تشارك الشركة في أعمال البحث والتطوير لمشروع FAST، أكبر تلسكوب راديوي ذي طبق واحد في العالم
بتكليف من مؤسسة بحثية في بكين، شاركت FCTEL في مشروع FAST، أكبر تلسكوب راديوي ذي طبق واحد في العالم، وطوّرت أجهزة لتحويل الإشارات الكهربائية الواردة من مستشعرات مختلفة، مثل المشفّرات المطلقة متعددة الدورات والمشفّرات الدوّارة، ونقلها ضوئيًا بسرعات عالية إلى غرف التدريع الكهرومغناطيسي. وقد عالجت بذلك المشكلة المزمنة المتمثلة في تشوّه الإشارات بعد ترشيحها وقبل دخول الإشارات الكهربائية للمستشعرات إلى غرفة التدريع الكهرومغناطيسي، وكذلك مشكلة عدم تطابق تأخيرات الساعة على جانب الإشارات الكهربائية عالية السرعة بعد التحويل من ضوئي إلى كهربائي في حلول النقل الكهروضوئي التقليدية.
يسرّ FCTEL أن تتمكن من تقديم مساهمة متواضعة في المشروعات التقنية الصينية الرائدة عالميًا، بفضل سنوات من الخبرة المتراكمة في البحث والتطوير في مجال النقل الضوئي.
كشف أسرار «FAST»، أكبر تلسكوب راديوي ذي طبق واحد في العالم (رسم توضيحي من «الأرض الغامضة»)
(تقرير «الأرض الغامضة») بحسب صحيفة ساوثرن متروبوليس ديلي: «نحذّركم: لا تردّوا! لا تردّوا! لا تردّوا! توجد عشرات الملايين من النجوم في اتجاهكم. إذا رددتم، فسيُحدَّد مصدر الإرسال، وسيُغزى نظامكم الكوكبي، وسيُحتل عالمكم! لا تردّوا! لا تردّوا! لا تردّوا!» هذه موجة راديوية تلقّتها مصادفةً «قاعدة الساحل الأحمر»، حيث تتمركز بطلة رواية الخيال العلمي «مسألة الأجسام الثلاثة»، من حضارة خارج كوكب الأرض.
في الواقع، يجري بناء النسخة الواقعية من «قاعدة الساحل الأحمر» التي تستقبل الموجات الراديوية الكونية في حوض «دا وودانغ» بقرية جينكه، التابعة لبلدة كيدو في مقاطعة بينغتانغ بإقليم قويتشو. وقد دخل مشروع إنشاء أكبر تلسكوب راديوي ذي طبق واحد في العالم، «عين السماء» (FAST)، مرحلته النهائية الآن. وعند اكتماله، ستكون لهذا التلسكوب الراديوي الكروي، الذي يبلغ قطره 500 مترًا، مساحة استقبال تعادل 30 ملعبًا لكرة القدم.
في 26 ديسمبر 2015، كشف جيانغ بنغ، مساعد كبير المهندسين ونائب كبير مهندسي نظام العاكس في FAST، خلال محاضرة العلوم العامة رقم 2015 في القبة السماوية ببكين، عن كيفية بناء «عين السماء» وتجاوز التحديات التقنية ذات الصلة أثناء الإنشاء. ويُذكر أنه مقارنةً بتلسكوب أريسيبو الأمريكي، الذي صُنّف ضمن أفضل 10 مشروعًا بشريًا في القرن 20، فإن الأداء الإجمالي لـ«عين السماء» أفضل بنحو 10 أضعاف، ومن المتوقع اكتمال المشروع بأكمله بحلول سبتمبر 2016.
