12月5—6日，在遙遠(yuǎn)的南半球，平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（以下簡(jiǎn)稱SKA）中頻和低頻陣列的核心建設(shè)任務(wù)分別在南非和澳大利亞啟動(dòng)。

國(guó)際大科學(xué)工程SKA是由全球多國(guó)合資建造和運(yùn)行的世界最大規(guī)模綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，總部設(shè)在英國(guó)，望遠(yuǎn)鏡臺(tái)址位于南非和澳大利亞。其最終建設(shè)規(guī)劃的接收面積達(dá)一平方公里，為人類認(rèn)知宇宙提供重大機(jī)遇。

中國(guó)是平方公里陣列天文臺(tái)（SKAO）創(chuàng)始成員國(guó)，科技部部長(zhǎng)王志剛受邀在SKA建設(shè)啟動(dòng)儀式上視頻致辭。“SKA建設(shè)啟動(dòng)儀式是SKAO發(fā)展歷程中具有里程碑意義的重要事件，是SKAO各方長(zhǎng)期參與和共同努力的標(biāo)志性成果。SKA天文臺(tái)的16個(gè)成員國(guó)來(lái)自南北兩個(gè)半球和亞、歐、非三個(gè)大洲，世界多國(guó)廣泛參與，凸顯了SKA項(xiàng)目的全球性，樹(shù)立了多邊國(guó)際科技合作的典范。”王志剛說(shuō)。

積極參與SKA籌建工作

SKA是由大量小型射電天線構(gòu)成綿延至上千公里的綜合孔徑陣列，集大視場(chǎng)、高靈敏度、高分辨率、寬頻率范圍等卓越性能于一身，其科學(xué)研究目標(biāo)包括第一代天體如何形成、星系形成與演化、暗能量性質(zhì)、宇宙磁場(chǎng)、引力本質(zhì)、生命分子與地外文明等。

業(yè)界普遍認(rèn)為，上述任何一個(gè)問(wèn)題的突破，都將是自然科學(xué)的重大突破。其革命性設(shè)計(jì)也意味著難以想象的超大信息量和數(shù)據(jù)量，顛覆了射電天文學(xué)的傳統(tǒng)研究手段，給射電天文學(xué)創(chuàng)新研究帶來(lái)全新理念。

作為SKA的發(fā)起者、倡導(dǎo)者、研制者，中國(guó)是SKA建設(shè)中不可或缺的重要力量。2019年3月，科技部代表中國(guó)政府在意大利羅馬簽署《成立平方公里陣列天文臺(tái)公約》（以下簡(jiǎn)稱《公約》）加入SKA第一階段，與澳大利亞、意大利、荷蘭、葡萄牙、南非、英國(guó)等國(guó)家共同成為SKAO國(guó)際組織的創(chuàng)始成員國(guó)；同期，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)科技部設(shè)立SKA專項(xiàng)。根據(jù)《公約》，自2021年6月26日起，我國(guó)正式成為平方公里陣列天文臺(tái)成員國(guó)，中國(guó)參與SKA進(jìn)入全新階段。

事實(shí)上，中國(guó)參與SKA建設(shè)的工作可以追溯到更早。據(jù)介紹，自2013年起，中國(guó)與十余個(gè)國(guó)家的優(yōu)勢(shì)科研單位組建國(guó)際工作包聯(lián)盟，共同參與SKA建設(shè)準(zhǔn)備階段設(shè)計(jì)研發(fā)工作。經(jīng)過(guò)多年技術(shù)攻關(guān)，我國(guó)部分研發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上從跟跑、并跑向領(lǐng)跑的跨越，2017年成功當(dāng)選中頻天線國(guó)際工作包聯(lián)盟主席，同時(shí)參與了低頻孔徑陣列、信號(hào)與數(shù)據(jù)傳輸、科學(xué)數(shù)據(jù)處理等國(guó)際工作包的研發(fā)工作。

中國(guó)智慧 讓SKA看得更遠(yuǎn)更清

中頻天線結(jié)構(gòu)是SKA中頻陣列的核心設(shè)施，直接關(guān)系著望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的靈敏度和精度。

