世界超级“天眼”聆听宇宙的“心跳” 万物互联的智慧时代 杨振宁先生的爱国情怀
11 科技大观
2017年11月07日 星期二
国内统一刊号:CN34-0001
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世界超级“天眼”聆听宇宙的“心跳”

本报记者 桂运安

  与现有地面最大的射电望远镜阵列相比,世界超级“天眼”SKA拥有着前所未有的高灵敏度和高分辨率,其灵敏度提高了50倍、巡天速度提高了1万倍……

  10月31日,2017中国(合肥)SKA孔径阵列技术国际高峰会议在合肥举行。 SKA组织、科技部、国家遥感中心、中国电科以及剑桥大学、牛津大学、曼彻斯特大学、中国科大等单位约百名专家学者汇聚一堂,分享交流SKA技术研究经验和最新成果。记者从会上获悉,在世界超级“天眼”SKA的设计研发中,位于安徽合肥的中国电科38所发挥了重要作用。

超级“天眼”到底是啥

  SKA到底是啥? SKA是Square Kilometre Array的英文缩写,即“平方公里阵列射电望远镜”。它是继“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”后,中国也是安徽参与的第二个国际大科学工程。

  中国电科38所专家介绍,SKA是国际天文界正在建造的世界最大孔径阵列的射电望远镜,其接收面积达一平方公里,被誉为世界超级“天眼”。它将建在非洲和澳大利亚,横跨两个大陆。 SKA由约3300面15米口径反射面天线、250个直径约60米的致密孔径阵列及250个直径180米的稀疏孔径阵列组成,分布在3000公里范围内。

  SKA职责和用途很广泛,可以探测到50光年外行星的信号,聆听宇宙的“心跳”,帮助人类寻找孕育生命的新摇篮,甚至可以搜索有没有外星生命。天文学家能够利用它观察整个天空,并监测天空中从未有过的细节。未来,人类借助SKA这一世界超级“天眼”,或将可以“看”到更远更清晰的宇宙图景,探寻宇宙的奥秘。

  记者从会上获悉,SKA从设想提出,到如今已有26年。SKA中国官网显示,1991年,SKA初步设想形成;2008年开始概念设计;2011年,SKA组织成为法人实体;2012年选址;2013年发布并回收征求建议书。 SKA1将于2018年至2023年建设,2020年开始进行早期科学研究。届时,运行中的望远镜阵列将具备对部分SKA关键科学的研究能力。 21世纪20年代末期,整个SKA投入运行。

安徽科技展现魅力

  当前,SKA核心成员国包括中国、澳大利亚、加拿大、印度、意大利、新西兰、南非、瑞典、荷兰和英国等10个国家。此外,除了10个核心成员国,全世界来自20多个国家约100个组织已参与到SKA的设计研发中。 SKA组织总部设在拥有标志性建筑——Lovell望远镜的JodrellBank天文台,其地处英国曼彻斯特。

  SKA关键技术的合作研究,将围绕工作包内容开展。目前,在SKA发布的11个工作包任务中,中国参与了反射面天线、低频孔径阵列、中频孔径阵列、信号与数据传输、科学数据处理、宽带单像素馈源等6个国际工作包联盟的研发工作。中国参与SKA合作和研发,促成了我国500米口径球面射电望远镜(FAST)大科学工程的提出、立项和建设。

  中国电科38所副所长盛景泰介绍,38所拥有世界一流的数字陈列技术,曾研制出我国第一部某大型相控阵雷达、技术领先世界水平的空警-500预警机雷达。 2013年,38所依托数字阵列技术优势,以孔径阵列与空间探测安徽省重点实验室名义,参加了SKA低频孔径阵列工作包和中频孔径阵列工作包任务,主要承担天线、接收系统和信号处理系统研发工作。

  目前,中国工程院院士吴曼青担任孔径阵列与空间探测安徽省重点实验室学术委员会主任。 2016年,该实验室共获得各级奖励9项,其中国家科技进步奖1项、安徽省科技进步奖1项。如今,该实验室正沿着射电天文学及超大规模孔径阵列总体框架研究等方向,力争为我国孔径阵列和空间探测领域的发展提供强有力的技术支撑。

向着更高目标迈进

  中国电科总经理助理朱崇锦表示,SKA是革命性的射电天文观测装置,代表了人类信息技术的最高水平,也对全世界的信息技术提出全新的需求,带来全面的技术挑战。射电天文装置来自雷达的发展,而随着半导体器件技术的发展,雷达阵列技术从最初的无源阵列演变为有源阵列,再到现在的数字阵列,体系不断重构与演进,形态发生了变化,给很多行业和领域带来深远的影响。以中国电科38所为代表的中国科技力量,在世界30多年数字阵列雷达技术的发展过程中,经历了“存在”“跟随”“突破”“引领”4个阶段发展,留下深刻的印迹。

  他介绍,SKA孔径阵列射电望远镜是采用数字波束形成技术的单元级、全数字体制射电望远镜,具有更高灵敏度、更高分辨率、更大视场、更快巡天速度、同时多波束等突出优点。 SKA孔径阵列单元数达到数十万、百万量级,大阵列产生了海量数据,对数据的传输、存储、挖掘、处理等提出全新的挑战。 SKA孔径阵列射电望远镜的出现,代表了未来阵列技术的发展方向。

  《“十三五”国家科技创新规划》明确提出,积极参与国际大科学计划和大科学工程。省科技厅副厅长罗平表示,我省大力支持SKA国际大科学工程的研究工作,于2013年成立了孔径阵列与空间探测安徽省重点实验室,用于支撑SKA相关技术研究。今后,将一如既往地关注和支持SKA国际大科学工程,与世界各国科学家一起推进SKA孔径阵列技术研发与应用。