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Telescopio esférico de quinientos metros de apertura

El telescopio esférico de apertura de quinientos metros ( FAST ; chino :五百米口径球面射电望远镜), apodado Tianyan (天眼, lit. "Ojo del Cielo"), es un radiotelescopio ubicado en la depresión de Dawodang (大窝凼洼地), una cuenca natural en el condado de Pingtang , Guizhou , suroeste de China . [1] FAST tiene un plato de 500 m (1640 pies) de diámetro construido en una depresión natural en el paisaje. Es el radiotelescopio de apertura llena más grande del mundo [2] y el segundo radiotelescopio de apertura única más grande, después del escasamente lleno RATAN-600 en Rusia. [3] [4]

Tiene un diseño novedoso, ya que utiliza una superficie activa compuesta por 4.500 paneles metálicos que forman una parábola móvil en tiempo real. [5] La cabina que contiene la antena de alimentación , suspendida sobre cables por encima de la antena, puede moverse automáticamente mediante cabrestantes para dirigir el instrumento y recibir señales desde diferentes direcciones. Observa en longitudes de onda de 10 cm a 4,3 m. [6] [7]

La construcción del FAST comenzó en 2011. Observó su primera luz en septiembre de 2016. [8] Después de tres años de pruebas y puesta en servicio, [9] se declaró plenamente operativo el 11 de enero de 2020. [10]

El telescopio hizo su primer descubrimiento, de dos nuevos púlsares , en agosto de 2017. [11] Los nuevos púlsares PSR J1859-01 y PSR J1931-02, también conocidos como púlsares FAST n.° 1 y n.° 2 (FP1 y FP2), se detectaron el 22 y el 25 de agosto de 2017; están a 16 000 y 4100 años luz de distancia, respectivamente. El Observatorio Parkes en Australia confirmó de forma independiente los descubrimientos el 10 de septiembre de 2017. Para septiembre de 2018, FAST había descubierto 44 nuevos púlsares, [12] [13] [14] y para 2021, 500. [15]

Historia

FAST en construcción

El telescopio fue propuesto por primera vez en 1994. El proyecto fue aprobado por la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma (NDRC) en julio de 2007. [16] Una aldea de 65 personas fue reubicada del valle para hacer espacio para el telescopio [17] y otras 9.110 personas que vivían dentro de un radio de 5 km (3 mi) del telescopio fueron reubicadas para crear un área sin interferencias de radio . [17] El gobierno chino gastó alrededor de US$269 millones en fondos de alivio de la pobreza y préstamos bancarios para la reubicación de los residentes locales, mientras que la construcción del telescopio en sí costó US$180 millones. [18]

El 26 de diciembre de 2008 se celebró la ceremonia de colocación de los cimientos en el lugar de construcción. [19] La construcción comenzó en marzo de 2011, [20] [21] y el último panel se instaló en la mañana del 3 de julio de 2016. [17] [21] [22] [23]

Originalmente presupuestado en 700 millones de yuanes chinos , [3] : 49  [20] el costo final fue de 1.200 millones de yuanes chinos ( 180 millones de dólares estadounidenses ). [17] [24] Las dificultades significativas encontradas fueron la ubicación remota del sitio y el mal acceso por carretera, y la necesidad de agregar blindaje para suprimir la interferencia de radiofrecuencia (RFI) de los actuadores del espejo primario. [5] Los actuadores fueron rediseñados para cumplir con los requisitos de eficiencia de blindaje y su instalación se completó en 2015. Desde entonces no se ha detectado interferencia de los actuadores. [25]

Las pruebas y la puesta en servicio comenzaron con la primera luz el 25 de septiembre de 2016. [26] Las primeras observaciones se están realizando sin el reflector primario activo, configurándolo en una forma fija y utilizando la rotación de la Tierra para explorar el cielo. [5] Los primeros experimentos científicos posteriores se llevaron a cabo principalmente en frecuencias más bajas [27] mientras se lleva la superficie activa a su precisión de diseño; [28] las longitudes de onda más largas son menos sensibles a los errores en la forma del reflector. Se necesitaron tres años para calibrar los diversos instrumentos para que pudiera estar completamente operativo. [26]

Los esfuerzos del gobierno local por desarrollar una industria turística en torno al telescopio están generando cierta preocupación entre los astrónomos, que temen que los teléfonos móviles cercanos actúen como fuentes de interferencias de radiofrecuencia. [29] La proyección de 10 millones de turistas para 2017 obligará a los funcionarios a decidir entre la misión científica y los beneficios económicos del turismo. [30] [ Necesita actualización ]

