口径500メートル球面望遠鏡

口径 500 メートルの球面望遠鏡( FAST、中国語:五百米口径球面射电望远镜) は、天眼(天眼、文字通り「空/天の目」)と呼ばれ、南西部、貴州省屏塘県の自然盆地である大窝凼洼地にある電波望遠鏡です。 中国。^{[ 1 ]} FAST には、自然の窪地に建設された直径500 m (1,640フィート)の皿があります。単板望遠鏡としては世界最大です。^{[ 2 ]}  

斬新な設計で、 4,500枚の金属パネルで構成されたアクティブサーフェスがリアルタイムで動く放物線形状を形成します。^{[ 3 ]}ディッシュの上部にケーブルで吊り下げられたフィードアンテナを収容するキャビンは、ウインチを使用して装置を操縦し、さまざまな方向からの信号を受信するように自動的に移動できます。10cm から4.3mの波長で観測を行います 。^{[ 4 ] [ 5 ]}

FASTの建設は2011年に始まり、2016年9月に初観測が行われた。 ^{[ 6 ]} 3年間の試験と試運転を経て、^{[ 7 ]} 2020年1月11日に完全運用開始が宣言された。^{[ 8 ]}

この望遠鏡は、 2017年8月に2つの新しいパルサーを初めて発見しました。 ^{[ 9 ]}新しいパルサーPSR J1859-01とPSR J1931-02（FASTパルサー#1と#2（FP1とFP2）とも呼ばれる）は、2017年8月22日と25日に検出されました。それぞれ16,000光年と4,100光年離れています。オーストラリアのパークス天文台は、2017年9月10日に独自に発見を確認した。2018年9月までにFASTは44個の新しいパルサーを発見し^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}、2021年までに500個に達した^{[ 13 ]。} 2024年11月までに合計1,000個を超えた。中国科学院国家天文台によると、これは同時期に他のすべての望遠鏡によって発見されたパルサーの合計数よりも多い^{[ 14 ] 。}

望遠鏡は1994年に初めて提案されました。このプロジェクトは2007年7月に国家発展改革委員会（NDRC）によって承認されました。 ^{[ 15 ]}望遠鏡の設置場所を確保するために、65人の村が谷から移転されました^{[ 16 ]。}また、電波静穏地域を作るために、望遠鏡から半径5km （3マイル）以内に住む9,110人が移転しました。^{[ 16 ]}中国政府は、地元住民の移転のために貧困救済基金と銀行融資で約2億6,900万米ドルを費やし、望遠鏡自体の建設には1億8,000万米ドルかかりました。^{[ 17 ]}  

2008年12月26日、建設現場で起工式が行われた。^{[ 18 ]}建設は2011年3月に開始され、^{[ 19 ] [ 20 ]}最後のパネルは2016年7月3日の朝に設置された。^{[ 16 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

当初予算は7 億人民元^{[ 23 ]} : ^{49 [ 19 ]であったが、}最終的な費用は12 億人民元( 1 億8000 万米ドル)となった^{[ 16 ] [ 24 ]} 。大きな困難は、敷地が遠隔地であることと道路アクセスが悪いこと、および主鏡アクチュエータからの無線周波数干渉(RFI) を抑制するために遮蔽を追加する必要があったことである^{[ 3 ]} 。アクチュエータは遮蔽効率の要件を満たすように再設計され、2015 年に設置が完了した。それ以来、アクチュエータからの干渉は検出されていない^{[ 25 ] 。}

試験と試運転は、2016 年 9 月 25 日に最初の光とともに開始されました。^{[ 26 ]}最初の観測は、地球の自転を利用して空をスキャンするように固定形状に構成されたアクティブ主反射鏡なしで行われました。^{[ 3 ]}その後の初期科学は、アクティブ面が設計精度に達するまでの間、主に低周波数で行われました^{。[ 27 ]長波長は反射鏡の形状の誤差にあまり敏感ではありません。さまざまな機器を較正して完全に運用できるようになるまで}3 年かかりました。^{[ 26 ]}

望遠鏡周辺で観光産業を発展させようとする地方自治体の取り組みは、近くの携帯電話が無線周波数干渉源となることを懸念する天文学者の間で懸念を引き起こしている。^{[ 29 ]} 2017年には1000万人の観光客が見込まれており、当局は科学的使命と観光による経済的利益のどちらを優先するかを決定せざるを得なくなるだろう。^{[ 30 ]}

^{このプロジェクト[ 3 ]}の主な推進力は、中国科学院傘下の中国国家天文台の研究者である南仁東氏でした。彼はこのプロジェクトの主任科学者^{[ 22 ]}と主任技師^{[ 3 ]}を務めました。彼は2017年9月15日にボストンで肺がんのため亡くなりました^{[ 31 ] 。}