بعد تحديد أكثر من 300 منخفض، وقع الاختيار أخيرًا على «دا وودانغ» في قويتشو
قد يتساءل كثيرون: لماذا اختير إقليم قويتشو، المعقّد جيولوجيًا، موقعًا لـ«عين السماء»؟ بحسب جيانغ بنغ، أمضى العلماء أكثر من عشر سنوات في البحث عن «محجر عين» مناسب لـ«عين السماء». وفي مؤتمر الاتحاد الدولي لعلوم الراديو عام 1993، طرح فلكيون من عشر دول، من بينها الصين، مبادرة لبناء جيل جديد من «التلسكوبات الراديوية العملاقة»، بهدف تتبّع الكون البدائي والإجابة عن العديد من الأسئلة الصعبة في علم الفلك.
في نهاية عام 1995، طرحت اللجنة الصينية لترويج «التلسكوب الراديوي الكبير» مفهوم «مشروع الكارست»، الذي يقضي باستغلال منخفض كارستي في قويتشو لبناء عاكس كروي. وبعد عمليات فرز متكررة، عثروا أخيرًا على «دا وودانغ» في بلدة كيدو بمقاطعة بينغتانغ، وهو «محجر عين» عميق يُعدّ الأنسب لـ«عين السماء» العملاقة. وبحلول عام 2007، اعتُمد المشروع رسميًا وحُدّد الموقع. وفي مارس 2011، بدأت أعمال إنشاء مشروع FAST في قويتشو.
استغرق اختيار الموقع كل هذا الوقت لأن فريق المشروع كان يدرس باستمرار كيفية تقليل حجم أعمال الحفر إلى أدنى حد. ومن خلال البحث بالأقمار الصناعية، حدّد المهندسون أكثر من 300 منخفض في أنحاء البلاد. وبعد جولات متعددة من الفرز، وجدوا أن منخفض «دا وودانغ» في جنوب شرق قويتشو كبير ومستدير، وهو الأقرب إلى شكل FAST. كما أن البيئة الهادئة وقليلة السكان المحيطة بهذا المنخفض تساعد على تقليل التداخل الكهرومغناطيسي مع FAST. وبعد أخذ جميع هذه العوامل في الحسبان، استقر اختيار «محجر العين» أخيرًا على «دا وودانغ» عام 2007.
تشكيل «قدر عملاق» بقطر 500 مترًا في تضاريس معقّدة
على غرار مبدأ عمل هوائي الأقمار الصناعية المعتاد ذي القطع المكافئ، يتكوّن FA ST من جزأين رئيسيين: سطح القطع المكافئ الذي يعكس الإشارات، ووحدة التغذية التي تستقبلها. ويجمع سطح القطع المكافئ، المعروف عادةً باسم «الطبق»، الإشارات المنعكسة في نقطة واحدة. ومن حيث الشكل، يشبه هذا السطح «طبقًا» ضخمًا. والفرق الوحيد هو أن ما يحتويه إشارات يرسلها «زوّار من الفضاء الخارجي».
هذه المرة، يقع موقع البناء في منطقة جبلية وعرة. وقد حيّرت الخبراء حقًا مسألة كيفية تشكيل «قدر عملاق» بقطر 500 مترًا في مثل هذه التضاريس المعقّدة. وقدّمت فرق مختلفة اقتراحات وخططًا؛ واقترح أحدهم استخدام تقنية منفصلة، مع دعامات صلبة كثيفة أسفلها. لكن اعتُمد في النهاية حل «شبكة الكابلات».
وفقًا لمخطط «شبكة الكابلات المشدودة»، يستطيع FAST أثناء التشغيل متابعة دوران الأجرام السماوية وتتبّع المصادر الراديوية ومسحها. ويتحكّم العلماء أولًا في ستة كابلات فولاذية لتحريك مقصورة التغذية عبر سطح القبة الكروية، الذي يبلغ قطره 207 مترًا ويقع على ارتفاع 140-180 مترًا فوق الأرض. ثم تُضبط ألواح العاكس البالغ عددها 4,450 لوحًا والمثبتة على الشبكة، بواسطة 2,225 مشغّلًا تسحب شبكة الكابلات، لتركيز FAST. وبهذه الطريقة، يستطيع FAST الدوران بحرية مثل العين البشرية. وعندما تستقبل ألواح العاكس إشارات الموجات الكهرومغناطيسية الراديوية، فإنها تجمع الإشارات الكونية في مقصورة التغذية.
