從構想到開工歷時30年，2021年7月，一項充滿雄心壯志的天文設施開始建設。它就是平方公里陣列射電望遠鏡（Square Kilometre Array，簡稱SKA）——一個由多個國家參與建造和運行的超級大科學工程，又被稱為“世界巨眼”。它的存在，有望幫助人類在宇宙起源、宇宙磁場起源、地外文明等前沿問題上取得革命性突破。

目前，SKA的建設進程如何？作為SKA創(chuàng)始成員國之一，中國扮演了哪些角色？近日，《天目Tech+》記者與中國科學院上海天文臺研究員鄭倩聊了聊。

SKA示意圖 圖片來自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？

將大量望遠鏡單元組合在一起，形成的覆蓋面積達到一平方公里的“巨型望遠鏡”——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的主要科學目標之一。

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

鄭倩透露，在科學實驗方面，SKA天線等望遠鏡器件正在實驗室進行模擬、測試等工作，同時也在進行未來數(shù)據(jù)處理軟件開發(fā)等相關工作。

SKA示意圖 圖片來自SKA官網(wǎng)

為實現(xiàn)科學目標做好準備

“實現(xiàn)SKA的科學目標，離不開完備的數(shù)據(jù)處理流程?！编嵸徽f，數(shù)據(jù)的處理，是SKA面臨的其中一項挑戰(zhàn)。

當SKA睜開巨眼看宇宙時，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天文臺每年將歸檔300PB的數(shù)據(jù)。按照當前標準，這相當于大約50萬臺筆記本電腦一年的數(shù)據(jù)存儲容量。

而射電望遠鏡產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過校準、去除干擾信號等計算處理，才能形成科學上可用的數(shù)據(jù)。

“建在中國新疆天山地區(qū)的21CMA陣列是我國的SKA探路者陣列，為我們積累了低頻射電數(shù)據(jù)處理和其他相關技術的寶貴經(jīng)驗。同時，我們也通過廣泛參與國際合作，積累相關技術和經(jīng)驗，為應對未來的SKA數(shù)據(jù)處理做準備?！编嵸唤榻B。

以鄭倩所在的宇宙黎明和再電離探測團隊為例，她介紹，團隊成員正在以21CMA和澳大利亞低頻望遠鏡陣列MWA的觀測數(shù)據(jù)為基礎，搭建數(shù)據(jù)處理平臺，為未來開展基于SKA數(shù)據(jù)的宇宙再電離探測做準備。

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

2018年，SKA首臺天線樣機由中國研制成功。圖片來自新華社

抓住中國射電天文發(fā)展的機遇

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

目前，中國已整合國內(nèi)現(xiàn)有射電力量，逐步形成了宇宙黎明和再電離探測團隊等科學團隊，開展包括宇宙再電離探測和脈沖星搜尋等方向的研究。

對于天文學家個人而言，參與SKA的建設，是一場充滿期待與未知的冒險。“人們總是對宇宙有著本能的向往，這項工作最吸引我的就是可以探索人類未知的問題，滿足我們的好奇心。”鄭倩說。

由于團隊計劃進行宇宙再電離信號全天總功率測量，為了減少人類活動如調頻廣播等在低頻射電波段造成的干擾，滿足低頻觀測試驗對寧靜電磁環(huán)境的要求，鄭倩團隊會在人跡罕至的西部地區(qū)進行射電環(huán)境的測量。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。

對國家而言，參與SKA能助力國家科技發(fā)展，為中國射電天文取得國際領先科學發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造難得的歷史機遇。鄭倩認為，SKA的建成與運行，離不開計算機、信息通信等技術的支持，“單是在數(shù)據(jù)處理工作領域，由于它需要較大的存儲、計算技術支撐，一定會帶動超算平臺、設施等的發(fā)展?！?/p>

“中國加入SKA項目，符合全球化發(fā)展的需求，能更好地鍛煉我們的科學團隊，同時也能帶動我國相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”鄭倩說。（記者謝履冰 曾楊希）

來源：天目新聞

責任編輯：胡惠雯