覆蓋3000公里,我國聯合數十個國家,在沙漠建設超級工程探尋宇宙

哈嘍大家好,在1993年的東京國際無線電科學聯盟大會上,包括中國在內的十國天文學家提出,建造新一代射電望遠鏡。近20年後,由南仁東主持的中國天眼成功面試,瞬間吸引了全球目光,該望遠鏡直徑達到500米,面積相當於30個足球場大小,也是目前全球最大的射電望遠鏡。比德國的波恩100米望遠鏡靈敏度高10倍。

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射電望遠鏡的主要作用是一探尋地外文明,尋找第一代誕生的天體以及太空天氣預報等等。此外,還可服務中國的航天項目工程,進一步提升我國衛星深空軌道測定能力,為嫦娥探月以及未來升空探索提供需求服務。往大了說,射電望遠鏡是人類未來探索宇宙的必要設備。

不過,隨著全球電信號環境惡化,地球通訊能力不斷髮展,也對射電望遠鏡捕捉宇宙聲音造成極大影響,天眼對於人類而言已經足夠大,但面對整個宇宙仍無比渺小。對此,世界各國紛紛聯合啟動了平方公里射電望遠鏡計劃,簡稱SKA。作為世界最大綜合孔徑射電望遠鏡,SKA與主要由3000多個反射面天線以及100多萬個低頻天線組成,每個反射面天線直徑大約在15米左右,覆蓋跨度超過3000公里。

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同時,SKA的靈敏度也將得到空前提升,比目前全球最大的射電望遠鏡靈敏度提高約50倍,巡天速度也將提高1萬倍,目前國際上的射電望遠鏡繪製半人馬A座星系的圖像大約需要1200小時,而有了SKA望遠鏡頭只需要十幾分鐘左右,澳大利亞首席執行官曾表示,當SKA投用後,人類將進入繪製宇宙地圖的全新時代。

此外,還將用於研究宇宙大爆炸、星系演變、暗能量、地外文明搜尋、宇宙磁場研究等天文學和物理學基本問題,與空間站以及核聚變研究一樣,SKA作為歷史上最大的科學工程之一,將會集世界上最好的科學家以及工程師來共同完成此項工程,目前主要由中國、印度、意大利、英國、澳大利亞等10個創始國以及超過20個國家的100個組織聯合設計研發。

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其中,中國主要負責天線和低中頻孔徑列陣,信號數據傳輸等6個項目研發,特別是在核心設備,收發天線的設計中起到了引領與主導作用。

由於整個射電望遠鏡規模非常龐大,所以在全球採用了兩次建設點,初期選舉中澳大利亞、南非、中國以及阿根廷4個國家進行了競爭,中國與阿根廷由於地理條件以及電離層不穩定,最終遭到否決,澳大利亞與南非成為候選者。

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SKA項目負責人表示,望遠鏡建設最重要的是找到一個受無線電傳輸干擾極小的地區。其中高中頻反射面天線將主要建設在南非高原沙漠為核心的非洲大陸,低頻天線將主要建設在澳大利亞莫奇森郡,總部則設立在英國。

那為什麼不直接建設一個像天眼一樣巨大面積的望遠鏡呢?英國射電天文臺負責人表示,如果將所有反射面天線整合在一起,他的直徑將超過100公里。很顯然我們無法見到一架口徑100公里的望遠鏡,但可以建造一個望遠鏡網絡,然後將他們連接在一起,達到同樣的效果,也就是現在的SKA。

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不過同樣也會面臨一個難題。要想將所有反射面天線整合在一起,絕非易事,它們的信號同步精度必須達到10億分之1秒,所需的光纜數量也是一個驚人數字,就算完成連接工作後,電腦還要對每架望遠鏡接收的數據進行分析,而每架反射面望遠鏡1秒可產生大約20GB數據。所以需要巨大的數據處理能力,專家估計,目前只有世界上最強大的超級計算機才能勝任這份工作,而此項任務便落到了中國頭上,我國擁有多個世界最強超級計算機研發和使用經驗,未來將為SKA提供硬件方面支持。

目前SKA共分為兩個階段建設。

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第一階段將從2018年持續到2023年。先在澳大利亞建設300多臺低頻天線,南非建設200個反射面天線,其中部分戰略將在2020年開始進行科學觀測。

第二階段將擴充戰略天線達到預定建設目標,並計劃在2030年左右開始完全運行。

細數國際聯合過的兩大項目空間站,曾幫助人類駐紮在宇宙,而核聚變將徹底解決人類能源需求。SKA項目也將讓我們重新認識宇宙,最終去探索宇宙的奧秘。

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