從構(gòu)想到開工歷時(shí)30年，2021年7月，一項(xiàng)充滿雄心壯志的天文設(shè)施開始建設(shè)。它就是平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（Square Kilometre Array，簡(jiǎn)稱SKA）——一個(gè)由多個(gè)國(guó)家參與建造和運(yùn)行的超級(jí)大科學(xué)工程，又被稱為“世界巨眼”。它的存在，有望幫助人類在宇宙起源、宇宙磁場(chǎng)起源、地外文明等前沿問(wèn)題上取得革命性突破。

目前，SKA的建設(shè)進(jìn)程如何？作為SKA創(chuàng)始成員國(guó)之一，中國(guó)扮演了哪些角色？近日，《天目Tech+》記者與中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)研究員鄭倩聊了聊。

SKA示意圖 圖片來(lái)自SKA官網(wǎng)

捕捉宇宙的第一縷曙光

從一片混沌到繁星閃爍，浩瀚宇宙是如何演化而成的？

將大量望遠(yuǎn)鏡單元組合在一起，形成的覆蓋面積達(dá)到一平方公里的“巨型望遠(yuǎn)鏡”——SKA有望探尋到答案。

為了揭示宇宙演化史的奧秘，人類一直孜孜不倦地探尋著。捕捉宇宙的第一縷曙光，也就是研究宇宙第一代發(fā)光天體的產(chǎn)生和形成是SKA的主要科學(xué)目標(biāo)之一。

SKA的臺(tái)址分別位于澳大利亞、南非及南部非洲8國(guó)，整個(gè)陣列最大分布在3000公里的范圍內(nèi)，建成后有效接收面積高達(dá)1平方公里，靈敏度比目前最大的陣列射電望遠(yuǎn)鏡提高了約100倍。

鄭倩透露，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，SKA天線等望遠(yuǎn)鏡器件正在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬、測(cè)試等工作，同時(shí)也在進(jìn)行未來(lái)數(shù)據(jù)處理軟件開發(fā)等相關(guān)工作。

SKA示意圖 圖片來(lái)自SKA官網(wǎng)

為實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)做好準(zhǔn)備

“實(shí)現(xiàn)SKA的科學(xué)目標(biāo)，離不開完備的數(shù)據(jù)處理流程。”鄭倩說(shuō)，數(shù)據(jù)的處理，是SKA面臨的其中一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

當(dāng)SKA睜開巨眼看宇宙時(shí)，被它“一眼看盡”的宇宙信息量有多少？根據(jù)SKA官網(wǎng)數(shù)據(jù)，SKA天文臺(tái)每年將歸檔300PB的數(shù)據(jù)。按照當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)，這相當(dāng)于大約50萬(wàn)臺(tái)筆記本電腦一年的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。

而射電望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)、去除干擾信號(hào)等計(jì)算處理，才能形成科學(xué)上可用的數(shù)據(jù)。

“建在中國(guó)新疆天山地區(qū)的21CMA陣列是我國(guó)的SKA探路者陣列，為我們積累了低頻射電數(shù)據(jù)處理和其他相關(guān)技術(shù)的寶貴經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，我們也通過(guò)廣泛參與國(guó)際合作，積累相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，為應(yīng)對(duì)未來(lái)的SKA數(shù)據(jù)處理做準(zhǔn)備?！编嵸唤榻B。

以鄭倩所在的宇宙黎明和再電離探測(cè)團(tuán)隊(duì)為例，她介紹，團(tuán)隊(duì)成員正在以21CMA和澳大利亞低頻望遠(yuǎn)鏡陣列MWA的觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，搭建數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，為未來(lái)開展基于SKA數(shù)據(jù)的宇宙再電離探測(cè)做準(zhǔn)備。

“隨著SKA的建成，計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的提升，探測(cè)到宇宙第一縷曙光的信號(hào)還是有很大的可能性?！编嵸徽f(shuō)。

2018年，SKA首臺(tái)天線樣機(jī)由中國(guó)研制成功。圖片來(lái)自新華社

抓住中國(guó)射電天文發(fā)展的機(jī)遇

SKA的概念最早于20世紀(jì)90年代提出。作為SKA項(xiàng)目的創(chuàng)始國(guó)和成員國(guó)之一，在概念誕生伊始，中國(guó)便積極參與其中。

目前，中國(guó)已整合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有射電力量，逐步形成了宇宙黎明和再電離探測(cè)團(tuán)隊(duì)等科學(xué)團(tuán)隊(duì)，開展包括宇宙再電離探測(cè)和脈沖星搜尋等方向的研究。

對(duì)于天文學(xué)家個(gè)人而言，參與SKA的建設(shè)，是一場(chǎng)充滿期待與未知的冒險(xiǎn)?！叭藗兛偸菍?duì)宇宙有著本能的向往，這項(xiàng)工作最吸引我的就是可以探索人類未知的問(wèn)題，滿足我們的好奇心。”鄭倩說(shuō)。

由于團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)行宇宙再電離信號(hào)全天總功率測(cè)量，為了減少人類活動(dòng)如調(diào)頻廣播等在低頻射電波段造成的干擾，滿足低頻觀測(cè)試驗(yàn)對(duì)寧?kù)o電磁環(huán)境的要求，鄭倩團(tuán)隊(duì)會(huì)在人跡罕至的西部地區(qū)進(jìn)行射電環(huán)境的測(cè)量。兩年間，他們翻雪山、穿沙漠，克服困難，為下一步科研工作奠定了基礎(chǔ)。

對(duì)國(guó)家而言，參與SKA能助力國(guó)家科技發(fā)展，為中國(guó)射電天文取得國(guó)際領(lǐng)先科學(xué)發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造難得的歷史機(jī)遇。鄭倩認(rèn)為，SKA的建成與運(yùn)行，離不開計(jì)算機(jī)、信息通信等技術(shù)的支持，“單是在數(shù)據(jù)處理工作領(lǐng)域，由于它需要較大的存儲(chǔ)、計(jì)算技術(shù)支撐，一定會(huì)帶動(dòng)超算平臺(tái)、設(shè)施等的發(fā)展?！?/p>

“中國(guó)加入SKA項(xiàng)目，符合全球化發(fā)展的需求，能更好地鍛煉我們的科學(xué)團(tuán)隊(duì)，同時(shí)也能帶動(dòng)我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?！编嵸徽f(shuō)。（記者謝履冰 曾楊希）

來(lái)源：天目新聞

責(zé)任編輯：胡惠雯