عرض جغرافیایی این منطقه (۲۶ درجه‌ی شمالی) هم امکان مشاهده‌ی بیشتر اجرام کهکشانی جنوبی را فراهم می‌سازد.

رادیو تلسکوپ فست / FAST Radio Telescope

مراحل اولیه‌ی ساخت FAST

پیش از شروع پروژه، روستای کوچکی با ۶۵ سرنشین تخلیه شد که در این دره سکونت داشتند و ساکنان آن به مکان دیگری منتقل شدند. برای پیش‌گیری از تداخلات رادیویی، بیش از ۹,۰۰۰ نفر که در شعاع ۵ کیلومتری این منطقه سکونت داشتند، به مکان‌های دیگری انتقال داده شدند. این نقل‌‌مکان‌ها چندان هم بی‌دردسر نبودند. برای نمونه، حدود ۵۰۰ خانواده از دولت محلی شکایت کردند. به‌ادعای این خانواده‌ها، آن‌ها نه‌تنها خسارتی از دولت دریافت نکرده بودند؛ بلکه در برخی مواقع، به‌صورت غیرقانونی بازداشت هم شده بودند. جابه‌جایی جمعیتی نزدیک به ۱۰,۰۰۰ نفر برای چینی‌ها بدون هزینه نبود و دولت چین مجبور شد تا مبلغی درحدود ۲۶۹ میلیون دلار را به این افراد اختصاص دهد. این مبلغ در قالب کمک‌های نقدی و وام‌های بانکی با هدف تهیه‌ی مسکن به مردم پرداخت شد.

کلنگ احداث این رادیوتلسکوپ در ۲۶دسامبر‌۲۰۰۸ (برابر با ۶دی‌۱۳۸۷) به زمین زده‌ شد؛ اما به‌واسطه‌ی زمان‌بربودن فرایند آماده‌سازی محل احداث تلسکوپ، بیش از دو سال بعد و در مارس۲۰۱۱ فرایند اصلی ساختش شروع شد. برای آماده‌سازی محل ساخت‌وساز، جاده‌های زیادی به‌سمت درّه‌ی اصلی باید احداث شوند. خروج مواد تخلیه‌شده از درّه و رساندن تجهیزات و ملزومات ساخت‌وساز به درّه نیز با مشکلات فراوانی روبه‌رو بود. با‌این‌اوصاف، فرایند اصلی ساخت تلسکوپ ۵ سال بعد و در ۳ژوئیه‌ی۲۰۱۶ (برابر با ۱۳‌تیر۱۳۹۵)، با نصب آخرین پنل از دیشِ تلسکوپ به‌پایان رسید.

رادیو تلسکوپ فست / FAST Radio Telescope

لحظه‌ی نصب آخرین پنل FAST

بودجه‌ی اولیه برای ساخت FAST مبلغ ۷۰۰ میلیون یوآن (معادل ۱۰۴ میلیون دلار) بود؛ اما درنهایت، توسعه و ساخت این ابزار بیش از ۱.۲ میلیارد یوآن (معادل ۱۷۸ میلیون دلار) بودجه را به‌خود اختصاص داد. دورافتاده‌بودن محل قرارگیری تلسکوپ و تهیه‌ی پوشش محافظ برای محافظت از تلسکوپ درمقابل تداخلات رادیویی، ازجمله دلایل افزایش هزینه‌ی پروژه بودند.

درحال‌حاضر، این تلسکوپ با نام «تلسکوپ کروی با دیافراگم پانصدمتری» (Five hundred meter Aperture Spherical Telescope) یا به‌اختصار FAST شناخته می‌شود؛ هرچند چینی‌ها از آن به‌نام «تیان‌یان» به‌معنای «چشم آسمان» یاد می‌کنند.

