□ 波 特

夜空下的SKA

SKA中頻孔徑陣列

面積1平方千米的望遠(yuǎn)鏡

鏡面達(dá)到1平方千米的望遠(yuǎn)鏡即將矗立在大地之上！

當(dāng)然了，人們并不是真的要建造一個(gè)面積1平方千米的大家伙，而是要建造一個(gè)信號(hào)收集能力相當(dāng)于1平方千米鏡面收集能力的巨型射電望遠(yuǎn)鏡陣列。這就是所謂的“平方千米陣望遠(yuǎn)鏡”（SKA——Square Kilometre Array telescope），2012年5月25日，該計(jì)劃團(tuán)隊(duì)宣布，將于2016年開(kāi)始在南非和澳大利亞兩地興建平方千米陣。該項(xiàng)目中三分之二的天線將建在南非和非洲其他地區(qū)，另三分之一的天線將建在澳大利亞。中國(guó)、澳大利亞、英國(guó)、南非等20個(gè)國(guó)家共同參與了這項(xiàng)國(guó)際合作項(xiàng)目。

為了能夠提供100萬(wàn)平方米的信號(hào)收集面積，同時(shí)為了滿(mǎn)足高靈敏度和高分辨率圖像的要求，平方千米陣將由三千多個(gè)碟形射電天線組成，單獨(dú)的一個(gè)天線的口徑都有15米。在陣列的中心區(qū)域天線是密集分布的，有一半的天線位于中央方圓5千米的區(qū)域里。其他的天線以5個(gè)旋臂的形式向四周延伸分布，在距離中心很遠(yuǎn)的邊緣，天線之間的間距很大。根據(jù)設(shè)計(jì)，從中心到邊緣天線旋臂要延伸3000千米。

平方千米陣采用了三類(lèi)天線陣列，分別是高頻碟狀陣列、中頻孔徑陣列和低頻孔徑陣列，接收能力可以覆蓋從70 MHz到10GHz的連續(xù)頻段。一旦建成，這個(gè)巨大無(wú)朋的射電望遠(yuǎn)鏡陣列將比目前世界上最好的射電望遠(yuǎn)鏡靈敏50多倍，巡天速度快1萬(wàn)倍。

根據(jù)計(jì)劃，建成平方千米陣將需要大約20億美元的資金，在2019年，第一期300個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡將投入使用，供人們進(jìn)行天文觀測(cè)，而整個(gè)望遠(yuǎn)鏡陣列要全部開(kāi)動(dòng)起來(lái)，則是2024年的事情了。

SKA的工作之一是研究宇宙為何會(huì)加速膨脹

SKA的另一項(xiàng)工作是研究引力波和脈沖星

宏偉的SKA高頻碟狀陣列

藝術(shù)家筆下SKA望遠(yuǎn)鏡的藝術(shù)想像圖

新望遠(yuǎn)鏡，新宇宙觀

平方千米陣將會(huì)給我們現(xiàn)在的宇宙觀帶來(lái)顛覆性的影響，它最直接的理論價(jià)值可能在于對(duì)星系如何演化，以及暗能量是什么等天文問(wèn)題提供天文觀測(cè)資料。

目前科學(xué)界認(rèn)為，神秘的暗能量是宇宙加速膨脹的始作俑者。平方千米陣將繪制氫元素在宇宙中的分布圖，從而揭示宇宙大爆炸之后膨脹的一些細(xì)節(jié)。分布圖將追蹤到一些年輕的星系，并對(duì)識(shí)別暗能量的性質(zhì)有所幫助。

我們知道，氫是宇宙中最豐富的元素，是恒星形成的原料。氫原子產(chǎn)生21厘米波長(zhǎng)或頻率為1420兆赫的電磁波輻射。在20世紀(jì)50年代早期，天文學(xué)家就在銀河系內(nèi)的氫氣體云中發(fā)現(xiàn)了這種輻射。從那以后，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的星系中都發(fā)現(xiàn)了氫氣的存在，大部分星系都是比較靠近銀河系的天體。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，像我們銀河系這樣的螺旋星系和像麥哲倫星云那樣的不規(guī)則星系通常含有的大量的氫氣。這些星系同樣產(chǎn)生了恒星，天文學(xué)家認(rèn)為，氫氣給恒星的形成提供了原料。

平方千米陣能夠探測(cè)的宇宙范圍要比今天的望遠(yuǎn)鏡廣闊得多。通過(guò)對(duì)多達(dá)10億個(gè)星系中氫元素分布的探測(cè)，平方千米陣將會(huì)徹底改變我們對(duì)星系形成、氣體如何轉(zhuǎn)化為恒星的認(rèn)識(shí)。

這個(gè)巨型的射電望遠(yuǎn)鏡陣列還會(huì)通過(guò)對(duì)脈沖星的觀測(cè)，向愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論提出挑戰(zhàn)。

我們知道，脈沖星是一種高度磁化旋轉(zhuǎn)的中子星，它們?nèi)坑芍凶訕?gòu)成，雖然比太陽(yáng)的質(zhì)量還大，但直徑卻只有20千米。平方千米陣將重點(diǎn)監(jiān)測(cè)脈沖星，借此尋找愛(ài)因斯坦理論中預(yù)言的引力波——時(shí)空結(jié)構(gòu)中的漣漪的證據(jù)。平方千米陣還將利用脈沖星來(lái)檢測(cè)廣義相對(duì)論在極端條件下的適用性，比如在很靠近黑洞的地方，廣義相對(duì)論是不是還在發(fā)揮威力。

其他星球上有生命嗎？對(duì)于天文學(xué)、生物學(xué)和人類(lèi)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很根本的問(wèn)題，而平方千米陣有可能對(duì)這個(gè)重大問(wèn)題作出回答。

最近的天文發(fā)現(xiàn)表明，氣態(tài)巨行星（類(lèi)似于太陽(yáng)系的木星）在其他如太陽(yáng)一樣的恒星周?chē)究找?jiàn)慣，但還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)宜居的、巖石質(zhì)的星球（類(lèi)似于地球）。不過(guò)，太陽(yáng)系外的類(lèi)地行星是可能存在的。對(duì)年輕恒星的觀測(cè)表明，它們被塵埃盤(pán)所包圍，而塵埃盤(pán)里的物質(zhì)正是形成類(lèi)地行星的原料。

通過(guò)觀察行星形成過(guò)程，平方千米陣將會(huì)告訴我們，類(lèi)似地球的行星是怎么形成的。它甚至還能探測(cè)到其他星球智慧生命發(fā)來(lái)的無(wú)線電信號(hào)，如果這些外星生命真的用無(wú)線電信號(hào)來(lái)試圖與我們聯(lián)絡(luò)的話。

著名戰(zhàn)地?cái)z影師卡帕有一句名言：“如果你拍的不夠好，那是你離的不夠近?！眽延^的平方千米陣將讓我們更“近距離”地拍攝宇宙的細(xì)節(jié)，更接近宇宙的真面目。

SKA低頻孔徑陣列