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读图丨人类最大天文工程SKA:西澳南非组建百万平方米阵法

澎湃新闻记者 虞涵棋

2018-02-08 20:00  来源:澎湃新闻

由中国主导研发的平方公里阵列射电望远镜(SKA)首台反射面天线样机(SKA-P),日前在河北石家庄出厂,将SKA这一人类历史上最庞大的天文工程带入公众视线。
此前,“世界最大单口径射电望远镜”FAST在贵州山坳中落成,犹如一只巨大的“天眼”。而SKA将由数千面反射面天线组成阵列,编织成捕捉射电信号的天罗地网。接受面积合计1平方公里,即一百万平方米。
科学家们可以将网上的点任意组合,模拟成无数个小射电望远镜、或者一个巨大的射电望远镜。
下面一组图片,将带你了解壮观的SKA“阵法”。(本文所有图片来自SKA官方网站。)
SKA选址在非洲和澳大利亚两处。其中澳大利亚负责低频部分:一期项目包含13万个偶极天线,巡天时能捕捉到低至50兆赫的射电信号。
低频孔径阵列散布在澳大利亚默奇森地区的艺术想象图。
而非洲的9个国家负责中高频部分。分别为:南非、博茨瓦纳、加纳、肯尼亚、马达加斯加、毛里求斯、莫桑比克、纳米比亚、赞比亚。
非洲的中频SKA一期工程将建设大约200面天线,巡天时能捕捉350兆赫至14千兆赫的射电信号。图为南非卡鲁高原上的中频孔径阵列想象图。
南非的沙漠地区具有完美的射电静默背景。中频SKA将观测引力波、脉冲星,并搜寻银河系中的生命迹象。对比现存相似频段的最好望远镜央斯基甚大阵列(JVLA),它的分辨率提高3倍,灵敏度提高4倍,巡天速度快60倍。
南非立法在北开普敦划定了1250万公顷的射电天文保护区。
澳大利大的低频SKA和非洲的中频SKA在正式建设前各自启动了其先导项目。图为默奇森宽场阵列(MWA),为其中一个先导望远镜,于2013年全面运行,但它不会集成在最终的SKA中。MWA将对整个南半球的天空进行充分观察。其首要任务是寻找宇宙再电离时期包围早期星系的星际氢气。
另一先导项目澳大利亚SKA探路者(ASKAP)正处于紧张的技术研发阶段,澳大利亚政府投入了1.11亿澳元。ASKAP的相位阵馈源(PAF)能同时产生30个单独波束覆盖30平方度视场,极大地加快巡天速度。
ASKAP和SKA望远镜选址在默奇森地区,传统上是Wajarri Yamatji人的领地,他们是地球上人口最少的民族之一。为此,双方签署了一个原住民土地使用协议。
非洲的先导项目为64面“猫鼬”(MeerKAT)天线,预计几年后部署完成。图为第一面“猫鼬”天线于2014年3月安装完成。它们在第一阶段作为独立的装置产生科学成果,未来则会与其他130面天线一起组成中频SKA设施。
SKA四种望远镜的夜间艺术想象图。低频孔径阵列(右下)和澳大利亚SKA探路者(右上)将在西澳落成,中频孔径阵列(左下)和“猫鼬”望远镜(左上)将在南非等若干非洲国家落成。
天线依照多个螺旋臂结构,从核心逐渐扩散开来,组成长基线干涉阵列。
中国是SKA的创始国和正式成员国之一。目前,在SKA对外发布的11个工作包中,中方参与了天线(DSH)、低频孔径阵列(LFAA)、中频孔径阵列(MFAA)、信号与数据传输(SaDT)、科学数据处理(SDP)、宽带单像素馈源(WBSPF)等6个国际工作包联盟的研发工作 。图为石家庄出厂的第一面天线样机。
中国电子科技集团公司第五十四研究所正在安装首台天线样机。
SKA将产生100倍互联网流量的数据,需要的计算力约等于1亿台个人电脑。图为建设中的澳大利亚波希超算中心。
SKA科学目标(一):绘制氢原子的宇宙分布,研究大爆炸后的暗能量演化。
SKA科学目标(二):用脉冲星和黑洞的引力进行强磁场测试,验证爱因斯坦广义相对论。
SKA科学目标(三):调查宇宙磁场的起源和演化。图为被神秘的宇宙磁场影响的日冕。
SKA科学目标(四):寻找生命的起源
SKA中频和低频设备与现有最好同类望远镜的性能对比。
责任编辑:李跃群 澎湃新闻,未经授权不得转载。新闻报料:4009-20-4009
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