2022年6月14日、中国のFAST望遠鏡で活動する天文学者たちは、人工（おそらく地球外生命体）信号を検出した可能性を報告したが、何らかの自然電波干渉がその原因であるかどうかを判断するには、さらなる研究が必要であると警告した。^{[ 32 ] [ 33 ]}さらに最近では、2022年6月18日、SETI関連の複数のプロジェクトの主任科学者であるダン・ウェルティマーは、「これらの信号は電波干渉によるものであり、地球外生命体によるものではなく、地球人による電波汚染によるものである」と述べた。^{[ 34 ]}

FASTは、カルスト地形の天然の陥没穴に直径500メートル（1,600フィート）の反射面を備えており、そこから電波を140メートル（460フィート）上方に吊り下げられた「フィードキャビン」内の受信アンテナに集束させる。反射面は、縁から吊り下げられた鋼鉄ケーブルのメッシュで支えられた、穴の開いたアルミニウムパネルでできている。   

FASTの表面は、一辺が11メートル（36フィート）の三角形のパネル4,450枚^{[ 16 ]}で構成され、ジオデシックドームの形をしている^{[ 35 ] 。その下には2,225個のウインチ[ 3 ]}があり、パネル間のジョイントを引っ張ることで、柔軟な鋼鉄ケーブルの支持構造を目的の天球方向に合わせた放物面アンテナに変形させ、アクティブな表面として機能している^{[ 36 ] 。}  

反射鏡の上には、6本の支持塔に取り付けられたウインチサーボ機構を備えたケーブルロボットによって移動する軽量のフィードキャビンがあります。 ^{[ 20 ] : 13}受信アンテナは、その下のスチュワートプラットフォームに取り付けられており、精密な位置制御と風の動きなどの外乱の補償を行います。^{[ 20 ] : 13}これにより、計画された指向精度は8秒角になります。^{[ 4 ]}

有効照射開口が200mに縮小された場合、最大天頂角は40度であるが、損失なしで有効照射開口が300mの場合、最大天頂角は26.4度である。^{[ 37 ] [ 23 ]： 13}

反射鏡の直径は500メートル（1,600フィート）で、正しい放物線形状に保持され、受信機によって「照明」されるが、一度に有効なのは直径300メートルの円だけである。^{[ 20 ]： 13}望遠鏡は、500メートルの開口部の300メートル部分を照明することで、空のさまざまな位置に向けることができる。（FASTは、等価直径338メートルの開口部を持つヒカマルカ電波天文台よりも有効開口が小さい）。   

その動作周波数は 70  MHz から 3.0 GHzまでで、^{[ 38 ]}上限は主アンテナが放物線をどれだけ正確に近似できるかによって決まります。若干改善することはできますが、三角形セグメントのサイズによって受信できる最短波長が制限されます。当初の計画では、9 台の受信機で周波数範囲をカバーする予定でした。建設段階で、260 MHz から 1620 MHz をカバーする試運転用超広帯域受信機が提案され、構築され、FAST からの最初のパルサー発見につながりました。^{[ 39 ]}現在、19 本のビームからなる FAST L バンド受信機アレイ (FLAN ^{[ 5 ]} ) のみが設置され、1.05 GHz から 1.45 GHzの間で動作しています。     

オーストラリアのパースにある国際電波天文学研究センター（ICRAR）とヨーロッパ南天天文台が開発した次世代アーカイブシステム（NGAS）は、収集した大量のデータを保存および維持する。^{[ 40 ]}

望遠鏡付近の5キロ圏内では、観光客は携帯電話やその他の電波発信機器の使用を禁じられている。^{[ 41 ]}

直径40メートル（130フィート）の電波望遠鏡24基を追加建設する作業が進められており、直径10キロメートル（6.2マイル）の電波望遠鏡アレイが形成される予定である。このプロジェクトにより、望遠鏡の解像度が30倍向上するはずである。^{[ 42 ]}  

FASTのウェブサイトには、電波望遠鏡の以下の科学的目標が記載されています。^{[ 43 ]}

1. 大規模な中性水素調査
2. パルサー観測
3. 国際超長基線電波干渉計（VLBI）ネットワークを主導する
4. 星間分子の検出
5. 星間通信信号の検出（地球外知的生命体の探査）
6. パルサータイミングアレイ^{[ 44 ]}

FAST望遠鏡は、宇宙における知的地球外生命体との通信を探すため、2016年10月にブレークスルー・リスンSETIプロジェクトに参加した。 ^{[ 45 ]}

2020年2月、科学者たちは望遠鏡による初のSETI観測を発表した。^{[ 46 ]}

中国の環球時報は、中国の500メートル（1,600フィート）のFAST望遠鏡が2021年4月（申請審査開始時）から世界の科学コミュニティに開放され、2021年8月に運用開始されると報じた。外国人科学者は中国国家天文台にオンラインで申請を提出できる。^{[ 47 ] [ 48 ]}

FAST の基本設計は、以前のアレシボ望遠鏡と似ています。どちらの設計も、カルスト石灰岩の自然の窪みに設置された反射鏡は、穴の開いたアルミニウムパネルでできており、可動式の受信機が上に吊り下げられています。また、どちらも主鏡の物理的なサイズよりも小さい有効開口を持っています。ただし、サイズ以外にも大きな違いがあります。^{[ 36 ] [ 49 ] [ 50 ]}

