中科院院士大會:中國參與SKA超大天文望遠鏡項目,10年後超FAST

5月29日,中科院第19次院士大會學術年會在北京召開。我國參與的第二大國際合作計劃“平方公里陣列射電望遠鏡”,英文簡稱SKA,預計2019年開始建設。

大會上,武向平院士介紹,SKA是人類迄今為止計劃建造的最宏大的天文觀測設備,會對自然科學和人類文明做出劃時代的貢獻。這個下一代超級射電望遠鏡,作為觀天利器,將用於尋找地外文明等眾多宏偉科學目標。

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央視報道SKA項目

1、簡介

SKA是一項大型國際科研合作項目,參與國有澳大利亞、加拿大、意大利、新西蘭、荷蘭、南非、英國、中國等20個國家。項目預計總投資預計超過20億美元。

SKA始於上世紀九十年代初,是國際天文界計劃建造的世界最大綜合孔徑射電望遠鏡,也是人類有史以來建造的最龐大天文設備。它是多國合作、共同出資的國際大科學工程。全球約20個國家上百個大學和科研機構的天文學家和工程師參與項目研發。

SKA項目也是繼中國參與熱核聚變項目之後,參與的第二個國際大科學工程。

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SKA天線陣列示意圖

2、建造目的

21世紀的宇宙學仍有很多基本問題亟待解決,例如:基本粒子和基本作用力的本質,宇宙的形成及演化,暗物質的起源,行星系統的生成等。這就需要天文學家進一步觀測早期宇宙結構,即需要建造有更高靈敏度和視場(巡天速度)的望遠鏡。不論是地面還是天空,都將有許多新一代的望遠鏡被建造,例如TMT,ALMA,JWST,LISA,SKA也是其中之一。

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SKA試驗場設想圖

3、設計規劃及目前進展

SKA橫跨三大洲,基線超過3000km,核心處的半徑在5km左右。運行費用為每年7000萬英鎊。當它全功率運行時,需要2~3個核電站才能供應所需電能。

這樣耗能驚人的設備,其性能的確比以往的地面望遠鏡提高不少。過去的天文望遠鏡往往是單打獨鬥或僅形成局部網絡,受地域限制,它們都只能觀測星空的很小一部分,許多重要天文事件可能因此未被發現,而將世界各地的天文望遠鏡連成網絡後,可以更加全面地觀測整個星空,減少“魚兒漏網”的幾率。此外,在某一重大天文事件發生時,也可通過寬廣的觀測網絡來抵消地球自轉的影響,利用各地望遠鏡持續不斷地觀測。

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SKA設計圖

SKA建設包括SKA1和SKA2兩個階段,SKA1建設階段項目總投入約6.74億歐元,預計在三年左右建成130臺天線,該階段為試觀測階段,為SKA2大批量生產奠定工程技術、科學觀測等基礎。

目前,SKA各成員國正在協商出臺SKA天文臺公約。據瞭解,SKA1建成後,各成員國可以按照出資情況和貢獻度按比例獲得一定的觀測時間,可以共享SKA獲得的各項原始數據。

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SKA試驗場設想圖

4、中國參與SKA建設

在SKA組織向全球發佈的包括基礎建設在內的11個工作包任務中,天線工作包是其中最主要、最核心的部分。在SKA國際大科學工程中,中國一路從跟跑進入領跑,最終在激烈的競爭中脫穎而出,開始為世界提供最核心的“天線解決方案”。

SKA-P就是中國電子科技集團公司第54研究所歷經五年時間主導研製出的SKA首臺樣機,在多個領域綜合性能實現全球領先。

從54所瞭解到,SKA-P是一隻“精密”的“耳朵”。SKA-P包含主副兩個反射面,主反射面是一個15×20米的長六邊形,由66塊曲率各不相同、邊長約3米的三角型面板拼裝而成,面積達235平方米,超過半個籃球場大,而單塊三角型面板僅有0.1毫米的精度。

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中國研製的SKA首臺天線

SKA將成為地球上最大、最先進的科學設施,比目前最大的射電望遠鏡陣列——美國EVLA的靈敏度提高50倍,巡天速度提高10000倍。據專家估計,建成後的SKA,其性能在本世紀至少保持30-50年的領先地位。

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