يعتمد تجميع الألواح العاكسة بالكامل على فريق الإنشاء الذي يعمل على ارتفاعات.
في 4 فبراير من العام الماضي، اكتمل تصنيع شبكة كابلات FAST وتركيبها. والآن، إذا أتيحت لك فرصة زيارة موقع المشروع، يمكنك رؤية «شبكة صيد» ضخمة منسوجة من أكثر من 6,000 كابل فولاذي. لكن جيانغ بنغ قال إن هذه الشبكة الكبيرة، على الرغم من مظهرها المذهل، لم يكن نسجها سهلًا على الإطلاق.
يُذكر أن شبكة الكابلات بأكملها تضم 2,225 عقدة، وأن امتداد تركيبها كبير للغاية. ويستخدم الفريق الهندسي أساليب العمل على ارتفاعات لرفع كل جزء من شبكة الكابلات وكل لوح عاكس، وإتمام التجميع بعد إجراء قياسات دقيقة للمواضع، مع اشتراط ألا يتجاوز انحراف ضبط شكل السطح قيمة جذر متوسط المربعات (RMS) البالغة 5 مم. ولضمان الدقة، أنشأ الخبراء خصيصًا غرفة ثابتة الحرارة لإنتاج كابلات الشد.
تأتي مشكلة أكبر من تشوّه الأعمدة الفولاذية الناجم عن تغيّرات درجة الحرارة؛ إذ إن فرقًا حراريًا مقداره 50 درجة مئوية يعني تغيّرًا بمقدار 300 مليمترًا. وأوضح جيانغ بنغ أن ارتفاعات الأعمدة الفولاذية التي تدعم هيكل السطح العاكس تختلف لتتلاءم مع التضاريس المتموّجة. ولمنع التشوّه غير المتساوي، تُضاف محامل انزلاقية عند نقاط اتصال العوارض الحلقية بالأعمدة الفولاذية. ويتيح ذلك للعوارض الحلقية الداعمة أن تتمدّد وتنكمش بحرية على أعمدة الدعم، بحيث يكون تشوّهها أكثر تجانسًا.
يشبه ذلك توفير هامش لاستيعاب التشوّه، بحيث تصل أقصى مسافة للتشوّه إلى 0.47 مترًا. وبهذه الطريقة، تستطيع «عين السماء» المتصلة بـ«العصب البصري» ضبط بؤرتها بمرونة. وتجدر الإشارة إلى أن أقصى قطر فتحة للتلسكوبات التقليدية القابلة للتوجيه الكامل لا يتجاوز عمومًا 100 مترًا، بسبب التشوّهات الناتجة عن وزنها الذاتي وأحمال الرياح. أما «عين السماء»، ذات فتحة بقطر 500 مترًا والتي تعتمد هيكل شبكة كابلات، فتتجاوز بسهولة حد 100 مترًا، ولا تقتصر على ابتكار نموذج جديد لبناء التلسكوبات الراديوية العملاقة، بل ستبلغ حساسيتها عند التشغيل 3.25 أضعاف حساسية أكبر مرصد في العالم، مرصد أريسيبو في الولايات المتحدة.
بعد اكتمال «عين السماء»، ستبحث عن حياة ذكية خارج كوكب الأرض.
منذ طرح فكرته وحتى الآن، امتد مشروع «عين السماء»، الذي أوشك على الاكتمال، لأكثر من 20 عامًا. وفي أي مجالات سيُظهر قدراته بعد دخوله الخدمة؟ صرّح لي دي، كبير علماء قسم علم الفلك الراديوي في المراصد الفلكية الوطنية التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم، في مقابلة إعلامية بأن المجال الرئيسي لـ«عين السماء» يظل علم الفلك، مثل رصد الإشارات والمادة البعيدة في الكون، واستكشاف موضوعات تمتد من أصل الكون إلى بنية المادة بين النجوم، والبحث عن النجوم النابضة الخافتة وغيرها من المصادر الراديوية الضعيفة، وإجراء البحث بكفاءة عن حياة ذكية خارج كوكب الأرض.
