平方公里陣列射電望遠鏡SKA啓動建設

本文選自《物理》2021年第9期

(中國科學院國家天文臺 李碧瑩 編譯自Michael Banks. Physics World，2021，(8)：8)

耗資20億歐元，由197只碟型天線和超過十三萬只陣子天線組成的平方公里陣列射電望遠鏡SKA一期已經開始建設，將於2029年交付使用。

建設SKA這個全世界最大的射電望遠鏡網絡，從構想提出到開工建設歷時30年。望遠鏡將採用雙臺址，分別建於澳大利亞和南部非洲，在2029年建成後將運行50年。

顧名思義，未來的SKA總接收面積可達1平方公里，將通過在南部非洲分佈的2500只碟型天線以及在澳大利亞分佈的一百多萬只陣子天線來實現。SKA旨在爲天文學家提供“探索宇宙第一縷曙光”前所未有的視野，以及利用脈衝星進行引力理論檢驗和引力波探測的平臺，等等。

然而，最初的宏偉設計被證明過於雄心勃勃。受經費等制約，2013年各方協商決定，將分步建設SKA，先集中精力着手建設10%規模的SKA，稱爲SKA1，原計劃2018年完工。SKA1由250只中頻碟型天線和25萬隻低頻偶極天線組成，以期將成本控制在6.74億歐元以下。在個別成員國退出和項目基礎預算增加到9億歐元的情況下，項目建設時間隨之被推遲。

2019年3月，澳大利亞、中國、意大利、荷蘭、葡萄牙、南非和英國在羅馬簽署了《成立平方公里陣列天文臺公約》，這對項目建設帶來了巨大的推動作用。今年2月，包括澳大利亞、南非和英國在內的5個國家批准了該公約，成立了天文臺SKAO。中國於今年6月也正式成爲SKAO成員。

這是一個“欣喜若狂”的時刻。

來自全球100餘家研究機構的500多名工程師以及40個國家的1000餘名科學家參與了SKA的設計研發工作。SKA1的最終設計方案(與SKA的設計方案相似)是在南部非洲和澳大利亞分別建設197只碟型天線(包括已經存在的64只MeerKAT天線)和131072只對數週期天線。建造這兩個望遠鏡陣列和維持未來十年的運行大約需要20億歐元，其中13億歐元用於建造儀器設備，7億歐元用於運行。英國作爲SKA全球總部所在國將出資2.7億英鎊。

SKA1的建設進度爲：2025年前，將建成8只碟型天線和18個低頻工作站；至2026年年初，將建成64只碟型天線陣列和64個低頻工作站；到2027年，將建成133只碟型天線陣列和256個低頻工作站。在2028年將進行系統調試驗收，整體項目將於2029年完成。

SKAO總幹事Philip Diamond表示，最新的進展令他“欣喜若狂”。“爲了這一刻，我們已經籌備了30年。”他表示，“如今，人類又邁出了一大步，我們將建設全球最大的科學設施，這個射電望遠鏡網絡將使人類揭開宇宙中一些最迷人的奧秘。”這一觀點得到了SKAO董事會主席Catherine Cesarsky教授的支持。“批准建設SKA射電望遠鏡……是對SKAO迄今已完成的工作及已準備好付諸實踐的完善計劃的認可，這一史無前例的科學設施必將擁有光明的未來。”

宇宙學家Richard Easther指出，關於SKA1建設進度和預算的消息“振奮人心”。他補充道：“它將成爲全球天文學研究的關鍵組成部分”。但一個懸而未決的問題是，SKA最初計劃的2500只碟型天線和100萬隻偶極天線(後期被稱爲“SKA2”)未來是否會付諸實施？實際上，2013年，SKA2的預算就達到了15億歐元以上。

Easther指出，在建設進度這一問題上，SKA負責人“不夠坦誠”。“目前並未正式公佈項目縮減的消息。換言之，SKA2被悄無聲息地抹去了——儘管其強大的功能正是促使這一項目在初期得以啓動的重要噱頭。事實上，SKA2在整個項目中所佔的比重高達90%”，Easther補充道。他本人支持新西蘭在2019年退出該項目的決定。“這無疑削弱了該項目對新西蘭的價值——很難證明這些投資會帶來預期的科研或經濟收益。

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