讀圖丨人類最大天文工程SKA：西澳南非組建百萬(wàn)平方米陣法

澎湃新聞?dòng)浾?虞涵棋

2018-02-08 20:00

來(lái)源：澎湃新聞

由中國(guó)主導(dǎo)研發(fā)的平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA）首臺(tái)反射面天線樣機(jī)（SKA-P），日前在河北石家莊出廠，將SKA這一人類歷史上最龐大的天文工程帶入公眾視線。

此前，“世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡”FAST在貴州山坳中落成，猶如一只巨大的“天眼”。而SKA將由數(shù)千面反射面天線組成陣列，編織成捕捉射電信號(hào)的天羅地網(wǎng)。接受面積合計(jì)1平方公里，即一百萬(wàn)平方米。

科學(xué)家們可以將網(wǎng)上的點(diǎn)任意組合，模擬成無(wú)數(shù)個(gè)小射電望遠(yuǎn)鏡、或者一個(gè)巨大的射電望遠(yuǎn)鏡。

下面一組圖片，將帶你了解壯觀的SKA“陣法”。（本文所有圖片來(lái)自SKA官方網(wǎng)站。）

SKA選址在非洲和澳大利亞兩處。其中澳大利亞負(fù)責(zé)低頻部分：一期項(xiàng)目包含13萬(wàn)個(gè)偶極天線，巡天時(shí)能捕捉到低至50兆赫的射電信號(hào)。

低頻孔徑陣列散布在澳大利亞默奇森地區(qū)的藝術(shù)想象圖。

而非洲的9個(gè)國(guó)家負(fù)責(zé)中高頻部分。分別為：南非、博茨瓦納、加納、肯尼亞、馬達(dá)加斯加、毛里求斯、莫桑比克、納米比亞、贊比亞。

非洲的中頻SKA一期工程將建設(shè)大約200面天線，巡天時(shí)能捕捉350兆赫至14千兆赫的射電信號(hào)。圖為南非卡魯高原上的中頻孔徑陣列想象圖。

南非的沙漠地區(qū)具有完美的射電靜默背景。中頻SKA將觀測(cè)引力波、脈沖星，并搜尋銀河系中的生命跡象。對(duì)比現(xiàn)存相似頻段的最好望遠(yuǎn)鏡央斯基甚大陣列（JVLA），它的分辨率提高3倍，靈敏度提高4倍，巡天速度快60倍。

南非立法在北開普敦劃定了1250萬(wàn)公頃的射電天文保護(hù)區(qū)。

澳大利大的低頻SKA和非洲的中頻SKA在正式建設(shè)前各自啟動(dòng)了其先導(dǎo)項(xiàng)目。圖為默奇森寬場(chǎng)陣列（MWA），為其中一個(gè)先導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡，于2013年全面運(yùn)行，但它不會(huì)集成在最終的SKA中。MWA將對(duì)整個(gè)南半球的天空進(jìn)行充分觀察。其首要任務(wù)是尋找宇宙再電離時(shí)期包圍早期星系的星際氫氣。

另一先導(dǎo)項(xiàng)目澳大利亞SKA探路者(ASKAP)正處于緊張的技術(shù)研發(fā)階段，澳大利亞政府投入了1.11億澳元。ASKAP的相位陣饋源（PAF）能同時(shí)產(chǎn)生30個(gè)單獨(dú)波束覆蓋30平方度視場(chǎng)，極大地加快巡天速度。

ASKAP和SKA望遠(yuǎn)鏡選址在默奇森地區(qū)，傳統(tǒng)上是Wajarri Yamatji人的領(lǐng)地，他們是地球上人口最少的民族之一。為此，雙方簽署了一個(gè)原住民土地使用協(xié)議。

非洲的先導(dǎo)項(xiàng)目為64面“貓鼬”（MeerKAT）天線，預(yù)計(jì)幾年后部署完成。圖為第一面“貓鼬”天線于2014年3月安裝完成。它們?cè)诘谝浑A段作為獨(dú)立的裝置產(chǎn)生科學(xué)成果，未來(lái)則會(huì)與其他130面天線一起組成中頻SKA設(shè)施。

SKA四種望遠(yuǎn)鏡的夜間藝術(shù)想象圖。低頻孔徑陣列（右下）和澳大利亞SKA探路者（右上）將在西澳落成，中頻孔徑陣列（左下）和“貓鼬”望遠(yuǎn)鏡（左上）將在南非等若干非洲國(guó)家落成。

天線依照多個(gè)螺旋臂結(jié)構(gòu)，從核心逐漸擴(kuò)散開來(lái)，組成長(zhǎng)基線干涉陣列。

中國(guó)是SKA的創(chuàng)始國(guó)和正式成員國(guó)之一。目前，在SKA對(duì)外發(fā)布的11個(gè)工作包中，中方參與了天線（DSH）、低頻孔徑陣列（LFAA）、中頻孔徑陣列（MFAA）、信號(hào)與數(shù)據(jù)傳輸（SaDT）、科學(xué)數(shù)據(jù)處理（SDP）、寬帶單像素饋源（WBSPF）等6個(gè)國(guó)際工作包聯(lián)盟的研發(fā)工作。圖為石家莊出廠的第一面天線樣機(jī)。