El principal impulsor del proyecto [5] fue Nan Rendong , investigador del Observatorio Astronómico Nacional de China , parte de la Academia de Ciencias de China . Ocupó los puestos de científico jefe [23] e ingeniero jefe [5] del proyecto. Murió el 15 de septiembre de 2017 en Boston debido a un cáncer de pulmón. [31]

El 14 de junio de 2022, los astrónomos, trabajando con el telescopio FAST de China, informaron sobre la posibilidad de haber detectado señales artificiales (presumiblemente extraterrestres), pero advirtieron que se requieren más estudios para determinar si algún tipo de interferencia de radio natural puede ser la fuente. [32] [33] Más recientemente, el 18 de junio de 2022, Dan Werthimer , científico jefe de varios proyectos relacionados con SETI , señaló: "Estas señales son de interferencias de radio; se deben a la contaminación de radio de los terrícolas, no de ET" [34]

Descripción general

FAST tiene una superficie reflectante de 500 metros (1.600 pies) de diámetro ubicada en un sumidero natural en el paisaje de roca kárstica , que enfoca las ondas de radio en una antena receptora en una "cabina de alimentación" suspendida 140 m (460 pies) por encima de ella. El reflector está hecho de paneles de aluminio perforados sostenidos por una malla de cables de acero que cuelgan del borde.

La superficie de FAST está formada por 4.450 [17] paneles triangulares de 11 m (36 ft) de lado, [35] en forma de cúpula geodésica . Hay 2.225 tornos ubicados debajo [5] que la convierten en una superficie activa , tirando de las juntas entre los paneles, deformando el soporte del cable de acero flexible en una antena parabólica alineada con la dirección del cielo deseada. [36]

Una de las seis torres de soporte de la cabina de alimentación.

Por encima del reflector hay una cabina de alimentación ligera movida por un robot de cable que utiliza servomecanismos de cabrestante en seis torres de soporte. [21] : 13  Las antenas receptoras están montadas debajo de esta en una plataforma Stewart que proporciona un control de posición preciso y compensa perturbaciones como el movimiento del viento. [21] : 13  Esto produce una precisión de apuntamiento planificada de 8 segundos de arco . [6]

Apertura iluminada de 300 m dentro de una antena de 500 m

El ángulo cenital máximo es de 40 grados cuando la apertura iluminada efectiva se reduce a 200 m, mientras que es de 26,4 grados cuando la apertura iluminada efectiva es de 300 m sin pérdida. [37] [3] : 13 

Aunque el diámetro del reflector es de 500 m (1.600 pies), mantenido en la forma parabólica correcta e "iluminado" por el receptor, solo un círculo de 300 m de diámetro es útil en cualquier momento. [21] : 13  El telescopio puede apuntar a diferentes posiciones en el cielo iluminando una sección de 300 metros de la apertura de 500 metros. (FAST tiene una apertura efectiva más pequeña que el Radio Observatorio de Jicamarca , que tiene una apertura llena de diámetro equivalente a 338 m).

Su frecuencia de trabajo varía de 70 MHz a 3,0  GHz [38] , con el límite superior establecido por la precisión con la que el primario puede aproximarse a una parábola. Podría mejorarse ligeramente, pero el tamaño de los segmentos triangulares limita la longitud de onda más corta que se puede recibir. El plan original era cubrir el rango de frecuencia con 9 receptores. Durante la fase de construcción, se propuso y construyó un receptor de banda ultra ancha de puesta en servicio que cubría de 260 MHz a 1620 MHz, que produjo el primer descubrimiento de púlsar de FAST. [39] En este momento, solo el receptor de banda L de FAST de 19 haces (FLAN [7] ) está instalado y está operativo entre 1,05 GHz y 1,45 GHz.

El Sistema de Archivo de Próxima Generación (NGAS), desarrollado por el Centro Internacional de Investigación en Radioastronomía (ICRAR) en Perth, Australia y el Observatorio Europeo Austral, almacenará y mantendrá la gran cantidad de datos que recopila. [40]

Una zona de cinco kilómetros cerca del telescopio prohíbe a los turistas utilizar teléfonos móviles y otros dispositivos emisores de radio. [41]

Misión científica

El sitio web de FAST enumera los siguientes objetivos científicos del radiotelescopio: [42]

  1. Estudio a gran escala sobre hidrógeno neutro
  2. Observaciones de pulsares
  3. Liderando la red internacional de interferometría de línea de base muy larga (VLBI)
  4. Detección de moléculas interestelares
  5. Detección de señales de comunicación interestelar ( Búsqueda de inteligencia extraterrestre )
  6. Matrices de sincronización de pulsares [43]

El telescopio FAST se unió al proyecto Breakthrough Listen SETI en octubre de 2016 para buscar comunicaciones extraterrestres inteligentes en el Universo. [44]

