Telescopio esférico con apertura de quinientos metros

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, iluminado. "Sky's/Heaven's Eye"), es un radiotelescopio ubicado en la depresión de Dawodang (大窝凼洼地), un 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 del paisaje. Es el telescopio de plato único más grande del mundo. ^{[ 2 ]}  

Tiene un diseño novedoso, que utiliza una superficie activa compuesta por 4500 paneles metálicos que forman una parábola móvil en tiempo real. ^{[ 3 ]} La cabina que contiene la antena de alimentación , suspendida por cables sobre el plato, puede moverse automáticamente mediante cabrestantes para orientar el instrumento y recibir señales de diferentes direcciones. Observa en longitudes de onda de 10  cm a 4,3  m. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

La construcción de FAST comenzó en 2011. Observó su primera luz en septiembre de 2016. ^{[ 6 ]} Después de tres años de pruebas y puesta en marcha, ^{[ 7 ]} fue declarado completamente operativo el 11 de enero de 2020. ^{[ 8 ]}

El telescopio hizo su primer descubrimiento, de dos nuevos púlsares , en agosto de 2017. ^{[ 9 ]} Los nuevos púlsares PSR J1859-01 y PSR J1931-02, también conocidos como púlsar FAST n.° 1 y n.° 2 (FP1 y FP2), fueron detectados el 22 y el 25 de agosto de 2017; están a 16 000 y 4100 años luz de distancia, respectivamente. El Observatorio Parkes de Australia confirmó de forma independiente los descubrimientos el 10 de septiembre de 2017. Para septiembre de 2018, FAST había descubierto 44 nuevos púlsares, ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} y para 2021, 500. ^{[ 13 ]} El total superó los 1000 en noviembre de 2024. Según los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia China de Ciencias, esto es más que el número combinado de púlsares descubiertos por todos los demás telescopios durante el mismo período. ^{[ 14 ]}

El telescopio se propuso por primera vez en 1994. El proyecto fue aprobado por la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma (CNDR) en julio de 2007. ^{[ 15 ]} Una aldea de 65 personas fue reubicada del valle para dar cabida al telescopio ^{[ 16 ]} y otras 9110 personas que vivían en un radio de 5 km (3 millas) del telescopio fueron reubicadas para crear una zona libre de interferencias radioeléctricas . ^{[ 16 ]} El gobierno chino gastó alrededor de 269 millones de dólares estadounidenses en fondos de ayuda a la pobreza y préstamos bancarios para la reubicación de los residentes locales, mientras que la construcción del telescopio en sí costó 180 millones de dólares. ^{[ 17 ]}  

El 26 de diciembre de 2008 se llevó a cabo una ceremonia de colocación de la primera piedra en el sitio de construcción. ^{[ 18 ]} La construcción comenzó en marzo de 2011, ^{[ 19 ] [ 20 ]} y el último panel se instaló en la mañana del 3 de julio de 2016. ^{[ 16 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

Originalmente presupuestado en 700 millones de CN¥ , ^{[ 23 ] : 49 [ 19 ]} el costo final fue de 1.2 mil millones de CN¥ ( US$180 millones ). ^{[ 16 ] [ 24 ]} Las dificultades significativas encontradas fueron la ubicación remota del sitio y el acceso deficiente por carretera, y la necesidad de agregar blindaje para suprimir la interferencia de radiofrecuencia (RFI) de los actuadores del espejo primario. ^{[ 3 ]} Los actuadores fueron rediseñados para cumplir con los requisitos de eficiencia de blindaje y su instalación se completó en 2015. No se ha detectado interferencia de los actuadores desde entonces. ^{[ 25 ]}

Las pruebas y la puesta en marcha comenzaron con la primera luz el 25 de septiembre de 2016. ^{[ 26 ]} Las primeras observaciones se realizaron sin el reflector primario activo, que estaba configurado en una forma fija para usar la rotación de la Tierra para escanear el cielo. ^{[ 3 ]} La ciencia inicial posterior se llevó a cabo principalmente en frecuencias más bajas ^{[ 27 ]} mientras se ajustaba 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 pudieran estar completamente operativos. ^{[ 26 ]}

