กล้องโทรทรรศน์ อธิบายลักษณะการทำงานของกล้องโทรทรรศน์ที่น่าทึ่ง

กล้องโทรทรรศน์ จากโลกถึงดวงจันทร์ ดาวอังคาร และดาวเสาร์ การสังเกตระบบสุริยะไม่สามารถตอบสนองความอยากรู้อยากเห็นของมนุษย์ได้อีกต่อไป ตอนนี้เรากำลังมองเข้าไปในระยะไกลห้วงอวกาศของจักรวาล เราจะใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุเพื่อสังเกตความลับของจักรวาล เรียนรู้เกี่ยวกับอดีตของดาราจักรของเรา และศึกษาอนาคตของจักรวาล

จู่ๆ จีนก็ได้ใช้ความพยายามอย่างมากในการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และเราได้ค้นพบพัลซาร์โนวาหลาย 100 แห่งในอดีต วันนี้เราใช้ฟาสต์เพื่อทำการสำรวจอะตอมไฮโดรเจนในเอกภพในพื้นที่ขนาดใหญ่ สำรวจการก่อตัวของเทห์ฟากฟ้าและกาแล็กซี วัตถุคล้ายหม้อเหล็กขนาดใหญ่นี้คือ ดวงตาจักรวาลจีน และชื่อเต็มของมันคือ กล้องโทรทรรศน์ ทรงกลมรูรับแสง 500 เมตร หรือเรียกสั้นๆ ว่า ฟาสต์

เป็นกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดใหญ่พิเศษตัวแรกของหอดูดาวสถาบันวิทยาศาสตร์จีน และเป็นกล้องโทรทรรศน์รูรับแสงเดียวที่ใหญ่สุดของโลก หากไม่จำกัดเฉพาะ กล้องโทรทรรศน์วิทยุทรงกลมมันยังเป็นกล้องโทรทรรศน์วิทยุรูรับแสงเดียวที่ใหญ่เป็นอันดับ 2 ของโลก รองจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุวงแหวน RATAN-600 ของรัสเซีย

การออกแบบพื้นฐานของฟาสต์มาจากหอดูดาวอาเรซีโบที่พังถล่ม ซึ่งทั้ง 2 แห่งสร้างด้วยแผ่นสะท้อนแสงแบบคงที่ในการซึมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ตั้งแต่ยุคกาลิเลโอ การปรากฏตัวของกล้องโทรทรรศน์แบบใช้แสงได้เปิดประตูสู่โลกใหม่สำหรับมนุษย์ และเปิดยุคใหม่ให้มนุษย์สำรวจจักรวาลด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ในช่วงไม่กี่ 100 ปีที่ผ่านมาของการสังเกต โดยเฉพาะอย่างยิ่งการพัฒนาอย่างรวดเร็วของดาราศาสตร์ในศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์เข้าใจการแผ่รังสีพื้นฐาน และวิธีการสังเกตการณ์ในเอกภพ และในขณะเดียวกันก็ตระหนักถึงข้อจำกัดของอุปกรณ์ออปติคอลแบบดั้งเดิมสำหรับการสังเกตการณ์เอกภพ เมื่อพิจารณาว่า แสงและวิทยุมีอยู่อย่างกว้างขวางในจักรวาล และทั้ง 2 เป็นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

แต่ความยาวคลื่นวิทยุช่วยให้นักดาราศาสตร์สังเกตเอกภพได้ง่ายกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อการแผ่รังสีในส่วนแสงอ่อนมาก ข้อดีของคลื่นวิทยุก็สะท้อนออกมา เมื่อคำนึงถึงสิ่งเหล่านี้ แนวคิดของกล้องโทรทรรศน์วิทยุจึงเริ่มถูกสร้างขึ้นในสหรัฐอเมริกา ในปี 1963 กล้องโทรทรรศน์วิทยุอาเรซีโบในตำนาน ปรากฏขึ้นพร้อมรูรับแสง 305 เมตร มันอยู่ในการทำงานอย่างเงียบๆ และสังเกตสัญญาณท้องฟ้าในบริเวณท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยดวงดาวต่างๆ ผ่านการหมุนของโลก และตัวรับสัญญาณ

