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2020-05-07 作者:生命科学   |   浏览(105)

作者:程唯珈 来源: 中国科学报 发布时间:2019/5/7 9:08:10 选择字号:小 中 大

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SKA第一阶段的望远镜示意图,包括由近200面碟型天线组成的中频阵,以及由13万个低频天线组成的低频阵。图片来源:中科院国家天文台

在南半球的澳大利亚、南非以及南部非洲的8个国家,2020年将开始建设世界最大综合孔径望远镜——平方公里阵列射电望远镜。SKA由全球十多个国家计划合资建造,中国是发起国之一。目前,面向全球的项目布局、科学准备、工程技术研发、人才培养等工作正全面推进。我国部署的SKA前期数据处理系统建设和相关科学预研,日前在上海正式启动。

我们积极参与国际大科学工程,坚持自主研究和国际合作相结合,以实现望远镜单口径和干涉阵列的协同发展。武向平表示,不过,中国参加SKA的主要目的是追求宏伟科学目标和取得丰硕的科学回报,那也是我们参加SKA的最终目的。

打造史上最牛的“观天巨眼”

■本报见习记者 程唯珈

浩瀚苍穹,带给人类永恒的好奇;仰望星空,离不开功能强大的望远镜。

浩瀚苍穹,带给人类永恒的好奇;仰望星空,离不开功能强大的望远镜。

国际大科学工程-平方公里阵列射电望远镜,以大量的小单元天线汇聚实现综合孔径射电干涉成像,总接收面积达一平方公里,是人类有史以来建造的最宏大的望远镜。

近日,中国科学院大学玉泉路校区礼堂里,来自国科大的学生和社会各界人士济济一堂,以遥望宇宙的巨眼为主题的天文讲座在这里举行。

SKA由130万个对数周期天线组成的低频阵列和2500面碟形天线组成的中频阵列两部分组成。建成后,将比目前世界上最大的射电望远镜阵列灵敏度提高约50倍、巡天速度提高约10000倍,堪称史上最牛的“观天巨眼”。

国际大科学工程平方公里阵列射电望远镜的中国首席科学家、中国科学院院士武向平详细介绍了SKA的相关发展历程与科学目标,引起全场热烈掌声。

平方公里阵列射电望远镜的第一阶段将于2020年开始建设,计划完成大约10%的建设任务,包括在南非建造197面碟形天线、在澳大利亚建造约13万台低频阵列天线。

SKA:完全数字化的望远镜

大科学装置为人类认识宇宙提供重要机遇。SKA建成后,有望揭示宇宙中诞生的第一代天体,重现宇宙从黑暗走向光明的历史进程;有望以宇宙最丰富元素“氢”为信使,绘制宇宙最大的三维结构图;有望发现银河系几乎所有的脉冲星、发现来自超大质量黑洞产生的引力波、重建宇宙磁场的结构、探知宇宙磁场的源头;还有望揭开原始生命的摇篮,寻找茫茫宇宙深处的知音……

一直以来,人们探索宇宙空间的脚步从未停止,望远镜则是人们遥望宇宙的巨眼。

中国SKA科学目标和发展路线图

目前,全世界的望远镜可连起来组成通信网络,可以说地球直径有多大,望远镜分辨率就有多高。面对遍地的眼睛,为什么科学家还要不遗余力地兴建如此庞大的巨眼工程呢?

据SKA中国首席科学家武向平院士介绍,作为SKA国际大家庭的一员,中国SKA科学家团队经过广泛征询、充分论证和顶层设计,现已确立了中国SKA科学目标和发展路线图。即在第一阶段,确保两个优先突破领域和若干个具有特色的研究方向,概括为“2+1”推进战略。

武向平介绍,因为望远镜分布在世界各个角落,工作时需依赖原子钟计时。望远镜观测同一目标时既要记录信号也要记录时间,不同的时间在干涉研究前需事先转换,影响效率。此外,所有的望远镜都是靠机械转动跟踪目标。过去的雷达是靠机械转动跟踪目标,而现在的雷达已经发展到线控雷达,用数字线控指向跟踪目标,可提高观测效率。

两个优先领域分别是:利用SKA1低频阵列,直接抓捕宇宙第一代天体“再电离”的身影,再现“宇宙黎明”;积极参与脉冲星的搜索,并致力于发现毫秒脉冲星、脉冲星-脉冲星系统、脉冲星-黑洞系统等具有重要科学价值的事例,以用于验证引力理论。

那么,能否把望远镜的传统干涉技术与线控雷达技术相结合,建造一台信息化时代的射电望远镜?天文学家陷入了沉思。为此,包括中国在内的十多个国家共同组成了平方公里阵列射电望远镜国际组织,平方公里阵列射电望远镜应运而生。

此外,中国SKA科学团队还确定了若干重要突破方向:利用SKA极高灵敏度和大面积巡天优势,开展中性氢21cm宇宙学研究,揭示从黑洞、星系动力学甚至宇宙大尺度结构的性质,检验暗物质和暗能量的特性;利用SKA快速巡天和极高时间分辨率的优势,探究“暂现源”的物理本质,揭示宇宙极端天体的秘密;绘制从星云到宇宙大尺度的磁场结构,追溯宇宙各层次的磁场起源。

讲座上,武向平向同学们展示了SKA的场景图示。屏幕上,数千面天线从一口口大锅向外呈旋臂状铺展,延伸着长长的触角,尤为壮观。

武向平表示,围绕核心科学目标的实施,中国SKA科学团队由11个科学研究课题构成。由中国科学院牵头,联合高校和各研究院所,广泛深入开展国际合作,特别是与SKA两个台址国以及各SKA探路者联合体建立战略伙伴关系,在中国SKA区域中心基础上进一步推动和建设SKA亚太区域中心,集聚全球顶尖人才,使中国成为未来SKA人才最向往的国际科研中心之一。

望远镜的建设过程就如同造锅。我们建造了2500个15米大小的锅,组成了一个5公里的中心致密阵列,并延伸到3000公里形成一个更大的场景极限。武向平介绍,中心部分拥有三种天线,分别为高频波段天线、偶极天线和中频波段天线。

SKA前期数据处理系统建设在沪启动

金沙js娱乐场官方网站,可别小看这些天线,即使是再简单的小天线都接有对应的智能接收机,使其信号数字化。

在科技部国家重点研发计划大科学装置专项的支持下,平方公里阵列射电望远镜前期数据处理系统建设和相关科学预研,日前在上海正式启动。

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