طراحی FAST

براساس امواج رادیویی دریافتی و نوعِ کاربری، رادیوتلسکوپ‌ها در اشکال مختلف ساخته می‌شوند. برخی از آن‌ها همچون ALMA و SKA ساختاری آرایه‌ای دارند و از گیرنده‌های متعدد تشکیل می‌شوند. برخی دیگر همچون FAST و آرسیبو نیز، از نوع تک‌دیش هستند که به‌‌دلیل دیش‌های بزرگشان شناخته می‌شوند.

میزان حساسیت FAST سه‌برابر بیشتر از آرسیبو است

هرکدام از انواع رادیوتلسکوپ کاربردهای خاص خود را دارند. به‌طور نمونه، برای اندازه‌گیری دقیقِ ساختارهای بزرگ در بخشی از آسمان، تلسکوپ‌های تک‌دیش، تنها انتخاب پیش‌ روی ستاره‌شناسان خواهد بود؛ اما درصورت نیاز به افزایش وضوح فضایی در مقیاس‌های بسیار بزرگ، از تلسکوپ‌های آرایه‌ای استفاده می‌شود.

ساختار دیش FAST

همان‌گونه که گفته‌شد، FAST از انواع رادیوتلسکوپ‌های تک‌دیش است. در این رادیوتلسکوپ، امواج رادیوییِ تابیده‌شده به‌‌سمتِ دیش، در نقطه‌ای متمرکز می‌شوند و به‌طور معمول گیرنده‌ی نصب‌شده در بالای دیش آن را دریافت می‌کند.

دیش ۵۰۰ متری FAST بزرگ‌ترین نمونه‌ی موجود در جهان است و به‌واسطه‌ی طراحی نوآورانه‌ی خود از توانایی تغییر شکل برخوردار است. به‌لطف ویژگی تغییرشکل، برخلاف تلسکوپ‌هایی همچون آرسیبو، در چشم آسمان نقطه‌ی تمرکز دیش متغیر است و این تلسکوپ می‌تواند بخش‌های مختلفی از پهنه‌ی آسمان را هدف قرار دهد.

رادیو تلسکوپ فست / FAST Radio Telescope

نحوه‌ی تغییروضعیت دیش

درحقیقت، دیش FAST از ۴,۴۵۰ پنل کوچک ساخته شده که همچون قطعات پازل کنارهم قرار گرفته‌اند. ده‌هزار کابل هم ازطریق ۲,۲۵۰ مفصل متحرک به این پنل‌ها نصب شده‌اند تا امکان تغییر شکل و نقطه‌ی تمرکز دیش وجود داشته باشد. گفتنی است نرم‌افزاری اختصاصی نیز وظیفه‌ی کنترل شکل دیش را برعهده دارد. برای کاهش وزن، پنل‌های دیش از توری‌های فلزی تهیه شده‌اند. این ساختار امکان عبور نورخورشید از پنل‌ها را فراهم می‌کند تا گیاهانی که پشت دیش قرار دارند، بتوانند به رشد خود ادامه دهند. این موضوع بدین‌دلیل مهم است که همین گیاهان موجب تثبیت خاک و محکم‌ترشدن زمین می‌شوند که خود نوعی مزیت طبیعی است.

از این تلسکوپ با عنوان تلسکوپی با دیافراگم ۵۰۰ متری نام برده می‌شود؛ اما درعمل، این تلسکوپ می‌تواند در هر لحظه یک سهمی با شعاع ۳۰۰ متر تشکیل و پهنه‌ای از آسمان را هدف قرار دهد. قطعات متحرک دیش امکان اصلاح هرگونه ابیراهی کروی را به‌صورت لحظه‌ای فراهم می‌کنند تا امکان دستیابی به پولاریزاسیون کامل و محدوده‌ی گسترده‌ای از باندها بدون نیاز به سیستم‌های تغذیه‌ی پیچیده وجود داشته باشد. ابیراهی کروی به‌هم‌ریختگی‌های سیگنال است که به‌دلیل نامناسب‌بودن سطح دیش پدید می‌آیند. وظیفه‌ی طراحی و ساخت این دیش برعهده‌ی شرکت صنایع فناوری الکترونیک چین است و شرکت مهندسی صنایع سنگین ووچانگ آن را نصب کرده است.

