國際合作擦亮最大射電望遠鏡SKA

正在建設中的國際大科學工程——平方公里陣列射電望遠鏡（SKA），將是人類有史以來規模最大的射電望遠鏡。

近日，平方公里陣列天文臺（SKAO）在南京舉行第十一次理事會。SKAO總干事菲利普·戴蒙德、中國科學院紫金山天文臺副臺長吳雪峰等天文學家在接受科技日報記者采訪時指出，SKA面臨諸多挑戰，解決這些問題需要國際合作，中國在國際上一直扮演著重要角色，希望更多的中國學者參與到SKAO中。

多國聯手建造最大射電望遠鏡

SKA是由全球多國合資建造和運行的世界最大規模綜合孔徑射電望遠鏡。2019年，中國作為SKAO創始成員國，在羅馬簽署《成立平方公里陣列天文臺公約》。

吳雪峰介紹，正在建設的SKA第一期工程預計2028年完成，其中中頻波段包括197面分散擺放的15米的反射面天線，低頻陣列是13萬只小的偶極天線。

考慮到電磁環境的影響，SKA中頻天線選址在南非，低頻天線選址位于澳大利亞，兩邊同時工作就組成一個基線長度達數千公里的射電望遠鏡，接收面積之大、分辨成像能力之強前所未有。

這種方式國際早有先例。2017年，國際合作“事件視界望遠鏡”（EHT），將分布在全球的8個亞毫米波望遠鏡組成一個等效于地球口徑大小的“虛擬望遠鏡”，首次捕獲黑洞“真容”。

SKA不僅是一個射電望遠鏡陣列，同時也是一個先進的數據密集型科學計算平臺。

吳雪峰說，SKA集成了相平面相控陣天線等創新技術，相控陣天線無須轉動即可靈活控制波束方向，大大提高觀測靈活性。

SKA還將產生前所未有的海量觀測數據，二期工程建成后每秒數據量將超過目前全球互聯網每秒數據量。

“SKA第一階段耗資就達20億歐元，還集成了多項尖端技術，對任何單個國家來說都是巨大挑戰，所以采用國際合作模式建設。”吳雪峰說。

探索宇宙離不開國際合作

“像所有大項目一樣，我們有挑戰，包括財務挑戰和技術挑戰等。”菲利普·戴蒙德表示，“一個巨大的挑戰是如何處理所有數據，我們將產生比任何其他科學項目更多的數據。因此，我們必須開發技術、算法和軟件來處理所有這些數據并產生科學。”

菲利普·戴蒙德說，要解決這些問題，就需要國際合作。“人類已經進入大科學時代，大科學從根本上說是需要國際范圍內的團結合作，尤其是天文學。所以我認為對中國來說，參與國際合作很重要。”

記者了解到，中國對SKA的貢獻有兩方面，一是提供相應的建設資金，二是制造中低頻天線。目前，相關設備已經在南非進行安裝。

吳雪峰介紹，SKA將在50MHz—15.4GHz的超寬頻帶上進行觀測，覆蓋范圍比現有射電望遠鏡要寬得多，有助于發現新奇天體和現象，也有望解決一些根本性科學問題：如回答宇宙是如何從“黑暗時代”進化為現在的樣子，最早的恒星和星系是如何形成的，揭示暗物質的本質和分布，研究行星形成和系統演化，為宇宙學和生命研究等開辟新視野等。

目前我國科研人員已完成了SKA區域中心中國站點的原型系統，為SKAO的順利推進作出重大貢獻，并利用FAST等作為SKA探路者望遠鏡，開展了快速射電暴、脈沖星、引力波等預研項目，為未來SKAO關鍵科學項目積累經驗。

科技部也選定了與SKA優先科學目標高度契合的10個科學方向，逐步確立了中國SKA“2+1”科學目標，其中“2”為兩個重點科學方向，“1”為八個特色科學方向。

SKA中國首席科學家、中國科學院院士武向平在早先接受媒體專訪曾表示：“項目實施后，我們要確保能和外國科學家站到同等的水平線上。”

張 曄

來源： 科技日報