قال تشنغ شياو نيان، نائب المدير التنفيذي لمشروع FAST ونائب مدير المراصد الفلكية الوطنية، في مقابلة إعلامية إن «عين السماء» بعد اكتمالها ستكون قادرة على مسح الهيدروجين المتعادل في الكون، ورصد الجزيئات بين النجوم، ومراقبة النجوم النابضة، والبحث عن إشارات الاتصالات بين النجوم. وبمساعدة هذه العين الكبيرة الحادة، خطت البشرية خطوة أخرى إلى الأمام في البحث عن حضارات خارج كوكب الأرض.
في أوائل ديسمبر من العام الماضي، اكتشف بييريك مارتان، عالم الفيزياء الفلكية في المركز الوطني للبحث العلمي (CNRS) في تولوز بفرنسا ومعهد الفيزياء الفلكية وعلم الكواكب، باستخدام تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة غاما التابع لناسا، أول نجم نابض بأشعة غاما في مجرة أخرى تبعد 163,000 سنة ضوئية عن الأرض، مسجّلًا رقمًا قياسيًا جديدًا لأشد النجوم النابضة المعروفة بأشعة غاما سطوعًا.
يُعدّ رصد النجوم النابضة خارج مجرتنا أحد الأهداف التأسيسية لمشروع FAST. ووفقًا لحسابات المراصد الفلكية الوطنية التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم، تتعرّض شبكة كابلات «عين السماء» للتشوّه أكثر من مليون مرة تقريبًا، ويبلغ عمرها التشغيلي 30 عامًا. ويثق لي دي كثيرًا في أداء FAST المستقبلي، إذ يقول: «بمجرد اكتماله، سيحافظ FAST على مكانة عالمية المستوى خلال الأعوام الـ20 المقبلة».
ستة أبراج دعم بارتفاع 100 مترًا
من خلال التحكّم في ستة كابلات فولاذية، تُحرَّك مقصورة التغذية على القبة الكروية التي يبلغ قطرها 207 مترًا، على ارتفاع 140–180 مترًا فوق الأرض.
تزن مقصورة التغذية نحو 30 طنًا (بما يشمل الإطار النجمي الشكل، ومنصة ستيوارت، وغطاء المقصورة، وغيرها من المعدات)
تُسحب شبكة الكابلات بواسطة 2,225 مشغّلًا لتحريك ألواح العاكس البالغ عددها 4,450 لوحًا على الشبكة، وضبط بؤرة «عين السماء»
كيف تتفادى «عين السماء» الرياح والأمطار والصواعق
«بُنيت عين السماء في حفرة كارستية عميقة تُسمّى تيانكنغ في قويتشو. فكيف تتفادى منشأة بهذا الحجم الهائل الرياح والأمطار والصواعق؟»
أخذ العلماء عامل هطول الأمطار في الحسبان منذ اختيار الموقع. وذكر جيانغ بنغ أن اختيار قويتشو موقعًا لـ«محجر العين» لم يكن لمجرد أن شكلها يلبّي المتطلبات. فالجزء الأكثر تعقيدًا يأتي لاحقًا؛ إذ يحتاج فريق المشروع خلال مرحلة الاستكشاف الميداني إلى إجراء تقييم جيولوجي معمّق للمنطقة المنخفضة.
«يحتوي المنخفض بأكمله على ما لا يقل عن 600 فتحة، وقد أصبح عمليًا غربالًا عملاقًا». وقد حملت شبكة الأنهار الجوفية المتطورة التي تتميّز بها التضاريس الكارستية، إلى جانب الكهوف العديدة، مفاجأة سارّة: إذ منحت «عين السماء» قدرة طبيعية على تصريف المياه. فبمجرد هطول المطر، تتسرّب المياه سريعًا إلى باطن الأرض، مما يمنع تراكمها في موقع التلسكوب وتلف المعدات الإلكترونية.
