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多國科學(xué)家計劃建造全世界最大規(guī)模的射電望遠(yuǎn)鏡陣列  巨型望遠(yuǎn)鏡 這一設(shè)備取名“平方公里陣列”(SKA)，這得名于其巨大的信號采集面。但這并非意味著它具有1公里的天線口徑，而是采用上千臺較小的天線構(gòu)成陣列。 國際SKA項目負(fù)責(zé)人理查德·史利茨(Richard Schilizzi)表示：“我們將采用較小的天線，直徑大約15米。理由很簡單，這樣做的成本更低，尤其當(dāng)你考慮到你需要建造3000臺這種天線時，就要更加注重價格問題了�！� 之所以我們需要建造如此巨型的天線陣列，是因為其觀測的無線電波波段波長要遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于可見光。 要保持一定的分辨率，望遠(yuǎn)鏡的口徑和所觀測波段的波長成正比，即如果其工作波段越長，則要保持高分辨率，其望遠(yuǎn)鏡口徑也必須越大。可見光波段的波長非常小，因此幾十厘米甚至幾厘米的小口徑望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)可以獲得較高的分辨率，但是無線電波波段的波長很長，這就要求望遠(yuǎn)鏡的口徑做的非常大，才能獲取高分辨率的數(shù)據(jù)。 英國曼徹斯特焦德雷爾班克射電天文臺(Jodrell Bank Radio Observatory)主管西蒙·加靈頓(Simon Garrington)解釋說：“由于波長上的差異，如果你想要獲得和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡媲美的分辨率，你需要大概100公里口徑的射電望遠(yuǎn)鏡。很明顯，你不可能真的去建造一臺這么大的望遠(yuǎn)鏡，但是你可以建造許多較小的天線，并將它們連接起來協(xié)同工作�！� SKA建成后，其靈敏度將比世界上現(xiàn)存任何一臺設(shè)備高出50倍，分辨率高出100倍。 現(xiàn)在正有來自20個國家的科學(xué)家們在設(shè)法進(jìn)行望遠(yuǎn)鏡的建造工作。該項目預(yù)計將耗資15億歐元(約合142億人民幣)。按照計劃，工程將于2016年開工，在2020年年底前完成第一階段施工，全部工程將在2024年完成。 競爭空前 世界各國對于這一大型合作項目選址的競爭異常激烈。不過現(xiàn)在已經(jīng)遴選出了最終入圍的兩處候選地點：南非的北角地區(qū)，以及澳大利亞西部地區(qū)。 巴尼·法納羅夫(Bernie Fanaroff)是南非項目組的主管，他解釋說：“選址中考慮最多的就是那里的無線電干擾必須最少。附近如果有任何大功率的廣播和其他無線電信號，都會對望遠(yuǎn)鏡陣列的工作產(chǎn)生干擾。這就像是讓你在白天陽光普照時觀測星星一樣。” “因此，這里不應(yīng)該有手機(jī)信號覆蓋，不應(yīng)該有很多居民，附近也不應(yīng)該有小汽車開來開去。事實上，當(dāng)我們進(jìn)行初步測試時，那個測試員附身坐在一把塑料椅子上時產(chǎn)生的振動和靜電就對設(shè)備靈敏度產(chǎn)生了干擾。” 建成之后，整個陣列中大約50%的望遠(yuǎn)鏡天線將位于中央的5公里半徑內(nèi)，另外的25%將外延至200公里范圍，最后的25%將延伸超過3000公里。 在南非申辦方提出的技術(shù)方案中，這些天線中一部分將位于臨近的納米比亞、莫桑比克、馬達(dá)加斯加、贊比亞、毛里求斯、肯尼亞和加納境內(nèi)。 