SKA:沙漠里的科学奇观
时间:2017-12-07

  SKA:沙漠中的科学奇迹 - News - Science Net

  飞机降落在硬红的沙滩上,阳光明媚,四周是荒芜的。老鹰低低地盘旋着,地上有很大的蚁丘。即使是好奇胆大的袋鼠也站在树下,远远地掠过我们的侵略者。

  澳大利亚的核心几乎是最原始的方面。但就在这里,在西澳大利亚默奇森县的沙漠中,这个世界上人类暴露最严重的地区之一,国际天文学界将建立方阵公里,也许是有史以来最伟大的科学 - 被称为SKA)。

  SKA接待区面积为1平方公里,是世界上最大的综合孔径射电望远镜,通过这个巨大的科学眼睛,人类有望观测到前所未有的天空细节。

  地球的眼睛

  数千年来,天文学家从未停止过探索宇宙。随着天文观测技术的不断发展,科学家们也拥有越来越强大的观测设备,帮助他们更清楚地看到天空。

  但是,一些最基本的问题仍然没有得到满意的答案。

  宇宙的第一缕在哪里?第一颗恒星和星系是如何形成的?黑暗能量是一种什么样的神秘力量?爱因斯坦是对的?当然,还有无数其他人渴望找到答案:宇宙中我们独自一人吗?

  也许我们需要更敏锐的眼光。九十年代初,SKA的设想初步建立,但由于预期投资巨大,概念设计直到2008年才开始。从那时起就经历了SKA法人实体的建立,选址等流程。

  我们得出结论:SKA的建设将分两个阶段进行。澳大利亚SKA办公室总经理David Luchetti告诉“中国科学报”记者,SKA1阶段将从2018年到2023年,将建造相当于整个项目10%的望远镜,SKA2将完成整个望远镜阵列。

  根据目前的计划,SKA最终将在澳大利亚和非洲建造数以千计的表面反射器天线和一百多万个低频天线,具有无与伦比的观测范围,并将超过哈勃太空望远镜的图像分辨率质量。

  许多学者认为,SKA在本世纪将保持30年以上的绝对领先地位。如果一切顺利的话,它将重新定义人类对宇宙的理解,毫无疑问这将是另一个科学的奇观。

  在无声区,探路者已经离去

  以默奇森无线电台为中心,澳大利亚联邦政府和西澳大利亚州政府已经建立了广泛的无线电广播,以尽量减少射频干扰,并为进行射电天文观测和研究提供完美的保护。 SKA的两个试点项目也在这里落户,科学家正在探索尖端的新技术,为未来的SKA铺平道路。

  澳大利亚SKA探路者(ASKAP)项目是由Murchison天文台委托由英联邦科学和工业研究组织委托的射电望远镜。它将用于测试新望远镜技术的可靠性,并将用于测试默奇森天文台作为SKA站点的适用性。 SKA科学总监Sarah Pearce。

  ASKAP项目总监Antony Schinckel认为,ASKAP除了是一个探路者外,还是一种新型射电望远镜,由36个12米直径的反射天线阵列组成,具有高灵敏度阵列,适用于广阔的天空地区。非常高分辨率的一天。

  ASKAP望远镜还配备了一个非常秘密的方阵基体饲料。它可以同时产生30个独立的光束,为天线提供了广阔的视野,大大加快了望远镜的巡视速度。

  ASICS天文与空间科学部代理主任道格拉斯·博克(Douglas Bock)表示,这种尖端技术也将被用于世界上最大的单孔射电望远镜,即500米球形射电望远镜(FAST)在中国完成。这将有助于快速找到天空中较弱和隐蔽的星系。

  另一个重要的SKA的试点项目,Murchison宽场阵列(MWA)也位于这一领域。与高大的ASKAP不同,这个低频射电望远镜常常被称为科学家蜘蛛,一个由16个蜘蛛和128个小方格组成的小方格形成了整个Murchison宽域阵列。