بحلول ديسمبر من العام الماضي، كان تركيب الألواح العاكسة قد تجاوز منتصفه، وبدأ الشكل الأولي لـ«عين السماء» يتبلور: وادٍ ضخم تملؤه «شبكة» نصف كروية منسوجة من كابلات فولاذية، تغطي الألواح العاكسة الفضية نحو نصفها، وتبدو كمرآة متلألئة على خلفية الجبال الخضراء المحيطة بها من كل جانب.
لفت جيانغ بنغ الانتباه إلى أن التأمل عن قرب يكشف أن ألواح الانعكاس النشطة المصنوعة من سبائك الألومنيوم، والتي تبدو ملساء، مغطاة في الواقع بثقوب لا تُحصى. وقد صُمّمت هذه الثقوب الصغيرة الكثيفة لتقليل أحمال الرياح، ومن ثم تخفيف أثر الرياح التي تتجاوز سرعتها 4-5 مترًا في الثانية على أعمال الرصد في «تيانيان».
وفي الوقت نفسه، يمكن لهذه الثقوب تحسين نفاذ الضوء أيضًا، بما يسمح للنباتات الموجودة على سطح الهوائي بالنمو ويمنع انجراف التربة. وقال جيانغ بنغ: «إن الحفاظ على التربة والمياه مهم للغاية؛ وإلا، فبمجرد أن يصبح انجراف التربة شديدًا، ستتحوّل المناطق المنخفضة إلى برك طينية عند هطول الأمطار». وأشار إلى أنه رغم فائدة الغطاء النباتي، فإن النباتات المتسلّقة الجامحة قد تعيق أعمال الرصد أيضًا إذا امتدّت إلى ألواح العاكس. ويقوم فريق المشروع حاليًا، بالتعاون مع العمال، بإزالة الأعشاب المفرطة النمو بانتظام.
إضافةً إلى ذلك، تثير الظروف المناخية المحلية القاسية في قويتشو قلق كثيرين أيضًا. فهل تستطيع «عين السماء» تحمّل الأمطار الغزيرة والثلوج والبَرَد والعواصف الرعدية الشديدة؟ في هذا الصدد، ذكر جيانغ بنغ أن «عين السماء» اتخذت الاستعدادات المناسبة. فعلى سبيل المثال، للوقاية من ضربات الصواعق، جرى تأريض جميع المعدات المعدنية كوحدة واحدة، بحيث يمكن تبديد أي شحنة صاعقة بسرعة. وأضاف: «علاوةً على ذلك، تُظهر الخبرة أن الطقس المتطرف لا يشكّل سوى نسبة ضئيلة جدًا من السنة، عادةً نحو 10 يومًا، ولذلك لن يكون تأثيره كبيرًا جدًا».
ماضي التلسكوبات الراديوية وحاضرها
شهد تطوّر التلسكوبات الفلكية انتقالًا من الفتحات الصغيرة إلى الكبيرة، ومن القصير إلى الطويل. ويركّز تطوير التلسكوبات الفلكية حاليًا على اتجاهين رئيسيين: الأول هو «الانطلاق إلى الفضاء»، والآخر هو «شَغل الأرض». وبسبب تأثير الغلاف الجوي للأرض، يتعذّر رصد معظم الأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة والأشعة السينية، ولذلك لا بد من إرسال التلسكوبات إلى الفضاء الخارجي باستخدام تقنيات الفضاء. ومن أمثلة ذلك تلسكوب كيبلر وتلسكوب هابل الفضائي. أما مصطلح «شَغل الأرض» فيشير إلى التلسكوبات الأرضية، مثل التلسكوب الراديوي الصيني FAST الذي يجري بناؤه حاليًا.
بوصفها نوعًا من التلسكوبات الفلكية، يجسّد تطوّر التلسكوبات الراديوية أيضًا تقدّم البشرية في استكشاف الكون. ولم يدرك الناس فجأةً أن الضوء نوع من الموجات الكهرومغناطيسية، وأن الضوء المرئي لا يشغل سوى جزء ضئيل جدًا من طيفها الطويل، إلا في عام 1873، عندما نُشر كتاب ماكسويل «رسالة في الكهرباء والمغناطيسية»، الذي عرض نظرية المجالات الكهرومغناطيسية بصورة منهجية وشاملة.
