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未来将是全球最大的阵列望远镜,它的出现或许能解开暗物质的谜团
2019-10-29           作者: 宇宙小百科

来自20个国家的科学家正在进行一项巨大的工程,建造一个巨大的射电望远镜阵列。望远镜阵列覆盖了相当于一个大陆的面积,揭示了行星、星系和暗能量诞生的奥秘,也可用于搜寻来自外星文明的信号。2030年底,巨型射电望远镜阵列“平方公里阵列”(以下简称SKA)投入使用。SKA不是直径1000米的碟形天线,而是由多达3000个较小的碟形天线组成。

“碟形天线将是椭圆形的,直径约15米。由于成本较低,它们的建造相对简单,”SKA项目负责人理查德,斯基里茨(Richard Skillitz)表示。

未来将是全球最大的阵列望远镜,它的出现或许能解开暗物质的谜团

 

建造如此巨大的阵列的原因是无线电波的波长远远超过可见光的波长。位于英国曼彻斯特的乔德利班克无线电天文台e-Merlin望远镜阵列的负责人西蒙·加林顿说:“为了获得与先进光学望远镜相同的观测细节,需要直径为100公里的望远镜。显然,你不能建造一个100公里的望远镜,但是你可以建造一系列望远镜来达到同样的效果,把它们连接在一起。

SKA的灵敏度将是地球上最灵敏的射电望远镜阵列的50倍,分析能力将是后者的100倍。到目前为止,来自20个国家的参与者已经投资了15亿欧元。该项目预计于2024年左右完工,但要到2030年底才能投入使用。

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南非和澳大利亚位居榜首

斯卡列阵的选址竞争非常激烈,有两个最受欢迎的方案:一个在西澳大利亚,另一个在南非北角。SKA项目南非负责人伯尼·法纳罗夫(Bernie Fanarov)说:“最重要的是找到一个受无线电传输干扰最小的地区。”如果该地点附近有强烈的无线电信号,那就像太阳升起时在天上看星星一样。你不想被手机信号覆盖,也不想周围有很多人和车。在我们最初的测试中,我们发现即使是像坐在塑料椅子上这样的小事也会造成干扰。

在已完成的阵列中,约50%的碟形天线位于中间5公里内,25%位于外部200公里内,最后25%位于外部3000公里内。根据南非的提议,碟形天线将在纳米比亚、博茨瓦纳、莫桑比克、马达加斯加、赞比亚、毛里求斯、肯尼亚和加纳建造。根据澳大利亚的提议,这个阵列将一直延伸到新西兰。竞标负责人布莱恩·博伊尔说:“澳大利亚提出的核心场地是商业射电天文台,它位于地球上人口最稀少的地区之一。

选择澳大利亚和新西兰将使望远镜阵列能够覆盖5 500公里的地区。光缆的长度可以绕地球两周SKA阵列天线包括能够采集无线电波的传统曲面碟形天线,其他天线为平面天线。

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该阵列将以相控天线阵列的形式投入使用。由于采用了先进的电子设备,考虑到时间间隔等因素以及相同的无线电信号到达阵列的不同区域,可以在不移动的情况下直接对SKA阵列进行定向。斯卡项目筹备阶段的英国负责人、乔德利班克天文台(Jodley Bank Observatory)主任克里斯?申顿(Chris Shenton)表示,这意味着望远镜可以同时观测不同的方向。“我们可以根据自己的需要从多个方向观察无线电波,这是一个优势,同时可以进行很多实验。”例如,我们可以研究一种无线电波并仔细观察另一种。

然而,建立这样一个网络绝非易事。信号同步精度必须达到1/108秒,所需光缆数也是一个报警数。连接在一起的电缆的长度可以绕地球两周。连接完成后,计算机对每对天线进行比较。每台望远镜每秒产生大约20GB的数据,足以在几分钟内填满最大的计算机硬盘。“我们需要有强大的数据处理能力,根据我们的估计,只有世界上最强大的超级计算机才能做到这一点,”Skillitz说。

解决一系列科学问题

SKA阵列将回答一系列科学问题,包括行星如何形成,引力波如何拉伸宇宙结构,以及第一个星系如何演化。牛津大学的Steve Lawlings甚至希望SKA阵列能解开暗能量之谜。“SKA阵列就像一台时间机器,”他说。如果你能看得更远,你观察到的宇宙将会更年轻,并理解宇宙的膨胀过程。暗能量似乎加速了宇宙的膨胀,我们将会发现它并有可能发现它。

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美国宇航局喷气推进实验室的一位SKA项目科学家约瑟夫·拉齐奥希望SKA阵列将产生一个更令人兴奋的发现:来自地球以外的无线电信号的发现。他说:“SKA阵列将足够灵敏,可以探测到人为产生的无线电信号,然后在我们最近的恒星系统中发现类地行星。”也许在50年内,我们会发现另一个文明在科学技术上与我们非常接近。

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SKA阵列必将在预期之内和之外产生一系列重大发现。“SKA阵列将成为一种真正革命性的科学仪器。我们会有一系列意想不到的发现。

责任编辑: 蔚 蓝 文章来源:
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