國際合作擦亮最大射電望遠(yuǎn)鏡SKA

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

近日，平方公里陣列天文臺(tái)（SKAO）在南京舉行第十一次理事會(huì)。SKAO總干事菲利普·戴蒙德、中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)副臺(tái)長吳雪峰等天文學(xué)家在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)指出，SKA面臨諸多挑戰(zhàn)，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(xué)者參與到SKAO中。

多國聯(lián)手建造最大射電望遠(yuǎn)鏡

SKA是由全球多國合資建造和運(yùn)行的世界最大規(guī)模綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡。2019年，中國作為SKAO創(chuàng)始成員國，在羅馬簽署《成立平方公里陣列天文臺(tái)公約》。

吳雪峰介紹，正在建設(shè)的SKA第一期工程預(yù)計(jì)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(huán)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(shí)工作就組成一個(gè)基線長度達(dá)數(shù)千公里的射電望遠(yuǎn)鏡，接收面積之大、分辨成像能力之強(qiáng)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(yuǎn)鏡”（EHT），將分布在全球的8個(gè)亞毫米波望遠(yuǎn)鏡組成一個(gè)等效于地球口徑大小的“虛擬望遠(yuǎn)鏡”，首次捕獲黑洞“真容”。

SKA不僅是一個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡陣列，同時(shí)也是一個(gè)先進(jìn)的數(shù)據(jù)密集型科學(xué)計(jì)算平臺(tái)。

吳雪峰說，SKA集成了相平面相控陣天線等創(chuàng)新技術(shù)，相控陣天線無須轉(zhuǎn)動(dòng)即可靈活控制波束方向，大大提高觀測靈活性。

SKA還將產(chǎn)生前所未有的海量觀測數(shù)據(jù)，二期工程建成后每秒數(shù)據(jù)量將超過目前全球互聯(lián)網(wǎng)每秒數(shù)據(jù)量。

“SKA第一階段耗資就達(dá)20億歐元，還集成了多項(xiàng)尖端技術(shù)，對(duì)任何單個(gè)國家來說都是巨大挑戰(zhàn)，所以采用國際合作模式建設(shè)。”吳雪峰說。

探索宇宙離不開國際合作

“像所有大項(xiàng)目一樣，我們有挑戰(zhàn)，包括財(cái)務(wù)挑戰(zhàn)和技術(shù)挑戰(zhàn)等。”菲利普·戴蒙德表示，“一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)是如何處理所有數(shù)據(jù)，我們將產(chǎn)生比任何其他科學(xué)項(xiàng)目更多的數(shù)據(jù)。因此，我們必須開發(fā)技術(shù)、算法和軟件來處理所有這些數(shù)據(jù)并產(chǎn)生科學(xué)。”

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(jīng)進(jìn)入大科學(xué)時(shí)代，大科學(xué)從根本上說是需要國際范圍內(nèi)的團(tuán)結(jié)合作，尤其是天文學(xué)。所以我認(rèn)為對(duì)中國來說，參與國際合作很重要。”

記者了解到，中國對(duì)SKA的貢獻(xiàn)有兩方面，一是提供相應(yīng)的建設(shè)資金，二是制造中低頻天線。目前，相關(guān)設(shè)備已經(jīng)在南非進(jìn)行安裝。

吳雪峰介紹，SKA將在50MHz—15.4GHz的超寬頻帶上進(jìn)行觀測，覆蓋范圍比現(xiàn)有射電望遠(yuǎn)鏡要寬得多，有助于發(fā)現(xiàn)新奇天體和現(xiàn)象，也有望解決一些根本性科學(xué)問題：如回答宇宙是如何從“黑暗時(shí)代”進(jìn)化為現(xiàn)在的樣子，最早的恒星和星系是如何形成的，揭示暗物質(zhì)的本質(zhì)和分布，研究行星形成和系統(tǒng)演化，為宇宙學(xué)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(qū)域中心中國站點(diǎn)的原型系統(tǒng)，為SKAO的順利推進(jìn)作出重大貢獻(xiàn)，并利用FAST等作為SKA探路者望遠(yuǎn)鏡，開展了快速射電暴、脈沖星、引力波等預(yù)研項(xiàng)目，為未來SKAO關(guān)鍵科學(xué)項(xiàng)目積累經(jīng)驗(yàn)。

科技部也選定了與SKA優(yōu)先科學(xué)目標(biāo)高度契合的10個(gè)科學(xué)方向，逐步確立了中國SKA“2+1”科學(xué)目標(biāo)，其中“2”為兩個(gè)重點(diǎn)科學(xué)方向，“1”為八個(gè)特色科學(xué)方向。

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

張 曄

來源： 科技日?qǐng)?bào)