رادیو تلسکوپ فست / FAST Radio Telescope

محدوده‌ی پوشش دیش

کابین گیرنده‌ی معلق

کابین گیرنده‌ی معلق یا «کابین تمرکز»، ابزاری به وزن ۳۰ تُن است که به‌صورت معلق بالای دیش FAST نصب شده است. گیرنده‌های نصب‌شده درون کابین وظیفه‌ی دریافت سیگنال‌های متمرکزشده به‌وسیله‌ی دیش را برعهده دارند و کلّ کابین با ۶ کابل که به ۶ ستون نگه‌دارنده وصل شده‌اند، در بالای دیش قرار گرفته است.

رادیو تلسکوپ فست / FAST Radio Telescope

کابین گیرنده با کابل‌های اتصال

برای حفظ تعادل کابین، از نرم‌افزاری اختصاصی استفاده می‌شود که میزان بارِ واردشده بر هر کابل را به‌صورت جداگانه تنظیم می‌کند. باتوجه‌به وضعیت دیش، این سیستم می‌تواند کابین را به‌دقت ۱۰ میلی‌متر در نقطه‌ی موردنیاز برای دریافت سیگنال قرار دهد. جالب اینجا است که امواج رادیویی ساطع‌شده از ابزارهای درونِ این کابین به محیط بیرون نشت نمی‌کنند و ازاین‌لحاظ تداخل رادیویی با امواج دریافتی از آسمان به‌وجود نمی‌آید.

گیرنده‌های درون کابین باند‌های مختلفی در محدوده‌ی فرکانس ۷۰ مگاهرتز تا ۳ گیگاهرتز پوشش می‌دهند. این گیرنده‌ها روی نوعی پلتفرم استوارت نصب‌ شده‌اند تا امکان تنظیم جهت آن‌ها وجود داشته باشد. دو حسگر لیزری وظیفه‌ی کنترل جهت‌گیریِ گیرنده‌ها را برعهده دارند و چهار حسگر لیزری دیگر هم برای کنترل موقعیت کابین استفاده می‌شوند.

رادیو تلسکوپ فست / FAST Radio Telescope

گیرنده‌ی نصب‌شده روی پلتفرم استوارت

جالب این است که مکان کابین و گیرنده‌ها و دیش تلسکوپ پیش از دریافت سیگنال تنظیم نمی‌شود؛ بلکه دانشمندان می‌توانند به‌صورت آنی و در هر لحظه، ساختار و موقعیت دیش و کابین و گیرنده‌های سیگنال را تغییر دهند. برای مثال، در موقعیتی که تلسکوپ در‌حال‌تعقیب هدف در آسمان است، امکان تغییر زاویه‌ی دیش و دیگر اجزاء با حداکثر سرعت ۱۵ درجه در ساعت وجود دارد.

دیگر اجزای FAST

علاوه‌بر دیش و کابین معلق، بخش‌های دیگری نیز برای کنترل تلسکوپ و انتقال و پردازش داده‌های دریافی توسعه یافته‌اند. مجموعه‌ی فیبر نوری با پهنای باند فراوان وظیفه‌ی انتقال سریع داده‌ها تا فاصله‌ی سه کیلومتری را برعهده دارند. ترمینال‌های پردازش داده‌های دیجیتال نیز پردازش داده‌های دریافتی را برعهده دارند. ساعتی هیدروژنی درکنار استاندارد زمان فراهم‌شده به‌وسیله‌ی GPS هم برای تعیین دقیق زمان به‌کار گرفته می‌شوند. مجموعه‌ای از سیستم‌های نظارت و عیب‌یابی نیز برای نظارت و رفع سریع عیوب در سیستم‌های مختلف ایجاد شده‌اند.

