FAST (радиотелескоп)

FAST
FAST
	кит. 五百米口径球面射电望远镜
Тип	радиотелескоп
Расположение	Китай, провинция Гуйчжоу, Цяньнань-Буи-Мяоский автономный округ, уезд Пинтан
Координаты	25°39′11″ с. ш. 106°51′24″ в. д.HGЯO
Длины волн	0,1 м – 4,3 м
Дата начала работы	3 июля 2016
Диаметр	500 м
Эффективная площадь	196 000 м²;
Фокусное расстояние	140 м
Сайт	fast.bao.ac.cn
Дополнительно
	Частоты 70 МГц － 3 ГГц
	Медиафайлы на Викискладе

FAST (кит. 五百米口径球面射电望远镜, англ. Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope — «Сферический телескоп с пятисотметровой апертурой»), известный также как «Тьяньян» (кит. 天眼, «Небесное око») — радиотелескоп на юге Китая, в провинции Гуйчжоу^[2]^[3]. После окончания строительства в 2016 году и сдачи в эксплуатацию FAST стал самым большим в мире радиотелескопом с заполненной апертурой, его диаметр — 500 метров (существует радиотелескоп с незаполненной апертурой большего диаметра — российский 576‑метровый радиотелескоп РАТАН‑600^[4]). На его строительство было затрачено более 185 млн долларов^[5].

Радиотелескоп позволит учёным изучать формирование и эволюцию галактик, тёмную материю, исследовать объекты эпохи реионизации и решать другие научные задачи^[6].

История создания

Июль 1994 года — начало разработки концепта радиотелескопа.
Октябрь 2008 года — начало проектирования радиотелескопа.
В 2011 году начато строительство телескопа^[2], с марта этого года учёные, инженеры и строители временно поселились в одном из отдалённых горных ущелий уезда Пинтан Цяньнань-Буи-Мяоского автономного округа провинции Гуйчжоу, (Юго-Западный Китай)^[7].
Июль 2015 года — начат монтаж отражающих элементов^[8]. По конструкции он схож с радиотелескопом обсерватории Аресибо и также располагается в естественном углублении^[4].
3 июля 2016 года специалисты установили последний из 4450 треугольных отражателей, из которых состоит радиотелескоп. Это ознаменовало завершение основного сооружения гигантского астрономического прибора^[6]^[9].
Непосредственные наблюдения при помощи телескопа должны начаться в конце сентября 2016 года^[10], после настройки сетей и вспомогательного оборудования. На расстоянии 10 км от телескопа вводится запрет строительства и режим радиомолчания^[11], переселены около 8—9 тысяч человек, проживавших на расстоянии менее 5 км от телескопа^[12].
25 сентября 2016 года — начало работы радиотелескопа FAST^[13]. Как ожидается, китайские астрономы получат приоритет для работы на FAST в первые два-три года его существования, затем объект будет открыт для учёных по всему миру^[14].
11 января 2020 года радиотелескоп FAST прошёл государственную приёмку и был официально введён в эксплуатацию^[15].

Характеристики

Телескоп FAST использует фиксированный основной рефлектор, размещённый в естественном карстовом углублении, который отражает радиоволны на приёмник, подвешенный на высоте 140 метров над ним. Рефлектор изготовлен из перфорированных алюминиевых панелей, поддерживаемых сеткой из стальных тросов, свисающих с обода.

Поверхность рефлектора FAST образована из 4450^[16] треугольных панелей, каждая размером 11 метров^[17], размещённых в форме геодезического купола. Актуаторы, размещённые под ними, позволяют сформировать активную оптическую поверхность^[18].

Над рефлектором на тросах установлена легкая кабина, перемещаемая кабельными роботами, расположенными на шести опорных мачтах^[19]^:13. Приёмные антенны установлены под ней на платформе Гью — Стюарта, которая позволяет более точно их позиционировать и компенсировать различные возмущающие воздействия, например от ветра^[19]^:13. Точность позиционирования антенн запланирована на уровне 8 угловых секунд^[20]^:24^[21]^:179.

FAST может фокусироваться на направлениях, составляющих угол до ±40° от зенита^[19]^:4. Из-за виньетирования эффективная апертура сохраняется лишь при углах не более ±30°^[20]^:13.

Несмотря на общий диаметр отражателя в 500 метров, эффективный диаметр отражателя, используемый в каждый момент времени при наблюдениях, составляет лишь 300 метров. В этом диаметре при помощи актуаторов поддерживается параболическая форма^[19]^:3. Несмотря на отсутствие единого 500-метрового отражателя и его асферичность, проект сохранил оригинальное название «Радиотелескоп с пятисотметровой сферической апертурой».

Частоты работы — от 70 МГц до 3 ГГц^[22], обеспечиваемые 9 приёмниками^[20]^:30. Полоса 1,23—1,53 ГГц вблизи линии нейтрального водорода (21 см) обеспечивается 19-лучевым приёмником, созданным CSIRO в рамках коллаборации ACAMAR между Австралийской и Китайской академиями наук^[23].

Сравнение с Аресибо

Радиотелескоп FAST по своей конструкции похож на радиотелескоп обсерватории Аресибо, расположенный в Пуэрто-Рико. Они оба расположены в естественных углублениях, составлены из перфорированных алюминиевых панелей и используют движущийся над ними комплект приёмного оборудования. Кроме размера (отражатель Аресибо имеет диаметр 1000 футов, то есть 305 м) между ними есть ряд различий^[18]^[24]^[25].

Отражатель радиотелескопа Аресибо имеет фиксированную сферическую форму. Несмотря на то, что панели также подвешены на стальных кабелях, их натяжение изменяется вручную для точной настройки формы^[18]. Форма отражателя зафиксирована, и над ним подвешено два дополнительных рефлектора для коррекции сферических аберраций^[26].

Приёмная платформа Аресибо находится в фиксированном положении над отражателем. Для удержания тяжёлых дополнительных отражателей основная система кабельных подвесов выполнена статической. Имеется лишь небольшой участок, позволяющий компенсировать температурное расширение^[18]^:3. Антенны закреплены на вращающейся площадке под приёмной платформой^[18]^:4. Уменьшенный диапазон передвижения приёмников позволяет наблюдать за объектами, располагающимися не далее 19,7° от зенита^[27].

Отражатель FAST значительно более глубокий, чем у Аресибо, что также способствует большему полю обзора. При диаметре на 64% больше у отражателя FAST 300-метровый радиус кривизны^[19]^:3, тогда как у Аресибо — 870 футов (265 м)^[27], и в FAST формируется дуга в 113°—120° градусов^[19]^:4, по сравнению с 70° для Аресибо. Хотя Аресибо способен использовать полную 305-метровую апертуру при наблюдении объектов в зените, чаще используются наблюдения под наклоном с эффективной апертурой в 725 футов (221 м)^[18]^:4.

Платформа с оборудованием на телескопе Аресибо больше, и на ней установлено несколько передатчиков, что делает его одним из двух крупных радиотелескопов, которые можно использовать в радиолокационной астрономии. Система NASA «Planetary Radar System» позволяет Аресибо изучать ионосферу, внутренние планеты и выполнять точные измерения орбит околоземных астероидов. Платформа на телескопе FAST значительно меньше и не содержит передающего оборудования.

Обсерватория Аресибо находится ближе к экватору, благодаря чему при вращении Земли бо́льшая часть неба попадает в поле обзора. Аресибо расположен на широте 18,35° с. ш., а FAST — примерно на 7,5° севернее, на 25,80° с. ш.