发布时间:2024-08-24 07:27:32 来源: sp20240824
在南非和澳大利亚人烟稀少、广袤无垠的无线电宁静区,一项国际大科学工程——“平方公里阵列”射电望远镜(SKA)正在建设中。作为由全球多国合资建造和运行的新一代射电望远镜,SKA建成后将成为地球上最大、最先进的科学设施之一。
SKA是一种射电干涉阵列式望远镜,其频率范围跨越50兆赫至20吉赫,等效接收面积达平方公里级。它采用双台址方案,中频阵以南非为核心、最终扩展至非洲南部8个国家,由分布在3000公里范围内的2000面15米口径的碟型反射面天线组成;低频阵位于澳大利亚西部,由130万个天线单元组成。两套射电干涉阵在不同频段工作,完全独立运行。SKA将分阶段进行建设:第一期将建设近10%的望远镜单元,已正式开工,预计2029—2030年建成;其余部分将在第二期建设。
大视场、高灵敏度、高分辨率、高动态范围、宽频段……SKA集诸多优势技术于一身,是革命性的新一代天文望远镜。平方公里级的等效接收面积,意味着史无前例的超高灵敏度和科学发现能力,可以发现大量过去无法被探测到的极微弱信号。比如,它可以使银河系内的3万颗脉冲星基本上全部“现形”,而目前人类只发现了其中的1/10;即使在远离地球50光年的星球上使用机场雷达,也逃不过SKA的“火眼金睛”。3000公里的最大基线长度,意味着其具备毫角秒级的超高空间分辨本领,远超哈勃空间望远镜。它将使曾经“模糊不清”的天体以前所未有的清晰度展现在人类面前。当这一“世界巨眼”扫视宇宙时,被它“一网打尽”的宇宙信息量大到超乎想象,其每秒数据量甚至高于目前全球互联网数据流量总和。
在科学层面,SKA肩负着人类认识宇宙和基本物理规律的一些重大科学探索任务。例如,尝试揭示宇宙第一代发光天体的诞生、揭开“宇宙黑暗时代”的科学谜团;以宇宙中最丰富的元素——氢为信使,绘制最大的宇宙三维结构图;探求暗能量、暗物质的基本性质;发现银河系中几乎所有的脉冲星,并用于精确检验引力理论;通过对大量毫秒级脉冲星的精准测时,直接探测来自星系中心的超大质量黑洞所产生的引力波;探求宇宙磁场的起源;探索宇宙生命的起源、寻找地外文明以及探索其他未知领域等。
SKA是中国首个全程参与并扮演重要角色的国际大科学工程,从项目酝酿发起到国际组织创建及规则制定,再到项目管理与建设等。1993年,包括中国在内的10国共同发起了建造SKA的倡议。2011年,中国等7国共同创建了国际SKA组织,该组织于2021年过渡为政府间国际组织——SKA天文台。目前,SKA参加国包括正式成员南非、澳大利亚、英国、中国、意大利、荷兰、瑞士、西班牙、葡萄牙和加拿大,以及观察员印度、法国、德国、瑞典、日本和韩国。中国担任SKA反射面天线工作包联盟主席国,这是中国首次在国际大科学工程中领衔工作包联盟。
自1994年起,以国家天文台南仁东研究员为代表的一批中国射电天文学家,逐步形成了利用中国贵州的喀斯特地貌,建造30面200米口径的巨型反射面天线组成平方公里阵的“中国SKA方案”。2016年9月,以“中国SKA方案”为基础发展出的“中国天眼”——500米口径球面射电望远镜(FAST)在贵州竣工。
FAST是迄今为止世界最大单口径射电望远镜,也是北半球最灵敏的设备,可与位于南半球的SKA形成互补。截至目前,FAST已发现900余颗新脉冲星,在快速射电暴起源、引力波探测等领域产出一系列世界级成果。
近期,FAST又发现了6个距离地球约50亿光年的中性氢星系,这是人类迄今直接探测到的最远的一批中性氢星系。中性氢广泛存在于宇宙的不同时期,是不同尺度物质分布的最佳示踪物之一。对中性氢进行探测研究,对于理解暗物质、暗能量属性,解读星系形成和演化过程等具有重要意义。此前,FAST已发现了4万多个中性氢星系样本。FAST正不断为世界天文贡献中国智慧、为全球工程界提供中国技术。
仰望星空,步履不停。在可预见的未来,“中国天眼”“世界巨眼”将为国际天文界持续探索宇宙带来更多新视角,为引领人类突破认知新领域作出更大贡献。
(作者为中国科学院国家天文台研究员)
《 人民日报 》( 2024年05月13日 15 版)
(责编:卫嘉、白宇)