سیستم پردازش داده‌ی FAST را به‌طور مشترک مرکز بین‌المللی اخترشناسی رادیویی و رصدخانه‌ی جنوبی اروپا توسعه داده‌اند تا داده‌های جمع‌آوری‌شده‌ی تلسکوپ را تجزیه‌و‌تحلیل کنند. این نرم‌افزار نسل جدید سیستم بایگانی (Next Generation Archive System) یا به‌اختصار NGAS شناخته می‌شود. این نرم‌افزار به‌ویژه در مطالعات مربوط‌به ستاره‌های نوترونی چرخان و جست‌وجو برای نشانه‌های حیات فرازمینی استفاده می‌شود. NGAS امکان جمع‌آوری و جابه‌جایی و ذخیره‌سازی حداکثر سه پتابایت داده‌ی جمع‌آوری‌شده در سال را برای محققان فراهم می‌کند.

رادیو تلسکوپ فست / FAST Radio Telescope

یکی از اتاق‌های کنترل FAST

مشکلات کنونی

اتمام فرایند ساخت FAST، تنها به‌منزله‌ی پایان مشکلات نبود. ازآنجاکه این رادیوتلسکوپ در نوع خود بی‌نظیر است، نه‌تنها ساخت آن، بلکه استفاده از آن هم مشکلاتی برای سازمان‌های علمی چین و دست‌اندرکاران آن‌ها ایجاد کرده است.

یکی از این مشکلات، پیداکردن افراد زبده و توانمند برای به‌کارگیری این تلسکوپ است. از یک سو، استفاده از این دستاورد تحسین‌برانگیز مهندسی به استخدام کارکنان زیادی نیاز دارد و از سوی دیگر، قرارداشتنِ آن در منطقه‌ای دورافتاده باعث می‌شود بسیاری از مهندسان و اخترشناسان به کار در رصدخانه‌ی FAST بی‌علاقه باشند. مشکل بزرگ‌تر این است که فقط تعداد انگشت‌شماری از دانشمندان چینی در حوزه‌ی ستاره‌شناسی رادیویی تخصص دارند. همین معضل مقام‌های چینی را وادار کرده دانشمندانی از دیگر نقاط جهان استخدام کنند.

ضریب خرابی بخش‌های متحرک تلسکوپ بیش از مقدار پیش‌بینی‌شده است

علاوه‌بر مسئله‌ی کمبود کارکنان، بسیاری از پژوهشگران هنوز نمی‌دانند چگونه می‌توان از تمامی ظرفیت‌های FAST استفاده کرد. هرچند بخش سخت‌افزاری کار به‌پایان رسیده، برای استفاده‌ی بهینه از این سخت‌افزار، نرم‌افزارهای جدید و متعددی برای پردازش و تحلیل سیگنال‌های دریافتیِ تلسکوپ باید توسعه پیدا کنند.

رادیو تلسکوپ فست / FAST Radio Telescope

مفاصل متحرک FAST امکان تغییرشکل دیش را فراهم می‌کنند

سختی‌ها و پیچیدگی‌های مرتبط با حفظ و نگه‌داری این رادیوتلسکوپ هم روی دیگرِ سکه است. با وجود توضیحات پیشین، نمی‌توان کتمان کرد FAST سازه‌ای بسیار پیچیده است و نگه‌داری و تعمیر آن کار آسانی نیست. در‌حال‌حاضر، ضریب خرابی بخش‌های متحرک این رادیوتلسکوپ بیش از میزان پیش‌بینی‌شده است و تلاش برای رفع این مسئله ادامه دارد.

درنهایت، نباید جذابیت FAST برای گردشگران را هم فراموش کرد. بسیاری از افراد، ازجمله اخترشناسی، دوست دارند این رادیوتلسکوپ را از نزدیک ببینند و مقام‌های محلی نیز این مسئله را به‌عنوان موقعیتی اقتصادی قلمداد می‌کنند. بااین‌حال از نگاه دانشمندان، ابزارهای ارتباطی روزمره که گردشگران با خود حمل می‌کنند، یکی از منابع اصلی تداخل رادیویی هستند و ممکن است استفاده از FAST را با اشکال روبه‌رو کنند.

