Cennetin Gözü: FAST Radyo Teleskobu

Çin’in güneybatısındaki dağların arasında yer alan FAST radyo teleskobu, dünyanın en büyük teleskobu olma unvanına sahiptir. 2011’de başlayan projenin Puerto Rico’daki 305 metrelik çanağı olan Arecibo Gözlemevi’nin iki katı toplama gücüne sahiptir.

FAST teleskobu 4.450 ayrı panelden oluşmuş ve Guizhou’daki Dawodang adı verilen bir havzaya yerleştirilmiştir. Bu teleskop Dünyanın en hassas dinleme cihazı olmasının yanı sıra, en büyük açıklıklı radyo teleskobudur.

Her ne kadar Rusya’da bulunan 576 metre çapındaki RATAN-600 radyo teleskobunun kapladığı alan daha büyük olsa da, hassasiyet konusunda Çin ile yarışamayacağı kesindir.

Resim-1. FAST ve Arecibo karşılaştırma.

Teleskobun hassasiyeti nedeniyle teleskoba belli bir mesafe içinde dalga yayan teknolojik cihazlar kullanılması ve alana girilmesi yasaktır. Zira cihazlardan alınan sinyaller, alınan veriler (sinyal)  üzerinde parazit yaratmaktadır.

Resim-2. FAST genel görünüm. (Image Credit: Absolute Cosmos)

FAST teleskobu Nisan 2019’da çalışmalarını yürütmek üzere Çinli astronomlara açılmıştır. Teleskobun diğer özelliklerinden bahsetmeden önce, bir radyo teleskobunun nasıl çalıştığından bahsedelim:

Radyo teleskop Nasıl Çalışır?

Radyo dalgaları, elektromanyetik dalgadan oluşur ve ışık hızında hareket ederler. Elektromanyetik spektrumun en yüksek dalga boylu; ancak en düşük enerjili bölümünde yer alırlar.

Dolayısıyla tayfın gözle görülmeyen kısımlarındaki gökcisimlerini algılamak için radyo teleskoplarını kullanırız.

Genel hatlarıyla radyo teleskobu anten, ön amplifikatör, mikser, yerel osilatör, ara frekans (Intermediate Frequency-IF) yükselteçleri, kare yasa dedektörleri, doğru akım (Direct Current-DC) işlemciler ve kayıt cihazlarından oluşur.

Radyo teleskop antenler: teleskobun en belirgin parçasıdır. Optik teleskoplardaki merceğin görevini yerine getirir diyebiliriz. Anten, gökten topladığı radyo frekanslarını enerji olarak depolar ve ölçülebilen elektrik akımlarına dönüştürür.

Anten büyüdükçe küçük bölgeden gelen enerjinin gök küreye odaklanması kolaylaştırır.

Antenin Çözünürlük Hesaplama Denklemi

• Denklemdeki Delta; milimetredeki dalga boyu,
• D; toplayıcının çapını temsil eder.
• 206265 sayısı ise; bir paralaksa denk gelmektedir.

Bir radyo teleskobunun çözünürlüğü bu formülle frekansa bağlıdır. Radyo teleskobun ön amplifikatörü antenden gelen sinyallere mümkün olduğunca az gürültü ekleyerek titreşimleri arttırmaktır. Bunu başarmak için özel transistörler kullanılır.

Mikser, ön yükselticiden gelen sinyalin frekansını düşürür, yerel osilatörden gelen sinyali ön yükselticiden gelen sinyalle birleştirir ve giriş sinyali frekansı – yerel osilatör frekansı olmak üzere iki ek çıkış üretir. ara frekans (IF) amplifikatörü, mikserin çıkışını işleyen bir radyo frekansı amplifikatörüdür.

Sinyalin yükseltilmesine ek olarak, IF amplifikatörü genellikle bir tür bant geçirerek yalnızca seçilen frekans aralığına izin veren bant geçirgen filtreye sahiptir. Filtreler genellikle SAW, kristal kafes veya seramik çeşitlerinden oluşur.

IF için ihtiyaç duyulan kazanç miktarı ise: mikserden çıkan sinyal seviyesi, IF amplifikatör filtresi/ filtrelerde kaybedilen miktar ile takipteki kare kanun dedektörü için gerekli uygun seviye belirlenir.

Radyo frekansı enerjisi dedektör tarafından doğru akım (DC) sinyaline dönüştürüldüğünde sinyalleri kaydetmeyi kolaylaştıracak farklı şekillere çevirmemiz gerekir.

Tespit edilen bir sinyal doğru akım (DC) sinyali olarak adlandırılır; buna rağmen kalabalık karakterini koruduğu için yoğunluğu yüksek hızlarda değişmektedir. Bu dalgalanmaların düzeni entegratör tarafından gerçekleştirilir. Entegratör işlevi, gelen sinyal için tutma tankı olarak kapasitör kullanır.

DC işlemcisi ise tespit edilen sinyali kayıt cihazının menziliyle eşleşecek bir seviyeye yükseltir. Aynı zamanda amplifikasyon işlevi, genellikle işlemsel yükselteçler adı verilen entegre devreler kullanılarak gerçekleşir.