مع دخول القرن 20، اكتشف العلماء أثناء قياس ارتفاع الغلاف الأيوني للأرض أن الموجات الكهرومغناطيسية التي تقل أطوالها الموجية عن 60 مترًا لا تعود تقريبًا عند عبورها الغلاف الأيوني. وقد أثارت هذه الظاهرة خيال الباحثين: ما دامت الموجات الكهرومغناطيسية الأقصر من 60 مترًا تستطيع الانطلاق من الأرض نحو الفضاء دون أي عائق، فقد تستطيع، في الاتجاه المعاكس، موجات كهرومغناطيسية مماثلة آتية من الفضاء اختراق الغلاف الجوي والوصول إلى الأرض.
وهكذا، رُفع الستار عن رصد البشر للموجات الراديوية الكونية. ففي عام 1931، استقبلت مختبرات بيل في الولايات المتحدة موجات راديوية من مركز مجرة درب التبانة باستخدام مصفوفة هوائيات. ومنذ ذلك الحين، وُلد علم الفلك الراديوي رسميًا. وخلال العقود التالية، «ظهرت» تباعًا النجوم النابضة وأشباه النجوم وإشعاع الخلفية الكونية الميكروي والجزيئات العضوية بين النجوم.
على مدى أكثر من 80 عامًا منذ ظهور التلسكوبات الراديوية، شهدت هي نفسها تطوّرًا سريعًا أيضًا. ففي عام 1955، بنت المملكة المتحدة تلسكوب لوفيل الراديوي القابل للتحريك، الذي يبلغ قطره 76 مترًا، في مرصد جودريل بانك بمانشستر. وفي عام 1972، اكتمل تلسكوب بون في ألمانيا، الذي كان أكبر تلسكوب راديوي قابل للتوجيه الكامل في العالم آنذاك، بقطر هوائي ذي قطع مكافئ بلغ 100 مترًا.
في عام 1963، اكتمل تلسكوب أريسيبو الراديوي على جزيرة بورتوريكو في أمريكا الوسطى، وكان قطره في البداية 305 مترًا، ثم وُسّع لاحقًا إلى 350 مترًا. ولا يزال أريسيبو المتقادم أكبر تلسكوب راديوي ذي طبق واحد بُني على الإطلاق في العالم.
في عام 1974، واحتفالًا باكتمال تحديثه، أرسل تلسكوب أريسيبو إشارة مؤلفة من 1,679 رقمًا ثنائيًا إلى العنقود الكروي M13، الواقع على بُعد 25,000 سنة ضوئية من الأرض؛ وتُعرف هذه الإشارة باسم رسالة أريسيبو. وفي أسفل الرسم، كانت هناك أيضًا أيقونة لـ«موقد شمسي» توضّح كيفية استقبال البشر للإشارات الراديوية وإرسالها.
حاليًا، إلى جانب مشروع «عين السماء» FAST الجاري في الصين، يُتوقّع أن يبدأ مشروع SKA، واسمه الكامل «التلسكوب الراديوي لمصفوفة الكيلومتر المربع»، خلال عامين. ويُعدّ داي شي، وهو فلكي شاب تخرّج في قسم علم الفلك بجامعة بكين ويجري الآن أبحاث ما بعد الدكتوراه في معهد علم الفلك وعلوم الفضاء (CASS) التابع لمنظمة الكومنولث للبحوث العلمية والصناعية الأسترالية، عضوًا في مشروع SKA.
وبحسب قوله، سيتكوّن SKA من آلاف الهوائيات الأصغر حجمًا التي ستُبنى في أستراليا وجنوب أفريقيا، ويُتوقّع أن يدخل الخدمة نحو عام 2030، وأن يصبح أكبر تلسكوب في تاريخ البشرية.