رادیو تلسکوپ فست / FAST Radio Telescope

سکوی اختصاصی بازدیدکنندگان FAST

مأموریت و یافته‌های FAST

مهندسی بی‌نظیر استفاده‌شده در FAST باعث شده این رادیوتلسکوپ ازلحاظ حساسیت به سیگنال‌های دریافتی، سه‌برابر حساس‌تر از آرسیبو باشد؛ اما هدف از ساخت این تلسکوپ چیست و تاکنون چه دستاوردی داشته است؟ به‌طورکلی، تحقیق درباره‌ی قوانین حاکم بر جهان هستی، ازجمله اهداف ساخت این رادیوتلسکوپ است. این تحقیقاتی می‌توانند نگاه ما به جهان را تغییر دهند.

یکی از فعالیت‌های اصلی‌ تحقیقاتی انجام‌شده به‌کمک FAST، مشاهده‌ی تپ‌اخترها است. اندازه‌ی بزرگ‌تر و حساسیت بیشتر به چشم آسمان اجازه می‌دهد تا تپ‌اخترها را از فواصل دورتری شناسایی کند. تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای و تپ‌اخترهای دوتایی و تپ‌اخترهای فراکهکشانی ازجمله اهداف پژوهشی این رادیوتلسکوپ هستند.

حدودا یک‌ سال پس از شروع فعالیت آزمایشی FAST، دانشمندان توانستند دو تپ‌اختر را به‌کمک این تلسکوپ کشف کنند. این دو تپ‌اختر که با نام‌های PSR J1859-01 و PSR J1931-01 ثبت شده‌اند، در اوت۲۰۱۷ کشف شده‌اند و چند ماه بعد، تلسکوپ پارکس در استرالیا نیز آن‌ها را تأیید کرده است. در فوریه‌ی۲۰۱۸ نیز پژوهشگران موفق شدند تپ‌اختر میلی‌ثانیه‌ای را به‌کمک FAST کشف کنند. مدتی بعد، تحقیقاتی تلسکوپ «فرمی» این کشف را نیز تأیید کرد. براساس آمار موجود، دست‌ِکم تا آوریل‌۲۰۱۸، FAST توانسته ۲۰ تپ‌اختر جدید شناسایی کند.

FAST می‌تواند تپ‌اخترها را از فواصل دورتری شناسایی کند

پیوستن به شبکه‌ی تداخل‌سنجی خط‌‌پایه‌ی بسیار طولانی (VLBI) از دیگر اهداف FAST است. در تکنیک «تداخل‌سنجی خط‌پایه‌ی بسیار طولانی»، سیگنال‌های دریافتیتلسکوپ‌های مختلف ترکیب می‌شوند تا با مقایسه‌ی آن‌ها، داده‌هایی دقیق‌تر با جزئیات بیشتر حاصل شوند. علاوه‌براین، تکنیک تداخل‌سنجی خط‌پایه‌ی بسیار طولانی به دانشمندان اجازه می‌دهد تا جابه‌جایی صفحات تکتونیکی زمین را هم بررسی کنند. تعیین مکان دقیق قاره‌ها و کشورها و نظارت بر جهت‌گیری زمین در فضا ازجمله دیگر دستاورد‌های تکنیک تداخل‌سنجی خط‌پایه‌ی بسیار طولانی هستند.

از دیگر اهداف طراحی و ساخت چشم آسمان کشف ارتباطات بین‌سیاره‌ای و جست‌وجو برای هوش فرازمینی هستند. فرصت ما برای کشف حیات فرازمینی ممکن است بسیار محدود باشد؛ اما چنین کشفی می‌تواند جهان را تحت‌تأثیر قرار دهد. در جست‌وجو برای هوش فرازمینی، دانشمندان به‌طور خاص به‌دنبال یافتن امواج الکترومغناطیسی مصنوعی هستند که موجودات دارای آگاهی تولید کرده‌اند. با وجود تداخل حاصل دیگر امواج کهکشانی و محدودیت امواجی که به سطح زمین می‌رسند، پژوهشگران معتقدند باید روی امواجی با بسامد ۱ تا ۳ گیگاهرتز متمرکز شد.