Los esfuerzos del gobierno local por desarrollar una industria turística en torno al telescopio están generando cierta preocupación entre los astrónomos, quienes temen que los teléfonos móviles cercanos actúen como fuentes de interferencia de radiofrecuencia (RFI). ^{[ 29 ]} Se proyecta que 10 millones de turistas en 2017 obligarán a las autoridades a decidir entre la misión científica y los beneficios económicos del turismo. ^{[ 30 ]}

La principal fuerza impulsora del proyecto ^{[ 3 ]} fue Nan Rendong , investigador del Observatorio Astronómico Nacional Chino , perteneciente a la Academia China de Ciencias . Ocupó los cargos de científico jefe ^{[ 22 ]} e ingeniero jefe ^{[ 3 ]} del proyecto. Falleció el 15 de septiembre de 2017 en Boston a causa de un cáncer de pulmón. ^{[ 31 ]}

El 14 de junio de 2022, astrónomos que trabajaban 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 podría 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 provienen de interferencias de radio; se deben a la contaminación radioeléctrica de los terrícolas, no de extraterrestres" ^{[ 34 ]}

FAST cuenta con una superficie reflectante de 500 metros (1600 pies) de diámetro ubicada en un sumidero natural en el paisaje kárstico , que enfoca las ondas de radio en una antena receptora situada en una cabina de alimentación suspendida a 140 metros (460 pies) de altura. El reflector está compuesto por paneles de aluminio perforados, sostenidos por una malla de cables de acero que cuelgan del borde.   

La superficie de FAST está compuesta por 4450 ^{[ 16 ]} paneles triangulares de 11 m (36 pies) de lado, ^{[ 35 ]} formando una cúpula geodésica . Debajo hay 2225 cabrestantes ^{[ 3 ]} que la convierten en una superficie activa , ejerciendo presión sobre las uniones entre los paneles y deformando el soporte flexible de cables de acero hasta formar una antena parabólica alineada con la dirección deseada del cielo. ^{[ 36 ]}  

Sobre el reflector hay una cabina de alimentación ligera que se mueve mediante un robot de cable que utiliza servomecanismos de cabrestante en seis torres de soporte. ^{[ 20 ] : 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. ^{[ 20 ] : 13} Esto produce una precisión de apuntamiento planificada de 8 segundos de arco . ^{[ 4 ]}

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 pérdidas. ^{[ 37 ] [ 23 ] : 13}

Aunque el diámetro del reflector es de 500 m (1600 pies) , mantenido en la forma parabólica correcta e "iluminado" por el receptor, solo un círculo de 300 m de diámetro es útil en un momento dado. ^{[ 20 ] : 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 menor que el Observatorio de Radio Jicamarca , que tiene una apertura llena de diámetro equivalente de 338 m).   

Su frecuencia de trabajo abarca desde 70  MHz hasta 3,0 GHz , ^{[ 38 ]} con el límite superior determinado por la precisión con la que el primario puede aproximar 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 ultraancha de puesta en servicio que cubría de 260 MHz a 1620 MHz, el cual produjo el primer descubrimiento de púlsares desde FAST. ^{[ 39 ]} En este momento, solo el conjunto de receptores de banda L de FAST de 19 haces (FLAN ^{[ 5 ]} ) 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 el uso de teléfonos móviles y otros dispositivos emisores de radio. ^{[ 41 ]}

Se está trabajando en la construcción de 24 antenas parabólicas adicionales, cada una con un diámetro de 40 metros (130 pies) , que formarán un conjunto de radiotelescopios con un diámetro de 10 kilómetros (6,2 millas) . Se espera que el proyecto aumente la resolución del telescopio 30 veces. ^{[ 42 ]}  

El sitio web de FAST enumera los siguientes objetivos científicos del radiotelescopio: ^{[ 43 ]}

1. Encuesta a gran escala sobre hidrógeno neutro
2. Observaciones de púlsares
3. Liderando la red internacional de interferometría de muy larga base (VLBI).
4. Detección de moléculas interestelares
5. Detección de señales de comunicación interestelar ( Búsqueda de inteligencia extraterrestre )
6. Matrices de sincronización de pulsares ^{[ 44 ]}

El telescopio FAST se unió al proyecto Breakthrough Listen SETI en octubre de 2016 para buscar comunicaciones extraterrestres inteligentes en el Universo. ^{[ 45 ]}