Teleskop tarafından alınan tüm sinyallerin değerlendirilebilmesi için sinyalin zaman içinde ne kadar güçlü olduğunun kaydı tutulmalıdır. Bu kayıtlar özel bir yazılım ile analogdan dijitale dönüştürülerek grafik çıkartılır.

Haritalama için ise antenin açısal ışın genişliğinden daha az aralıklarla ayrılmış belli bir yükseklikte gökyüzünün sürüklenme taramalarını ayarlamamız yeterlidir. Kısaca bir radyo teleskobunun çalışma sistemi bunlardır.

FAST Radyo Teleskopuna Geri Dönersek

Resim-3. Genel yapı. (Image Credit: Xinhua)

FAST’ın (Beş yüz metrelik teleskop) takma adı “Gökyüzünün Gözü” veya “Cennet’in Gözü” anlamında olan Tianyan’dır. FAST her ne kadar beş yüz metre çapında olsa bile tek seferde sadece 300 metresini kullanabilir. 70 MHz-3 GHz aralığında çok bantlı çalışacak radyo teleskobun çanağı parabolik biçimdedir.

Böylelikle astronomik nesnelerden gelen dalgalar parabolün ekseni doğrultusunda çanağın üzerindeki bir noktaya odaklanır.

FAST yere sabitlenmiş bir teleskop olduğundan yönlendirilmesi imkansızdır. Dolayısıyla bir noktaya odaklanmadan eksen dışı kaynaklardan gelen dalgaları toplamasına ve konsantre etmesine olanak tanıyan küresel bir şekli vardır.

Resim-4. Sinyal toplayıcı bölüm. (Image Credit: Xinhua)

Proje başkanı Nan ve ekibi FAST’ın küresel reflektörünün 300 metre çapındaki bir bölümünü ince parabole çeken ve alıcıları parabölün ekseni boyunca konumlandıran bir sistem tasarladı.

Parabolün konumu gerçek zamanlı olarak değiştirilebilir böylelikle parabolik eksen tıpkı yönlendirilebilir bir radyo teleskobunun yaptığı gibi Dünya dönerken ilgili kozmik nesneyi hedefler.

Bu teleskop Zenith‘ten kırk dereceye kadar gözlem yapabilir, aynı zamanda karmaşık bir düzeltme mekanizmasına ihtiyaç duymadığı için alıcı platformu Arecibo’ya kıyasla daha fazla enstrüman barındırabilir.

Resim-5. FAST çanağının altında bulunan aktüatörler. (Image Credit: Sciencemag)

FAST’ta reflektörü deforme etmek için çanağın altındaki kayaya sabitlenmiş 2.225 aktüatörle yüksek teknolojili vinçler yer almaktadır. Aktüatör bağları çekerek çanağı aşağı çeken destek ağına bağlı kablolar vardır. Aktüatörler gerilimi gevşettiğinde çanağın küresel şeklini, doğal yaylanma özelliği ile geri yükler. Çanak içinden çıkıntılı küçük direklere monte edilmiş lazerler, yüzeydeki 1000 noktanın koordinatlarını kontrol ederek ince ayarının yapılmasına olanak verir.

İnşaattan önceki son tasarım incelemesinde mühendisler çelik kabloların devamlı strese sokulup gevşetilmesinin ileride arızalara yol açabileceklerini fark etti. Çözüm olarak FAST ekibi 2 milyon stres döngüsüne dayanıklı, Çin yapımı kabloya çevirdi. Bu teleskop kablosunun 30 yıllık tasarım ömrü boyunca dayanacağı stres 300.000 döngüden çok daha fazladır.

FAST İçin Belirlenen Bilimsel Hedefler

• Büyük ölçekli hidrojen araştırması,
• Atarca (Pulsar) gözlemleri,
• Uluslararası çok uzun temel interferometri (VLBI) ağına liderlik etmesi,
• Yıldızlararası moleküllerin tespiti,
• Pulsar zamanlama dizisi,
• Yıldızlararası iletişim sinyallerinin tespiti.

Ağustos 2017’de iki tane pulsar keşfeden teleskop iki yıl gibi bir sürede yaklaşık 102 pulsar keşfetti. Bu ABD ve Avrupa’daki araştırmacıların aynı zaman zarfında keşfettiği toplam pulsar sayısından fazladır. FAST pulsar zamanlamasını eskisine nazaran yaklaşık 50 kat daha doğru bir şekilde ölçülmesini sağlar. Ayrıca araştırmacılar ilk defa bu teleskop sayesinde son derece düşük frekanslı yerçekimi dalgalarını ölçebilecekler.

Çin’in bu girişimi bilim için oldukça değerli ve önemli bir yerdedir. Bu teleskop sayesinde keşfedilemeyen kozmik cisimlerin keşfedilmesini ve açıklanamayan bazı olaylara netlik getirmesini umut etmekteyiz.

Kaynaklar

1. Web.astrosurf.com.radioastronomy
2. Web.sciencemag.orh.worlds largest radio telescope will search dark matter listen aliens
3. Web.Pyhs.org.China metter fast radio telescope
4. Web.eurekalert.org. China sky eye the worls’s largest singledish radio telescope, in now fully operational
5. Web.universetoday.com. Chinas fast telescope the worlds largest single radio dish telescope is now fully operational
6. Web.english.nao.cas.cn. Radio astronomy