12月2日，科技部與SKAO國(guó)際組織聯(lián)合舉辦SKA中頻天線結(jié)構(gòu)實(shí)物貢獻(xiàn)協(xié)議線上簽署儀式，這是SKAO目前最大的單筆實(shí)物貢獻(xiàn)采購(gòu)任務(wù)，也是中方參與SKA工作的又一里程碑進(jìn)展，為建成SKA這一世界上最大的射電天文望遠(yuǎn)鏡邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

“此次簽約的64套中頻天線是SKA中頻天線陣列的重要組成部分。中頻天線陣列是SKA建設(shè)中投資最大的一個(gè)工作包，它頻帶覆蓋最寬，建成后，能夠觀測(cè)的范圍更廣?！敝袊?guó)電子科技集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)通信研究院（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所）SKA中頻天線項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師杜彪說(shuō)。

杜彪介紹，分辨率、靈敏度和巡天速度是射電望遠(yuǎn)鏡的三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，如果說(shuō)靈敏度意味著宇宙中極其微弱的信號(hào)能不能被“看到”，那么，分辨率則意味著這些微弱信號(hào)能否被“看得清楚”，巡天速度則與觀測(cè)天區(qū)的效率息息相關(guān)。這就對(duì)天線面形精度、波束變形、指向精度、電磁兼容性等方面都提出了嚴(yán)苛的要求，是射電天文界對(duì)全世界工業(yè)界現(xiàn)有設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐提出的巨大挑戰(zhàn)。

杜彪表示，與現(xiàn)有相同工作頻段的最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡相比，SKA中頻天線在上述方面都將取得巨大進(jìn)步。與美國(guó)Karl G. Jansky超大陣列（JVLA）望遠(yuǎn)鏡相比，SKA中頻天線陣列將具有其四倍的分辨率，五倍的靈敏度，以及60倍的巡天速度?！拔覀儗⒗^續(xù)努力，不斷追求更高的指標(biāo)，讓SKA‘看’得更遠(yuǎn)，‘看’得更清楚?！?/p>

確立國(guó)內(nèi)“2+1”科學(xué)目標(biāo)

國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃和大科學(xué)工程是基礎(chǔ)研究在科學(xué)前沿領(lǐng)域的全方位拓展，是人類開(kāi)拓知識(shí)前沿、探索未知世界和解決全球性重大問(wèn)題的重要手段。

SKA1（SKA第一階段）的首要科學(xué)目標(biāo)是揭示宇宙中誕生的第一批發(fā)光天體，以及脈沖星搜尋和引力理論檢驗(yàn)。這將帶來(lái)革命性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，顛覆人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)?；趪?guó)際上對(duì)于SKA未來(lái)科學(xué)研究方向的布局，結(jié)合國(guó)內(nèi)射電天文領(lǐng)域研究基礎(chǔ)，國(guó)內(nèi)逐步確立了中國(guó)SKA“2+1”科學(xué)目標(biāo)和“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，選定“宇宙黎明和再電離探測(cè)”和“脈沖星搜尋、測(cè)時(shí)和引力理論檢驗(yàn)”為重點(diǎn)方向，其他優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域?yàn)樘厣较?，并?020年啟動(dòng)了SKA專項(xiàng)首批7個(gè)國(guó)內(nèi)配套研發(fā)項(xiàng)目。

國(guó)家遙感中心（SKA辦公室）主任趙靜表示，值得一提的是，近年來(lái)，科技部依托SKA專項(xiàng)，先后啟動(dòng)三批研究任務(wù)，加快能力建設(shè)。中國(guó)科學(xué)家與國(guó)際同行合作利用FAST、MWA、ASKAP、MeerKAT等先導(dǎo)設(shè)施，在脈沖星、快速射電暴、宇宙磁場(chǎng)等領(lǐng)域產(chǎn)出多項(xiàng)研究成果。

“面向未來(lái)，我們將進(jìn)一步融入全球SKA創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，持續(xù)貢獻(xiàn)中國(guó)力量，與國(guó)際同行攜手推動(dòng)SKA各項(xiàng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。”趙靜說(shuō)。

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