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助SKA巡天,国际大科学工程闪耀中国智慧

来源:科技日报 作者:翟冬冬 2018-02-08 14:09:37
  2月6日下午3时许,在位于石家庄的中国电科54所工程现场,随着启动声响,静立多时的平方公里阵列射电望远镜(SKA)首台天线样机开始缓缓转身。作为人类历史上最大的望远镜阵列——SKA由10多国科学家共同研制,建设中每一个重要节点都备受瞩目。

  巡视,俯仰,追踪扫描,如同今后在南非旷野中工作一样,这只灵敏且有智慧的“大耳朵”,正以10角秒(角度单位,1/360度)的精度指向空中的目标,倾听宇宙声音。

  “非常出色的创新设计?!盨KA组织总干事菲利普·戴蒙德对这只“大耳朵”给予高度评价。通过五年的技术攻关,中国的设计方案最终被选为SKA反射面天线研发的唯一设计方案。

  携手追寻宇宙的第一缕光

  SKA是600多名科学家和工程师共同参与建造的大科学装置,台址选在澳大利亚、南非及南部非洲8个国家广袤的无线电静谧区。这是中国科学家参与建设的又一个国际大科学工程。

  “这必将开辟人类认识宇宙的新纪元?!敝泄缈?4所所长张桂华说,探究宇宙的第一缕曙光从何而来,观测宇宙大爆炸后如何形成第一个恒星和星系,探秘被称为暗能量的神秘力量的本质,挑战爱因斯坦相对论的极限……还有我们最渴望得知的问题如人类在宇宙中是否孤独。通过聚焦这些问题,SKA将真正走在科学研究的前沿。

  作为SKA项目的创始国和成员国之一,早在1993年SKA概念诞生伊始,中国便参与其中。2011年,包括中国在内的7国作为创始成员国成立了SKA独立法人机构SKA组织。目前已有中国、澳大利亚、加拿大等10个核心成员国,此外来自20多个国家的约100个组织也已投身SKA的设计研发中。

  与FAST、哈勃互为补充

  按照规划,SKA的接收面积约1平方公里,有140个足球场那么大,建成后将比目前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1万倍。

  “是互补不是替代?!彼档胶虵AST的区别,中科院国家天文台副台长郝晋新研究员说,在相当长时间内(约20年)FAST和SKA是互补关系,而不是替代。

  郝晋新介绍,视场大小和望远镜口径是反比关系,虽然FAST和SKA都是射电望远镜,但FAST是单一大口径射电望远镜,灵敏度高,观测视场??;SKA是阵列望远镜,单个望远镜口径小,只有15米,但观测视场却很大,灵敏度随着组成阵列望远镜的单元数增加而增加。

  “从FAST望远镜概念产生的历程看,FAST也可以说是SKA的先导项目?!焙陆卤硎?,由于其巨大的接收面积,即使是SKA1(SKA第一阶段)建成后,FAST在3GHz以下波段仍为灵敏度方面的翘楚。

  而捕捉射电辐射的FAST和SKA,则与哈勃等光学望远镜并不具备可比性,就如同篮球运动员和田径运动员一样,因为观测的波段不同,作用也不同,但它们最终的目的都是探测星辰大海。

  中国站在了舞台中央

  2017年5月,SKA天线工作包联盟主席卸任,由参与各方推荐人选竞选新任主席,中方最终当选。鉴于SKA天线性能关乎SKA整体性能和科学目标的实现,天线的成本直接影响SKA整体造价,各成员国对天线研发和后续工作高度重视。

  “竞争非常激烈!”SKA天线工作包联盟新一届主席、中国电科SKA办公室副主任王枫回忆,这背后是十年的技术积淀。这是中方第一次正式牵头SKA工作包国际联盟工作,全面主持主导工程核心技术研发。

  “坚持自主研发与国际合作并重,是中国特色自主创新的自觉之路?!笨萍疾抗屎献魉舅境ひ抖乇硎?,大科学装置的兴起和大科学计划的推进,正不断推动中国前沿科技探索走进新时代。
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