まず、アレシボのアンテナは球形に固定されていました。形状を微調整するために下部に支持具が付いた鋼鉄製のケーブルで吊り下げられていましたが、それらはメンテナンス時のみ手動で操作および調整されていました。^{[ 36 ]}球面収差を補正するために、グレゴリアン構成で吊り下げられた2つの反射鏡を備えた固定球形でした。^{[ 51 ]}

第二に、アレシボの受信プラットフォームは固定されていました。追加の反射鏡の重量増加を支えるため、主支持ケーブルは固定されており、唯一の電動部分は熱膨張を補償する3つの固定ウインチでした。^{[ 36 ]： 3}アンテナはプラットフォームの下の回転アームに沿って移動でき、方位角を限定的に調整できましたが、^{[ 36 ]： 4}アレシボは方位角に制限はなく、天頂角のみに制限されていました。可動範囲が狭かったため、天頂から19.7°以内の物体しか観測できませんでした。^{[ 52 ]}

第三に、アレシボはより高い周波数を受信できる可能性がある。FASTの主反射鏡を構成する三角形のパネルのサイズが有限であるため、放物線を近似できる精度が制限され、結果として集光できる最短波長も制限される。アレシボはより堅牢な設計により、 波長3cm（ 10GHz）まで鮮明な集光を維持できたが、FASTは 10cm（3GHz ）に制限されている。副鏡の位置制御を改善すれば6cm（ 5GHz） まで到達できるかもしれないが、そうなると主反射鏡が限界となる。  

第四に、FASTのアンテナは大幅に深く、視野が広くなっています。直径は64 %大きいものの、FASTの曲率半径は300m （980フィート）^{[ 20 ]}：^3で、アレシボの270m （870フィート）^{[ 52 ]}とほとんど変わらないため、113 °の弧を形成します^{[ 20 ]： 4}（アレシボは70 °）。アレシボの305m （1,000フィート）の全開口は天頂の天体を観測する際に使用できますが、これは周波数範囲が非常に狭いラインフィードを使用した場合のみ可能で、2017年以降は損傷のため使用できませんでした^{[ 53 ]。}アレシボの観測のほとんどはグレゴリアンフィードを使用しており、その有効開口は天頂で約221m （725フィート）でした。^{[ 53 ] [ 36 ] : 4}        

第5に、アレシボの大型二次プラットフォームには複数の送信機も設置されており、レーダー天文学が可能な世界でも数少ない観測機器の一つとなっています。（惑星レーダーは、ヒカマルカ、ミルストーン、アルタイルの各天文台でも利用可能です。）NASAの資金提供を受けた惑星レーダーシステムにより、アレシボは水星から土星までの固体天体を研究し、地球近傍天体、特に潜在的に危険な天体の軌道を非常に正確に決定することが可能になりました。アレシボには、電離層研究（イオノゾンデ）用のNSF資金提供を受けたレーダーも複数設置されています。このような強力な送信機は、FASTの小型受信機キャビンには大きすぎて重すぎるため、原理的にはバイスタティックレーダーシステムの受信機として機能することは可能ですが、惑星防衛には参加できません。（アレシボは、成層圏におけるSバンドレーダー実験や金星のISARマッピングなど、補助的な100メートルアンテナを用いた複数のマルチスタティック実験に使用されています。） 

• 中国の宇宙開発計画
• KARST – 1990年代に中国が提案したSKAの設置場所
• 望遠鏡の種類一覧
• スクエア・キロメートル・アレイ–オーストラリアと南アフリカに建設が提案されている1 平方キロメートル^{の望遠鏡アレイ}

• Nan, R. 他 (2002年6月16日) 「Kilometer-square Area Radio Synthesis Telescope – KARST」(PDF) 。2006年10月29日にオリジナル(PDF)からアーカイブ済み。
• Jin, CJ; Nan, RD; Gan, HQ (2007年10月) 「FAST望遠鏡と高精度天体測定への貢献の可能性」(PDF) .国際天文学連合紀要. 3 (S248): 178– 181. Bibcode : 2008IAUS..248..178J . doi : 10.1017/S1743921308018978 .
• Li, Di; Pan, Zhichen (2016年12月30日). 「500メートル開口球面電波望遠鏡（FAST）プロジェクト」. Radio Science . 51 (7): 1060–1064 . arXiv : 1612.09372 . Bibcode : 2016RaSc...51.1060L . doi : 10.1002/2015RS005877 . S2CID 119363387 . 

• 500メートル開口球面電波望遠鏡 – ウェブサイト
• 世界最大の電波望遠鏡を建設中 – BBCニュース（YouTube）
• FAST：世界最大の望遠鏡 – China Icons（YouTube、2016年9月25日）
• FAST銀河面パルサースナップショット調査