SKA項目

來自20個國家的科學家正在制定一項規模龐大的計畫，建造一個巨型射電望遠鏡陣列，占地面積相當於一個大陸，能夠揭示行星和星系的誕生和暗能量的謎團，同時也可用於搜尋地外文明發出的信號。

簡介

2030年底投入使用

藝術概念圖，展現了SKA陣列心臟地帶的望遠鏡碟形天線。

這個巨型射電望遠鏡陣列名為“平方公里陣列”(以下簡稱SKA)，“平方公里”這個名字就是為了突出其所覆蓋面積之大。SKA並不是一個直徑達到1公里的射電碟形天線，而是由數千個較小的碟形天線構成。國際SKA項目負責人理察·斯基利齊表示：“碟形天線將採用橢圓形設計，直徑大約在15米左右，由於造價必須低廉加之所需數量多達3000，它們的構造較為簡單。”
之所以建造一個如此巨大的陣列的原因在於：無線電波的波長遠遠超過可見光。一架光學望遠鏡的觀測波長可達到10毫米，將其“放大”到射電天文學研究需要的厘米波長遭遇挑戰。e-Merlin望遠鏡陣列——座落於英國曼徹斯的喬德萊爾·班克射電天文台——負責人西蒙·加林頓指出：“為了獲得與先進光學望遠鏡同樣的觀測細節，你需要鏡面直徑100公里的望遠鏡。很顯然，你不可能建造一架口徑100公里的望遠鏡，但你可以建造一個望遠鏡網路，通過將它們連線在一起達到同樣的效果。”
SKA的靈敏度將達到目前地球上任何射電望遠鏡陣列的50倍，解析度則將是後者的100倍。迄今為止，來自20個國家的參與者已經投入15億歐元(約合20億美元)。這一項目預計於2024年前後完工，但真正投入使用還要等到2030年底。

建造

南非和澳大利亞成首選

南非的SKA陣列從加納延伸到肯亞

SKA陣列建造地點的爭奪異常激烈，最被人看好的提議有兩個，一個是澳大利亞西部，另一個是南非的北開普省。SKA項目南非負責人伯尼·法納羅夫表示：“最為重要的是找到一個受無線電傳輸干擾極小的地區。如果建造地附近存在任何強廣播信號，那就像是在太陽升起時觀察天空中的星星一樣。你不希望被手機信號覆蓋，也不希望周圍有很多人和汽車存在。我們在進行最初的測試中發現，就算是坐到一個塑膠椅上這樣微不足道的事情也會產生干擾。”
在完成的陣列中，大約有50%的碟形天線位於中部5公里範圍內，25%位於向外200公里範圍內，最後的25%則位於最外部3000公里範圍內。根據南非的提議，碟形天線將建在納米比亞、波札那、莫三比克、馬達加斯加、尚比亞、模里西斯、肯亞和加納。根據澳大利亞的提議，這個陣列將最遠延伸至紐西蘭。競標負責人布萊恩·博伊勒表示：“澳大利亞建議的核心地點默奇森射電天文台座落於地球上一個人口最為稀少的地區。選擇澳大利亞和紐西蘭可以讓望遠鏡陣列覆蓋5500公里的區域。”

特點

光纜長度可繞地球兩周

西澳大利亞的SKA陣列將延伸至紐西蘭

SKA陣列的天線包括傳統曲面碟形天線，能夠將無線電波聚集，其他天線則為平板式天線。這個陣列將以一個相控天線陣的形式投入工作，由於採用先進的電子設備，將時間間隔以及到達陣列不同區域的相同無線電信號等因素考慮在內，SKA陣列無需移動便可立即定向。
SKA項目籌備階段英國負責人、喬德萊爾·班克天文台的克里斯·申頓表示，這允許望遠鏡一次觀測不同方向。“我們可以按照自己的需要觀測很多方向的無線電波，這是一種優勢，可以同時進行多項實驗。例如，我們可以對一個無線電波進行研究，同時對另一個進行非常詳細的觀測。”
然而，構建這樣一個網路絕非易事。信號同步精度必須達到十億分之一秒，所需光纜數量也是一個驚人數字，連線在一起的長度可繞地球兩周。完成連線工作之後，電腦還要對每一對碟形天線進行比較。每架望遠鏡一秒鐘可產生大約20GB數據，足以在短短几分鐘內裝滿存儲量最大的電腦硬碟。斯基利齊說：“我們需要擁有巨大的數據處理能力，根據我們的估計，只有世界上最強大的超級計算機才能勝任這項工作。”

解答一系列科學疑問

SKA陣列將負責解答一系列科學疑問，其中包括行星如何形成，引力波如何拉伸宇宙的結構以及首批形成的星系如何演化。牛津大學的史蒂夫·勞林斯希望SKA陣列能夠揭開暗能量的謎團。他說：“平方公里陣列就像是一台時間機器。如果能夠看的更遠，你所觀察到的宇宙就更為年輕，進而了解宇宙膨脹過程。暗能量似乎加速宇宙膨脹，我們將發現這種能量並有可能揭開其真面目。”
SKA項目科學家、美國宇航局噴氣推進實驗室的約瑟夫·拉齊奧希望SKA陣列能夠上演一個更令人興奮的發現，即發現地球以外世界的無線電信號。他說：“SKA陣列將擁有足夠的靈敏度，能夠發現人為產生的無線電信號，進而找到一些距離我們最近的恆星系統內的類地行星。也許在50年內，我們便可發現另一個在科技方面與我們相當接近的文明。”
SKA項目的國際籌劃指導委員會將於本周舉行會議，決定總部建造地點，候選地點包括荷蘭、德國以及英國的喬德萊爾·班克天文台。2012年，他們將敲定SKA陣列的建造地點。博伊勒表示，SKA陣列一定會上演一系列預料內和預料外的重大發現。“SKA陣列將成為一個真正意義上具有變革性的科學儀器。我們將得出一系列出人意料的發現。”