En febrero de 2020, los científicos anunciaron las primeras observaciones SETI con el telescopio. ^{[ 46 ]}

El periódico chino Global Times 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 funcionamiento en agosto de 2021. Los científicos extranjeros podrán presentar solicitudes en línea a los Observatorios Astronómicos Nacionales de China . ^{[ 47 ] [ 48 ]}

El diseño básico de FAST es similar al del antiguo Telescopio de Arecibo . Ambos diseños contaban con reflectores instalados en cavidades naturales dentro de la 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 primario. Sin embargo, existen diferencias significativas además del tamaño. ^{[ 36 ] [ 49 ] [ 50 ]}

En primer lugar, la antena parabólica de Arecibo tenía forma esférica fija. Aunque también estaba suspendida de cables de acero con soportes inferiores para ajustar con precisión su 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 . ^{[ 51 ]}

En segundo lugar, la plataforma receptora de Arecibo estaba fija. Para soportar el mayor peso de los reflectores adicionales, los cables de soporte primarios eran estáticos, siendo la única parte motorizada 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 menor rango de movimiento lo limitaba a observar objetos dentro de 19,7° del cenit. ^{[ 52 ]}

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 aproximar 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 posición del reflector secundario podrían permitir alcanzar los 6  cm (5  GHz), pero entonces el reflector primario se convertiría en un límite infranqueable.

En cuarto lugar, la antena FAST es significativamente más profunda, lo que contribuye a un campo de visión más amplio. Aunque su diámetro es un 64 % mayor, el radio de curvatura de FAST es de 300 m (980 pies) , ^{[ 20 ] : 3} apenas mayor que los 270 m (870 pies) de Arecibo , ^{[ 52 ]} por lo que forma un arco de 113 ° ^{[ 20 ] : 4} (frente a los 70 ° de Arecibo). Si bien la apertura total de Arecibo de 305 m (1000 pies) podía utilizarse para observar objetos en el cenit , esto solo era posible con la alimentación lineal, que tenía un rango de frecuencia muy estrecho y no estaba disponible debido a daños desde 2017. ^{[ 53 ]} La mayoría de las observaciones de Arecibo utilizaron las alimentaciones gregorianas, donde la apertura efectiva era de aproximadamente 221 m (725 pies) en el cenit. ^{[ 53 ] [ 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, Millstone y Altair). El Sistema de Radar Planetario, financiado por la NASA, permitió a Arecibo estudiar objetos sólidos desde Mercurio hasta Saturno y realizar determinaciones orbitales muy precisas de objetos cercanos a la Tierra , en particular objetos potencialmente peligrosos . Arecibo también incluía varios radares financiados por la NSF para estudios ionosféricos ( ionosondas ). Estos potentes transmisores son demasiado grandes y pesados ​​para la pequeña cabina receptora 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).

• programa espacial chino
• KARST : una propuesta china de la década de 1990 para albergar el SKA.
• Lista de tipos de telescopios
• Square Kilometre Array : un proyecto de conjunto de telescopios ^de 1  km² en Australia y Sudáfrica.

• Nan, R.; et  al. (16 de junio de 2002). "Telescopio de síntesis de radio de área de kilómetros cuadrados – KARST" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 29 de octubre de 2006.
• Jin, CJ; Nan, RD; Gan, HQ (octubre de 2007). "El telescopio FAST y su posible contribución a la astrometría de alta precisión" (PDF) . Actas de la Unión Astronómica Internacional . 3 (S248): 178–181 . Bibcode : 2008IAUS..248..178J . doi : 10.1017/S1743921308018978 .
• Li, Di; Pan, Zhichen (30 de diciembre de 2016). "El proyecto del radiotelescopio esférico de apertura de quinientos metros (FAST)". Radio Science . 51 (7): 1060– 1064. arXiv : 1612.09372 . Bibcode : 2016RaSc...51.1060L . doi : 10.1002/2015RS005877 . S2CID 119363387 . 

• Telescopio de radio esférico con apertura de quinientos metros – sitio web
• Construcción del radiotelescopio más grande del mundo – BBC News en YouTube
• FAST: El telescopio más grande del mundo – Iconos de China en YouTube (25 de septiembre de 2016)
• El estudio FAST Galactic Plane Pulsar Snapshot