  MWA的工作频率范围很宽,在80MHz〜300MHz之间,其视野也很大,可以快速巡视天空区域。MWA项目主任Randall Wayth说,我们现在已经进入第三年的运营。在SKA的一个试点项目中,MWA研究了SKA的关键科学目标,但它并没有整合到SKA中,而是继续作为一个独立的望远镜工作。

  国际合作的典范

  西澳首席科学家Peter Klinken承认,过去澳大利亚只能慢慢融入国际重大技术计划。因此,SKA首次在澳大利亚领导了如此大规模的国际合作项目,这对澳大利亚和西澳两国来说都是宝贵的机遇。他在“中国科学报”上对记者说,我们相信SKA将为射电天文学带来革命性的变化。

  由于技术原因,选择南非的高原高原和西澳的默奇森县作为SKA的共同主机,其中高中频反射面天线将主要建在非洲大陆,而低频天线将会主要建在默奇森地区。

  这使得SKA成为跨越两大洲的宏伟计划。在2012年的选址阶段,澳大利亚和南非开始激烈的讨论,甚至开展赞助比赛。不过,双方最后决定联手在两大洲建立这个望远镜,以最大限度地实现人类的科学梦想。

  这只是一个例子。实际上,SKA从一开始就是国际科技合作的典范。除澳大利亚和南非外,加拿大,中国,印度,意大利,新西兰,瑞典,荷兰和英国都是SKA的核心成员,这意味着世界人口的40%将参与SKA的建设。

  中国是SKA的创始成员和核心成员国之一。在SKA目前发布的11个工作包中,包括中国科学院,中国电子科学研究院,清华大学等在内的中国研究机构已经参与了其中6项研究和开发工作。

  例如,中国DECTEC 54承担了全部36个ASKAP天线的制造任务,突破了铝蜂窝夹芯板关键技术,现场可更换单元的模块化设计和现场无重力安装质量测量。天线的整体技术指标远远超出要求,是ASKAP高频信号接收上限的两倍。澳大利亚以土着人Wajarri Yamatji的语言命名36个天线,并感谢中国的贡献,天线24被命名为Janimaarnu,意思是中国人。

  无限可能超越天文学

  对于世界各地的射电天文学家来说,SKA是美好的未来。但SKA不仅可以为人类带来天文学,还可以为广播,信息科学,力学,力学,计算数学,系统科学,土木工程,新能源等诸多领域提供服务。

  以超级计算为例。有专家预测,SKA使用的光纤可以绕地球两圈。每次反射天线传输大约10倍于全球互联网的数据量时,一天内收集的信号可以在iPod上播放200万年

  这就要求科学家和工程师设计和开发一款能够存储和处理大量数据的SKA超级计算机,而在那里诞生的尖端网络技术可能远远超出人们的想象。

  今年5月,第三届SKA数据处理与高性能计算国际研讨会在上海举行。在这次会议上,专家们讨论了未来在上海建立SKA亚洲科学中心的可能性。上海市政府代表表示将支持SKA科学与数据中心的建设,使上海成为SKA科学研究的重要基地。

  中国科学院上海天文台主任洪晓宇认为,建设SKA亚洲科学中心是中国成为天文大国的一次难得的机会,将为中国天文学实现跨越式发展提供强有力的推动力。在这个平台上,中国可以利用第一手资料进行与世界接轨的研究,取得世界领先的成果。

  数据处理,能源供应对SKA来说将是一个巨大的挑战。大卫·卢凯蒂坦言,这就是为什么澳大利亚和其他成员国对这个项目感兴趣,我们都希望通过SKA的建设,来促进全球科学技术的进步。

  可以预见的是,未来十年SKA总会伴随着机遇,困难,不确定性和挑战,不过近期人们可能会希望看到这片荒芜荒芜的土地。

  “中国科学”(2016-06-27第3版国际)