建設中的平方公里射電望遠鏡陣

郭紅鋒

大型射電望遠鏡陣概念的提出

平方公里射電陣的概念醞釀于20世紀90年代初。1993年，日本京都舉行了國際無線電科學聯合會大會，參加了射電天文學委員會的中國、澳大利亞、加拿大、法國、德國、印度、荷蘭、俄羅斯、英國、美國等10國的天文學家代表出席了大會。時值世紀之交，與會代表分析了射電望遠鏡未來的發展，提出了建造下一代大射電望遠鏡（Large Radio Telescope，簡稱LT）的倡議。

LT當時還只是一個概念，科學家們想要建造一個總接收面積相當于1平方公里的大型射電望遠鏡。這樣大的接收面積，已經不可能做成一整塊鏡面了，應該由多面小射電望遠鏡組成陣列。但究竟由多少面、多大口徑的小望遠鏡組成什么樣的陣列，在哪里布局陣列等一系列問題都有待科學家們在此后數年里共同合作和努力推進。

科學家們希望用這樣一個既有大口徑又有大面積的射電望遠鏡陣列，觀測遙遠的宇宙深處，能夠獲得宇宙更早期，甚至初始時期的信息，從而弄清楚現今的宇宙是怎樣從初始狀態演化過來的。

中國是SKA組織的創始國

中國科學家一直在LT的國際合作和概念推進過程中發揮著積極作用，并在此過程中逐漸發展出中國的先導項目——500米口徑球面射電望遠鏡（FAST，又稱中國天眼）。與此同時，國際上各國天文學家也在積極推進LT的概念，并逐漸發展為平方公里陣（Square Kilometre Array，簡稱SKA）的概念，1999年正式將LT更名為SKA。

2000年8月10日，在英國曼徹斯特舉行的國際天文聯盟會議上，11國（澳大利亞、加拿大、中國、德國、印度、意大利、荷蘭、波蘭、瑞典、英國和美國）代表簽署了建立國際平方公里陣列指導委員會（ISSC）的諒解備忘錄，2011年SKA發展成為有多個國家參與的國際天文臺公約組織（總部設在英國，網址為https：//www.skatelescope.org/ ）。中國是SKA組織的創始國、堅定支持者和積極推動者之一。中國的FAST與SKA形成了很好的互補與承啟關系，中國國家天文臺的團隊正代表中國積極參加SKA項目的國際合作（SKA網址為https：//china.skatelescope.org/）。

SKA的目標與進展

SKA將成為遠超過其他望遠鏡有史以來建造的最大射電望遠鏡。為了達成此目標，SK A將使用數千個反射面天線（高頻率）和更多的低頻和中頻孔徑陣列望遠鏡。

SK A將分別建于南非（含南非8個國家）、澳大利亞西澳州的無線電寧靜區域，分布在2 0 0 0 ～3 0 0 0公里的范圍，頻率覆蓋5 0 M H z -20GHz（未來可能升級到20GHz以上）。

S K A 將分階段進行建設。S K A 第一階段（SKA1）將建設約10%的SKA，已于2021年7月1日正式開工建設（預計2028年建成）。第二階段（SK A 2）建設其余部分的SK A。項目全部建成預計在2030年以后。

SK A是人類迄今為止計劃建造的最宏偉的天文觀測設備，同時也是一部超越國界的全球大科學裝置，匯集了人類在天文學、無線電、信息、通信、計算機、機械制造等諸多領域的最新科技成果，蘊涵多項重大科學發現，會對自然科學和人類文明作出劃時代的重要貢獻。

建成后的SK A承擔著重要的科學觀測使命，它將致力于回答宇宙的一些基本問題，比如宇宙起源、宇宙學與星系演化、行星如何形成、宇宙磁場的起源和演化、引力波如何拉伸宇宙的結構、揭開暗能量的謎團，以及探測外星生命，等等。

最后，告訴大家一些有關SKA的令人驚訝的事實：

1） SKA在一天內收集到的數據可以在ipod上播放將近兩百萬年;

2） SKA非常敏感，能夠探測到幾十光年外行星上的機場雷達;

3） SKA中央計算機的處理能力約為1億臺PC;

4） SKA天線將產生10倍的全球互聯網流量;

5） SKA使用的光纖足以環繞地球兩周;

6） SKA中的孔徑合成陣列可以產生全球互聯網流量的100多倍。