En febrero de 2020, los científicos anunciaron las primeras observaciones SETI con el telescopio. [45]

El Global Times de China informó que su telescopio FAST de 500 metros (1600 pies) estará abierto a la comunidad científica mundial a partir de abril de 2021 (cuando se revisarán las solicitudes) y entrará en vigencia en agosto de 2021. Los científicos extranjeros podrán enviar solicitudes a los Observatorios Astronómicos Nacionales de China en línea. [46] [47]

Comparación con el telescopio de Arecibo

Comparación de los radiotelescopios Arecibo (arriba), FAST (centro) y RATAN-600 (abajo) a la misma escala

El diseño básico del FAST es similar al del antiguo telescopio de Arecibo . Ambos diseños tenían reflectores instalados en huecos naturales dentro de piedra caliza kárstica, hechos de paneles de aluminio perforados con un receptor móvil suspendido encima; y ambos tienen una apertura efectiva menor que el tamaño físico del telescopio primario. Sin embargo, existen diferencias significativas además del tamaño. [36] [48] [49]

En primer lugar, la antena de Arecibo tenía una forma esférica fija. Aunque también estaba suspendida de cables de acero con soportes debajo para ajustar la forma, estos se operaban y ajustaban manualmente solo durante el mantenimiento. [36] Tenía una forma esférica fija con dos reflectores suspendidos adicionales en una configuración gregoriana para corregir la aberración esférica . [50]

En segundo lugar, la plataforma del receptor de Arecibo estaba fija en su lugar. Para soportar el mayor peso de los reflectores adicionales, los cables de soporte primarios eran estáticos, y la única parte motorizada eran tres cabrestantes de sujeción que compensaban la expansión térmica . [36] : 3  Las antenas podían moverse a lo largo de un brazo giratorio debajo de la plataforma, para permitir un ajuste limitado del acimut, [36] : 4  aunque Arecibo no estaba limitado en acimut, solo en ángulo cenital: el rango de movimiento más pequeño lo limitaba a ver objetos dentro de los 19,7° del cenit. [51]

En tercer lugar, Arecibo podría recibir frecuencias más altas. El tamaño finito de los paneles triangulares que componen el reflector primario de FAST limita la precisión con la que puede aproximarse a una parábola y, por lo tanto, la longitud de onda más corta que puede enfocar. El diseño más rígido de Arecibo le permitió mantener un enfoque nítido hasta una longitud de onda de 3 cm (10 GHz); FAST está limitado a 10 cm (3 GHz). Las mejoras en el control de la posición del reflector secundario podrían llevar esa distancia a 6 cm (5 GHz), pero entonces el reflector primario se convierte en un límite estricto.

En cuarto lugar, la antena FAST es significativamente más profunda, lo que contribuye a un campo de visión más amplio. Aunque tiene un diámetro un 64 % mayor, el radio de curvatura de FAST es de 300 m (980 pies), [21] : 3  apenas mayor que los 270 m (870 pies) de Arecibo, [51] por lo que forma un arco de 113° [21] : 4  (frente a los 70° de Arecibo). Aunque la apertura total de Arecibo de 305 m (1000 pies) se podía utilizar para observar objetos en el cenit , esto solo era posible con el alimentador de línea, que tenía un rango de frecuencia muy estrecho y no había estado disponible debido a daños desde 2017. [52] La mayoría de las observaciones de Arecibo utilizaron los alimentadores gregorianos, donde la apertura efectiva era de aproximadamente 221 m (725 pies) en el cenit. [52] [36] : 4 

En quinto lugar, la plataforma secundaria más grande de Arecibo también albergaba varios transmisores , lo que la convertía en uno de los pocos instrumentos del mundo capaces de realizar astronomía de radar . (El radar planetario también es posible en los observatorios de Jicamarca y Millstone y Altair). El Sistema de Radar Planetario financiado por la NASA permitió a Arecibo estudiar objetos sólidos desde Mercurio hasta Saturno, y realizar una determinación muy precisa de la órbita de objetos cercanos a la Tierra , particularmente objetos potencialmente peligrosos . Arecibo también incluía varios radares financiados por la NSF para estudios ionosféricos ( ionosondas ). Estos transmisores tan potentes son demasiado grandes y pesados ​​para la pequeña cabina del receptor de FAST, por lo que no podrá participar en la defensa planetaria aunque en principio podría servir como receptor en un sistema de radar biestático . (Arecibo se ha utilizado en varios experimentos multiestáticos con una antena auxiliar de 100 metros, incluidos experimentos de radar de banda S en la estratosfera y mapeo ISAR de Venus).

Véase también

Referencias

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