ผลงานของกล้องโทรทรรศน์วิทยุอาเรซีโบต่อวงการดาราศาสตร์เป็นสิ่งที่เห็นได้ชัดเจน และได้นำความก้าวหน้า และการวิจัยมากมายมาสู่สหรัฐอเมริกา จีนยังตัดสินใจสร้างหอดูดาวทางดาราศาสตร์ของตนเองในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ในศตวรรษที่ 21 การก่อสร้างที่เกี่ยวข้องได้เริ่มขึ้นอย่างเป็นทางการ

จากมุมมองของการออกแบบโครงสร้างฟาสต์ มีความคล้ายคลึงกับกล้องโทรทรรศน์วิทยุอาเรซีโบมาก แต่มีความแตกต่างอย่างมากในรูรับแสงระหว่างทั้ง 2 กล่าวโดยย่อคือ ยิ่งรูรับแสงกว้างเท่าใดก็ยิ่งรับสัญญาณได้มากเท่านั้น และงานก็มากขึ้น พื้นผิวสะท้อนแสงขนาดใหญ่ช่วยเพิ่มความไวของฟาสต์และเสารองรับที่มากขึ้น ทำให้ประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยดีขึ้น

แม้ว่ากล้องทั้ง 2 จะมีความคล้ายคลึงกันในหลายจุด แต่ฟาสต์ก็มีขนาดที่สูงกว่ากล้องโทรทรรศน์อาเรซีโบหลายลำดับ ในแง่ของการออกแบบ การก่อสร้าง และความสามารถ จากมุมมองของการออกแบบ อาเรซีโบมีข้อบกพร่องที่สำคัญ และการพังทลายลงเป็นเพราะข้อบกพร่องนี้อย่างแม่นยำที่เลิกใช้ไปโดยสิ้นเชิง ระบบแผ่นสะท้อนแสงของอาเรซีโบเป็นพื้นผิวทรงกลมคงที่ ซึ่งทำให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สะท้อนโดยไม่สามารถโฟกัสได้โดยอัตโนมัติ

เพื่อแก้ปัญหานี้ วิศวกรชาวอเมริกันได้ติดตั้งระบบเพิ่มเติมให้กับมัน การเพิ่มระบบตัวสะท้อนแสงรองให้สูงขึ้นจากพื้นผิวสะท้อนแสง จะทำให้สามารถโฟกัสสัญญาณที่ได้รับได้ อย่างไรก็ตาม การออกแบบนี้ทำให้กล้องโทรทรรศน์อาเรซีโบมีน้ำหนักมากโดยมีน้ำหนักรวมมากกว่า 1,000 ตัน น้ำหนักหลักของมันถูกแบกโดยเสาค้ำ 3 อันที่ห้อยไว้ด้วยสายเคเบิลเหล็ก 18 เส้น

ในเรื่องนี้ โครงสร้างของกล้องโทรทรรศน์อาเรซีโบมีแนวโน้มที่จะไม่มั่นคง และมีความเสี่ยงเป็นพิเศษต่อสภาพอากาศที่มีลมแรง นอกจากนี้ การเลือกไซต์ไม่ใช่ความหดหู่ที่สมบูรณ์แบบ และโครงสร้างทางภูมิศาสตร์ที่ด้านล่างทำให้ไม่สามารถใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบของภูมิประเทศ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบโครงสร้างได้

