به وبلاگ من خوش آمدید

رادیوتلسکوپ‌ها را می‌توان پنجره‌ای به‌سوی کیهان قلمداد کرد. دراین‌میان، FAST بزرگ‌ترین رادیوتلسکوپ تک‌دیش جهان است. درادامه، با این ره‌آورد شگرف مهندسی آشنا خواهیم شد.

رادیوتلسکوپ FAST عنوان بزرگ‌ترین رادیوتلسکوپ تک‌دیش جهان را یدک می‌کشد. در این مطلب از سری مقالات مهدسی بی نهایت، 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

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 {زمینه های ژرف مایل (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

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 10 متر تا 1 میلی‌متر را فراهم می‌کنند که از اجرام کیهانی ساطع می‌شوند. اتمسفر زمین امواج رادیویی را بازتاب می‌دهد که طول موج آن‌ها بیش از 10 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 1 تا 20 سانتی‌متر با کمترین تداخل از جوّ زمین عبور می‌کنند و امکان اصلاح و تحلیل آن‌ها ازطریق نرم‌افزارهای پردازش‌گر سیگنال‌های رادیویی وجود دارد.

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.

به‌همین‌دلیل، رادیوتلسکوپ‌هایی مانند آرسیو 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 1994 ارائه شد تا اینکه در سال 2007، 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.

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 14 سال تحقیقات جغرافیایی، اقلیمی و اجتماعی و انجام شبیه‌سازی مهندسی در مقیاس وسیع روی 400 منطقه برای ساخت تلسکوپ، 300 درّه به‌عنوان نامزدهای نهایی انتخاب شدند. از میان این 300 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 5 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 40 درجه‌ای را برای تلسکوپ فراهم می‌کند. عرض جغرافیایی این منطقه (26 درجه‌ی شمالی) هم امکان مشاهده‌ی بیشتر اجرام کهکشانی جنوبی را فراهم می‌سازد.

مراحل اولیه‌ی ساخت FAST

پیش از شروع پروژه، روستای کوچکی با 65 سرنشین تخلیه شد که در این دره سکونت داشتند و ساکنان آن به مکان دیگری منتقل شدند. برای پیش‌گیری از تداخلات رادیویی، بیش از 9,000 نفر که در شعاع 5 کیلومتری این منطقه سکونت داشتند، به مکان‌های دیگری انتقال داده شدند. این نقل‌‌مکان‌ها چندان هم بی‌دردسر نبودند. برای نمونه، حدود 500 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 10,000 نفر برای چینی‌ها بدون هزینه نبود و دولت چین مجبور شد تا مبلغی درحدود 269 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 26دسامبر‌2008 (برابر با 6دی‌1387) به زمین زده‌ شد؛ اما به‌واسطه‌ی زمان‌بربودن فرایند آماده‌سازی محل احداث تلسکوپ، بیش از دو سال بعد و در مارس2011 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 5 سال بعد و در 3ژوئیه‌ی2016 (برابر با 13‌تیر1395)، با نصب آخرین پنل از دیشِ تلسکوپ به‌پایان رسید.

لحظه‌ی نصب آخرین پنل FAST

بودجه‌ی اولیه برای ساخت FAST مبلغ 700 میلیون یوآن (معادل 104 میلیون دلار) بود؛ اما درنهایت، توسعه و ساخت این ابزار بیش از 1.2 میلیارد یوآن (معادل 178 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.