Breakthrough Listen

جست‌وجو برای هوش فرازمینی یکی از اهداف FAST است

در‌حال‌حاضر، تلسکوپ ۶۵ متری پارکس در استرالیا ازجمله تلسکوپ‌هایی است که برای جست‌وجوی حیات فرازمینی به‌کار می‌رود و می‌تواند سیگنال‌هایی را تا مسافت ۴.۵ سال نوری کشف کند. آرسیبو نیز حداکثر می‌تواند سیگنال‌هایی تا مسافت ۱۸ سال نوری را کشف کند؛ اما این رقم برای FAST به ۲۸ سال نوری می‌رسد و بااین‌اوصاف، چشم آسمان می‌تواند سیگنال‌های ارسال‌شده از ۱۴۰۰ ستاره‌ی مختلف را کاوش کند. تلسکوپ غول‌پیکر چینی‌ها در اکتبر۲۰۱۶ به پروژه‌ی Breakthrough Listen پیوست تا درکنار تلسکوپ Green Banks و پارکس، نشانه‌های هوش فرازمینی را جست‌وجو.

جالب این است که در ژانویه‌ی‌۲۰۱۹، برخی وب‌سایت‌ها اخباری منتشر کردند که به دریافت سیگنال‌هایی از موجودات فرازمینی به‌وسیله‌ی FAST اشاره می‌کردند. باوجوداین، دانشمندان با رد این ادعاها، احتمال دادند این سیگنال‌ها درواقع، پالس‌های رادیویی سریعی (FRB) هستند که به‌طور معمول، دیگر رادیوتلسکوپ‌ها هم کشف می‌‌کنند. هرچند منبع این سیگنال‌ها به‌طور قطع مشخص نیست، دلیلی برای نسبت‌دادن آن‌ها به موجودات فرازمینی هم وجود ندارد.

تحقیقات گسترده درباره‌ی هیدروژن خنثی و آرایه‌ی زمان‌سنجی تپ‌اخترها و کشف مولکول‌های بین‌ستاره‌ای نیز از دیگر اهداف پژوهشی FAST هستند.

رادیو تلسکوپ فست / FAST Radio Telescope

جمع‌بندی

احتمالا در یک یا دو دهه‌ی آینده، چشم آسمان همچنان عنوان بزرگ‌ترین رادیوتلسکوپ تک‌دیش جهان را یدک خواهد کشید. FAST فقط دستاورد خیره‌کننده‌ی مهندسی نیست؛ بلکه ابزاری است که می‌تواند دنیای اخترشناسی رادیویی را متحول کند. این ابزار می‌تواند به انسان‌ها کمک کند به یافته‌های دقیق‌تری درباره‌ی سرمنشأ جهان هستی دست پیدا کنند و نادانسته‌های مربوط‌به وجود سیاره‌ها و ستاره‌ها را کشف و هوش فرازمینی را جست‌وجو کنند.

این رادیوتلسکوپ را می‌توان به‌عنوان نمادی از امتداد قانون مور قلمداد کرد؛ چراکه درکنار سازه‌ی عظیم دیش و کابین گیرنده، هزاران رایانه وظیفه‌ی کنترل و تحلیل داده‌های دریافتی آن را برعهده دارند. این داده‌ها می‌توانند نگاه ما به جهان هستی را تغییر دهند.

درباره محمد حسینی راد

چند سالی هست که در دنیای دیجیتال مشغول فعالیتم. کارشناسی ارشد نرم افزار خوندم و از اینکه دارم مطالب مرتبط با زمینه کاری خودم را انتشار می دهم بسیار خرسندم.

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *