中国の天空の目：宇宙の謎を探る

中国のスカイアイ（FAST）は現在、世界最大の電波天文望遠鏡です。国家の重要な科学技術インフラであり、天体を観測する巨大な目であり、国宝であり、我が国の最先端科学において独創的な大きな進歩を成し遂げました。中国のスカイアイは、さまざまな研究分野で科学的成果を生み出し、宇宙に対する人類の理解を深めてきました。 2016年9月の完成と運用開始以来、科学者らは中国天眼を通じて660個以上のパルサーを発見した。これは、同時期に世界中のすべての電波望遠鏡によって発見されたパルサーの総数の5倍以上である。世界最大かつ最高感度の電波望遠鏡である中国のスカイアイは、年間観測時間が5,300時間を超え、科学者が天文学の分野で一連の研究成果を達成するのに貢献し、宇宙を観測する人類の視野を広げ、中国の科学技術の自立の代表的なプロジェクトとなっている。

|中国のスカイアイ

中国貴州省黔南ブイ族ミャオ族自治州にある500メートル口径球面電波望遠鏡（FAST）は、国家の「第11次5カ年計画」の主要な科学技術インフラ建設プロジェクトです。中国のスカイアイは、世界最大のスパンと最高の精度、そして非常に特殊な構造と動作方法を備えた蜘蛛の巣の上に構築されています。 4,450 個の反射板で覆われたこの巨大な蜘蛛の巣には、50 本の鉄柱、670 本の鉄ケーブル、2,225 本の引き下げケーブルが使用されています。牽引装置によって自身にかかる張力により変形します。中国のスカイアイは、上部の受信機と連携して動作すれば、宇宙のさまざまな領域で電磁波信号を効果的に観測できる。このため、中国のスカイアイの観測感度とデータ受信能力は他国の類似製品よりも優れています。

|中国のスカイアイの技術革新

1. 超大型電波望遠鏡用の新しいシステム、すなわちアクティブ反射鏡および給電支持システムが開発され、500メートル口径反射鏡のアクティブ変位と給電室の高精度位置決めが実現され、電波望遠鏡の建設技術に大きな進歩がもたらされました。

2. 複雑な山岳地形に適したリングビーム支持形式を提案し、ケーブルネット形態解析のための目標構成初期ひずみ補償法を発明し、能動的にシフトするケーブルネットの疲労性能を研究し、大規模、超高精度、能動的シフトなどの革新的な構造設計を実現しました。

3. 超高応力振幅500MPa、ミリ単位の精度を有する構造用鋼ケーブルを開発し、大スパン高精度の各種施工方法を発明し、現場での極めて過酷かつ複雑な敷地制約を突破し、超大スパンかつ極めて高精度な望遠鏡本体構造の建設を完了しました。

4. 大規模・高精度・高動的計測制御・安全性評価技術を発明し、反射面の高精度な位置情報の提供と全天候型・高精度・大規模・高サンプリングレートのフィードサポート動的計測を可能にしました。

5. 管理革新の面では、全プロセスエンジニアリングコンサルティングモデルを採用し、「十字型」のクロス管理システムと「5次元」のプロジェクト管理方法を構築し、省エネ、グリーン、環境保護管理システムの有機的な統合を実現し、大規模な科学工学建設管理の新しいモデルを開拓しました。

|中国スカイアイの顕著な貢献

中国のスカイアイは完成以来、高速電波バーストの起源と物理的メカニズム、中性水素宇宙研究、パルサー探索と物理学研究、パルサータイミング、低周波重力波検出の分野で成果を上げ続けている。最近、中国の科学者らが中国天眼望遠鏡を通じて宇宙最大の原子ガス構造を発見し、その結果が学術誌「ネイチャー」に掲載された。中国のスカイアイは、銀河の中心から遠く離れた極めて薄く拡散した原子ガスから放出される微弱な放射線を検出することができ、宇宙の天体の起源を研究する新たな窓を開くことになる。

宇宙のガスを観測することは天体物理学の分野で非常に重要な研究テーマであり、宇宙のすべての天体の起源は原子ガスと切り離せないものです。銀河の主な進化の過程は、宇宙から原子ガスを継続的に吸収し、それを星に変換することであると報告されています。

この発見は、宇宙における銀河とそのガスの進化を研究する研究者にとって課題を提起する。既存の理論では、なぜこれらの希薄原子ガスがこれほど長い間宇宙の紫外線背景放射によってイオン化されなかったのかを説明するのは困難です。この観測結果は、宇宙に大規模な低密度の原子ガス構造が存在する可能性を示唆しています。

|最先端分野における中国の強み

中国のスカイアイが生み出した数多くの科学的成果の中でも、高速電波バーストは最も新しく、最も注目されている分野の一つである。広大な宇宙では、短く激しい電波のバーストが頻繁に発生します。通常、バーストは数ミリ秒しか続きませんが、地球上で数百億年かけて生成される電気の量に相当する膨大な量のエネルギーを放出することがあります。 2007年、天文学者は初めてそのようなミリ秒の電波、高速電波バーストを発見しました。これまでに天文学者は何百もの高速電波バーストを観測し、周囲の環境の複雑さに基づいてその進化段階を推測してきました。

現時点では、科学者は高速電波バーストの物理的起源、周辺環境、中心メカニズムなどについてまだ明確に理解しておらず、その中心領域の物理的パラメータに関する直接観測データも不足しています。最近、中国の科学者たちは中国天眼衛星を使って天の川銀河の外側の高速電波バーストを詳細に観測し、高速電波バーストの中心からわずか1天文単位（太陽から地球までの距離）の周辺環境で磁場が変化することを初めて検出した。研究チームは今回、天の川銀河の外側に位置する高速電波バーストFRB20201124Aの長期監視を行い、合計54日82時間で1,863個のバーストパルス信号を観測した。これまでで最大の高速電波バースト偏光観測サンプルに基づいて、研究者らはいくつかの重要な発見をしました。研究チームはさらなる研究を進めており、高速電波バーストの核となる物理プロセスとエネルギー機構を決定する直接的な観測証拠を見つけ、この神秘的な宇宙現象の物理的起源をできるだけ早く解明したいと考えている。

|アプリケーションの価値

1. 独立産業の振興

500メートル口径球面電波望遠鏡の建設には、アンテナ製造、高精度測位と測定、高品質の電波受信機、センサーネットワークとインテリジェント情報処理、超広帯域情報伝送、大規模データ保存と処理など、多くのハイテク分野が関わっています。 FAST の主要な技術的成果は、大規模構造工学、1 キロメートル範囲にわたる高精度の動的測定、大型産業用ロボットの開発、マルチビーム レーダー デバイスなど、多くの関連分野に応用できます。 500メートル口径球面電波望遠鏡の建設経験は、情報化、極限化、グリーン化に向けた中国の製造技術の発展に影響を与えるだろう。

2. 国家安全保障への貢献

これにより、中国の宇宙追跡・制御能力は静止軌道から太陽系の外縁部まで拡大し、深宇宙通信データのダウンリンク速度は数十倍に増加し、世界で最も正確なパルサータイミングアレイが構築され、自律航行の将来研究のためのパルサークロックが生産されました。高解像度のマイクロ波パトロールを実施し、1 Hz の解像度で弱い宇宙信号を診断および識別し、受動的な戦略レーダーとして国家安全保障に役立ちます。 「メリディアンプロジェクト」の非干渉散乱レーダー受信システムとして使用でき、高解像度と観測効率を提供します。コロナ質量放出イベントの追跡と検出、および宇宙天気予報に役立ちます。

3. 宇宙を探検する

中国のスカイアイは、多分野にわたる基礎研究プラットフォームとして、中性水素の観測を宇宙の果てまで拡張し、暗黒物質や暗黒エネルギーを観測し、第一世代の天体を探索する能力を備えています。極限条件下での物質の構造と物理法則を研究することができます。奇妙な星やクォーク星物質を発見する可能性を秘めている。中性子星とブラックホールの連星を発見し、モデルに頼ることなくブラックホールの質量を正確に決定することができます。パルサーの到着時間を正確に測定することで重力波を検出することができます。星間通信信号の探索と識別、地球外文明の探索などに使用できます。

（インターネットからの写真）

著者 | Gu Junzhe 氏はコンピューターサイエンスとテクノロジーの修士号を取得しています。卒業後は、科学の普及知識に注目し、最先端技術を探求しながら、オンライン情報の収集と整理に携わってきました。