而澳大利亞的方案中則將由一部分天線建造于新西蘭境內(nèi)。澳方申辦團(tuán)隊主管布萊恩·伯耶爾(Brian Boyle)告訴記者：“澳大利亞方面提出的方案中，望遠(yuǎn)鏡陣列的核心位于默奇森射電天文臺(Murchison Radio Observatory)，那里是地球上最偏僻的地方之一。并且澳大利亞和新西蘭一起，可以為望遠(yuǎn)鏡陣列提供5500公里范圍內(nèi)的廣泛選址余地�！� 技術(shù)先進(jìn) 根據(jù)設(shè)計，SKA陣列中將包含傳統(tǒng)樣式的，可自由轉(zhuǎn)動的望遠(yuǎn)鏡，從而指向天空中任意一片天區(qū)進(jìn)行觀測。 但另外一些天線則將采用平板設(shè)計，而沒有傳統(tǒng)的那種拋物面天線外形。它們將構(gòu)成相位排列，借助復(fù)雜的電子技術(shù)，它們可以不用轉(zhuǎn)動而迅速鎖定天空中的某一點進(jìn)行快速反應(yīng)的觀測活動。 克里斯·山頓(Chris Shenton)是英國項目組的負(fù)責(zé)人，來自焦德雷爾班克射電天文臺。他補(bǔ)充道，這樣的設(shè)計還能讓天線同時對幾個不同的天區(qū)進(jìn)行觀測。 他說“事實上我們可以想觀測幾個天區(qū)就觀測幾個天區(qū)，這就意味著我們可以同時進(jìn)行多個任務(wù)的工作。舉個例子，我們可以在進(jìn)行大范圍巡天觀測的同時對其中的某個天區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的觀測�！� 不過，將這么多臺天線精確的鏈接起來可不是一件那么容易的事。比如，信號的校準(zhǔn)精度必須達(dá)到十億分之一秒，而采用的光纖長度足可以繞地球兩圈。并且必需借助超級計算機(jī)對各臺計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的校準(zhǔn)。但是一旦開始運行，每一臺天線每秒將產(chǎn)生大約20G的數(shù)據(jù)，一般的電腦電腦硬盤在幾分鐘內(nèi)就會被填滿。因此，正如理查德博士所說的：“我們需要超級計算機(jī)。事實上，根據(jù)我們初步的估算，我們將需要這個星球上最強(qiáng)大的計算機(jī)才能勝任這里的運算量。” 寄予厚望 這臺望遠(yuǎn)鏡陣列投入運行后，將有望幫助天文學(xué)家們解答一系列重要的問題。包括行星是如何形成的？引力波如何影響宇宙大尺度結(jié)構(gòu)？以及，宇宙中最早的一批星系是如何產(chǎn)生的？ 而來自英國牛津大學(xué)的斯蒂夫·羅靈斯(Steve Rawlings)則很希望這一設(shè)備能幫助理解暗能量的本質(zhì)。 “SKA是一臺強(qiáng)大的時間機(jī)器。當(dāng)你用它觀測遙遠(yuǎn)的宇宙深處時，你事實上正目睹宇宙年輕時的樣子。這樣一來，你就可以觀測到宇宙的膨脹歷史�！� 根據(jù)現(xiàn)有的宇宙理論，暗能量正導(dǎo)致宇宙加速膨脹，而如果我們能描繪出暗能量的分布地圖，我們或許就能了解這究竟是什么東西。 SKA項目科學(xué)家約瑟夫·拉齊奧(Joseph Lazio)來自美國宇航局噴氣推進(jìn)實驗室。他關(guān)心的問題更加扣人心弦：能否用SKA設(shè)備來幫助搜尋外星人發(fā)出的信號？ 他說：“只有借助SKA這樣規(guī)模的設(shè)備，我們才能有足夠的靈敏度曲探測圍繞遙遠(yuǎn)恒星運行的微小行星世界發(fā)出的微弱無線電信號�；蛟S50年之后我們會說，是的，我們發(fā)現(xiàn)了另一個外星技術(shù)文明世界�！� |