ในที่สุด หลังจากความเหนื่อยล้าจากความเครียดจากโลหะในระยะยาว และการใช้งานมาหลายปี กล้องโทรทรรศน์วิทยุอาเรซีโบก็ตกลงมาในพายุไต้ฝุ่นในเดือนสิงหาคม 2020 ดังนั้น ในการออกแบบฟาสต์ เราจึงมุ่งเน้นไปที่การเลือกตำแหน่งของกล้องโทรทรรศน์ การพิจารณาการรับน้ำหนัก การเสริมความปลอดภัย และการใช้วัสดุ เป็นต้น

ทำให้ฟาสต์เบาที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ มีโครงสร้างที่เชื่อถือได้มากขึ้น และประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยสูงขึ้น การออกแบบรูปร่างของกล้องโทรทรรศน์ทรงกลม เราละทิ้งการออกแบบโครงสร้างของกล้องโทรทรรศน์พาราโบลาแบบดั้งเดิม และหันมาใช้การออกแบบโครงสร้างทรงกลมแทน

จากการคำนวณของนักดาราศาสตร์ หนาน เหรินตง และทีมงานของเขา ตราบใดที่อัตราส่วนกากบาทที่เหมาะสมสามารถหาได้ ความเบี่ยงเบนระหว่างพาราโบลาขนาด 300 เมตรกับพื้นผิวทรงกลมจะอยู่ที่ 1.5 เปอร์เซ็นต์ เท่านั้น ซึ่งเท่ากับ 0.47 เมตร ฟาสต์สร้างขอบเขตอ้างอิงและใช้เป็นพื้นฐาน เพียงแค่สร้างทรงกลมอ้างอิงนี้ จากนั้นเปลี่ยนรูปร่างของพื้นผิวสะท้อนแสงเล็กน้อย เพื่อสร้างพาราโบลาลอยด์ 300 เมตรบนทรงกลม

ส่วนที่สำคัญที่สุดในที่นี้คือการเลือกไซต์ สถานที่ที่จะสร้าง และวิธีการผลิตเป็นประเด็นหลัก ถึงตอนนี้ อาจมีคนถามว่าถ้าวางหม้อใหญ่ๆ แบบนี้ น้ำจะไม่สะสมเหรอ สิ่งนี้รวมอยู่ในการเลือกไซต์ และการออกแบบโครงสร้างด้วยดังที่เรากล่าวไปก่อนหน้านี้ ฟาสต์ได้รับแรงบันดาลใจจากกล้องโทรทรรศน์อาเรซีโบ และการเลือกไซต์นั้นอยู่ในเกณฑ์

เพื่อเลือกไซต์ที่เหมาะสมสำหรับฟาสต์ ประเทศของเราได้ทำการคัดกรองหลุมตามธรรมชาติทั่วประเทศ ด้วยความช่วยเหลือของการตรวจจับระยะไกลตั้งแต่ปี 1994 หลุมขนาดใหญ่นี้ต้องตอบสนองความต้องการของการก่อสร้างทางวิศวกรรมขนาดใหญ่ สามารถรองรับกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 500 เมตร และมีโครงสร้างฐานรากที่มั่นคง

ที่สำคัญที่สุดคือการระบายน้ำไม่มีสิ่งกีดขวาง หลังจากผู้เชี่ยวชาญเยี่ยมชมสถานที่ต่างๆ และตรวจสอบมากกว่า 400 รายการโดยทำทีทีละรายการ ในที่สุด สถานที่ของฟาสต์ได้รับเลือกให้ห่างจากเมืองผิงถัง 85 กิโลเมตร ในหมู่บ้านจินเค ห่างจากเทศมณฑลหลัวเตี้ยน 45 กิโลเมตร สิ่งที่ขาดไม่ได้ที่สุดในกุ้ยโจวคือธรณีสัณฐาน และมีการทรุดตัวขนาดใหญ่ตามธรรมชาติที่ยอดเยี่ยม หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าหลุมยุบ

บทความที่น่าสนใจ : สารทดแทนน้ำตาล อธิบายเกี่ยวกับสารทดแทนน้ำตาลแบบไหนดีกว่ากัน