在南半球的澳大利亞、南非以及南部非洲的8個國家,2020年將開始建設(shè)世界最大綜合孔徑望遠鏡——平方公里陣列射電望遠鏡(SKA),。SKA由全球十多個國家計劃合資建造,中國是發(fā)起國之一,。目前,面向全球的項目布局,、科學(xué)準備,、工程技術(shù)研發(fā),、人才培養(yǎng)等工作正全面推進,。我國部署的SKA前期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)建設(shè)和相關(guān)科學(xué)預(yù)研,日前在上海正式啟動,。

打造史上最牛的“觀天巨眼”

浩瀚蒼穹,帶給人類永恒的好奇,；仰望星空,離不開功能強大的望遠鏡,。

國際大科學(xué)工程-平方公里陣列射電望遠鏡(SKA),以大量的小單元天線匯聚實現(xiàn)綜合孔徑射電干涉成像,總接收面積達一平方公里,是人類有史以來建造的最宏大的望遠鏡。

SKA由130萬個對數(shù)周期天線組成的低頻陣列(位于澳大利亞西部沙漠的無線電寧靜區(qū)域)和2500面碟形天線組成的中頻陣列(位于南非及南部非洲8個國家)兩部分組成,。建成后,將比目前世界上最大的射電望遠鏡陣列靈敏度提高約50倍,、巡天速度提高約10000倍,堪稱史上最牛的“觀天巨眼”。

平方公里陣列射電望遠鏡的第一階段(SKA1)將于2020年開始建設(shè),計劃完成大約10%的建設(shè)任務(wù),包括在南非建造197面碟形天線,、在澳大利亞建造約13萬臺低頻陣列天線,。

大科學(xué)裝置為人類認識宇宙提供重要機遇。SKA建成后,有望揭示宇宙中誕生的第一代天體,重現(xiàn)宇宙從黑暗走向光明的歷史進程,；有望以宇宙最豐富元素“氫”為信使,繪制宇宙最大的三維結(jié)構(gòu)圖,；有望發(fā)現(xiàn)銀河系幾乎所有的脈沖星、發(fā)現(xiàn)來自超大質(zhì)量黑洞產(chǎn)生的引力波,、重建宇宙磁場的結(jié)構(gòu),、探知宇宙磁場的源頭；還有望揭開原始生命的搖籃,尋找茫茫宇宙深處的知音……

中國SKA科學(xué)目標和發(fā)展路線圖

據(jù)SKA中國首席科學(xué)家武向平院士介紹,作為SKA國際大家庭的一員,中國SKA科學(xué)家團隊經(jīng)過廣泛征詢,、充分論證和頂層設(shè)計,現(xiàn)已確立了中國SKA科學(xué)目標和發(fā)展路線圖,。即在第一階段,確保兩個優(yōu)先突破領(lǐng)域和若干個具有特色的研究方向,概括為“2+1”推進戰(zhàn)略。

兩個優(yōu)先領(lǐng)域分別是:利用SKA1低頻陣列,直接抓捕宇宙第一代天體“再電離”的身影,再現(xiàn)“宇宙黎明”,；積極參與脈沖星的搜索,并致力于發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星,、脈沖星-脈沖星系統(tǒng)、脈沖星-黑洞系統(tǒng)等具有重要科學(xué)價值的事例,以用于驗證引力理論,。

此外,中國SKA科學(xué)團隊還確定了若干重要突破方向:利用SKA極高靈敏度和大面積巡天優(yōu)勢,開展中性氫21cm宇宙學(xué)研究,揭示從黑洞,、星系動力學(xué)甚至宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的性質(zhì),檢驗暗物質(zhì)和暗能量的特性；利用SKA快速巡天和極高時間分辨率的優(yōu)勢,探究“暫現(xiàn)源”(如快速射電暴,、伽瑪暴,、引力波源)的物理本質(zhì),揭示宇宙極端天體的秘密；繪制從星云到宇宙大尺度的磁場結(jié)構(gòu),追溯宇宙各層次的磁場起源,。

武向平表示,圍繞核心科學(xué)目標的實施,中國SKA科學(xué)團隊由11個科學(xué)研究課題構(gòu)成,。由中國科學(xué)院牽頭,聯(lián)合高校和各研究院所,廣泛深入開展國際合作,特別是與SKA兩個臺址國以及各SKA探路者聯(lián)合體建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系,在中國SKA區(qū)域中心基礎(chǔ)上進一步推動和建設(shè)SKA亞太區(qū)域中心,集聚全球頂尖人才,使中國成為未來SKA人才最向往的國際科研中心之一。

SKA前期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)建設(shè)在滬啟動

在科技部國家重點研發(fā)計劃大科學(xué)裝置專項的支持下,平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)前期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)建設(shè)和相關(guān)科學(xué)預(yù)研,日前在上海正式啟動,。

據(jù)項目負責(zé)人,、中國科學(xué)院上海天文臺洪曉瑜研究員介紹,SKA前期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)建設(shè)和相關(guān)科學(xué)預(yù)研,共分為三個大課題。將以我國自主建設(shè)的低頻望遠鏡陣列21CMA和澳大利亞低頻望遠鏡陣列MWA的實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),為SKA的首要科學(xué)目標“宇宙再電離成像”的觀測研究做準備,；將完成低頻射電干涉大視場,、高動態(tài)、多波束的成像處理軟件,；同時建設(shè)中國SKA區(qū)域中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的原型機,。

作為下一代擔(dān)當引領(lǐng)作用的射電天文觀測設(shè)施,SKA不僅承載孕育世界級科研成果的使命,還將產(chǎn)生世界上前所未有的超大數(shù)據(jù)量。據(jù)估計,僅按照全部規(guī)模10%來建造的第一階段,科學(xué)處理器所需要的計算能力,就相當于我國超級計算機“天河二號”的8倍,、“神威·太湖之光”的3倍,。如此龐大的數(shù)據(jù)還需要深度分析和加工后才能被科學(xué)家使用,這些工作是要由分布于幾大洲的區(qū)域數(shù)據(jù)中心合作完成,。

在SKA中國首席科學(xué)家武向平院士帶領(lǐng)下,中國SKA科學(xué)團隊計劃在上海建設(shè)中國SKA區(qū)域中心,主要包括科學(xué)中心和數(shù)據(jù)中心。中國SKA數(shù)據(jù)中心將作為國際上幾個大型區(qū)域數(shù)據(jù)中心之一,一方面承擔(dān)一定份額的SKA數(shù)據(jù)處理和存儲的國際義務(wù),另一方面重點為中國乃至亞洲區(qū)域科學(xué)用戶提供必要的計算和數(shù)據(jù)存儲資源以及技術(shù)支持,。中國SKA科學(xué)中心將為數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和運行,提供科學(xué)指導(dǎo)以及研發(fā)天文軟件,。

目前,上海天文臺正全力推進中國SKA區(qū)域中心建設(shè),加快原型系統(tǒng)建設(shè)和人才培養(yǎng)。據(jù)課題負責(zé)人,、上海天文臺安濤研究員介紹,現(xiàn)上海天文臺已與澳大利亞的SKA先導(dǎo)望遠鏡數(shù)據(jù)中心之間建立了端對端的直連互通,成功研制了符合SKA數(shù)據(jù)處理特點的原理樣機,完成了SKA核心軟件的大規(guī)模集成測試,為國際SKA區(qū)域中心的建設(shè)做貢獻,。