打造“巨眼”窥宇宙——平方千米阵射电望远镜简介

□ 波 特

夜空下的SKA

SKA中频孔径阵列

面积1平方千米的望远镜

镜面达到1平方千米的望远镜即将矗立在大地之上！

当然了，人们并不是真的要建造一个面积1平方千米的大家伙，而是要建造一个信号收集能力相当于1平方千米镜面收集能力的巨型射电望远镜阵列。这就是所谓的“平方千米阵望远镜”（SKA——Square Kilometre Array telescope），2012年5月25日，该计划团队宣布，将于2016年开始在南非和澳大利亚两地兴建平方千米阵。该项目中三分之二的天线将建在南非和非洲其他地区，另三分之一的天线将建在澳大利亚。中国、澳大利亚、英国、南非等20个国家共同参与了这项国际合作项目。

为了能够提供100万平方米的信号收集面积，同时为了满足高灵敏度和高分辨率图像的要求，平方千米阵将由三千多个碟形射电天线组成，单独的一个天线的口径都有15米。在阵列的中心区域天线是密集分布的，有一半的天线位于中央方圆5千米的区域里。其他的天线以5个旋臂的形式向四周延伸分布，在距离中心很远的边缘，天线之间的间距很大。根据设计，从中心到边缘天线旋臂要延伸3000千米。

平方千米阵采用了三类天线阵列，分别是高频碟状阵列、中频孔径阵列和低频孔径阵列，接收能力可以覆盖从70 MHz到10GHz的连续频段。一旦建成，这个巨大无朋的射电望远镜阵列将比目前世界上最好的射电望远镜灵敏50多倍，巡天速度快1万倍。

根据计划，建成平方千米阵将需要大约20亿美元的资金，在2019年，第一期300个射电望远镜将投入使用，供人们进行天文观测，而整个望远镜阵列要全部开动起来，则是2024年的事情了。

SKA的工作之一是研究宇宙为何会加速膨胀

SKA的另一项工作是研究引力波和脉冲星

宏伟的SKA高频碟状阵列

艺术家笔下SKA望远镜的艺术想像图

新望远镜，新宇宙观

平方千米阵将会给我们现在的宇宙观带来颠覆性的影响，它最直接的理论价值可能在于对星系如何演化，以及暗能量是什么等天文问题提供天文观测资料。

目前科学界认为，神秘的暗能量是宇宙加速膨胀的始作俑者。平方千米阵将绘制氢元素在宇宙中的分布图，从而揭示宇宙大爆炸之后膨胀的一些细节。分布图将追踪到一些年轻的星系，并对识别暗能量的性质有所帮助。

我们知道，氢是宇宙中最丰富的元素，是恒星形成的原料。氢原子产生21厘米波长或频率为1420兆赫的电磁波辐射。在20世纪50年代早期，天文学家就在银河系内的氢气体云中发现了这种辐射。从那以后，数以万计的星系中都发现了氢气的存在，大部分星系都是比较靠近银河系的天体。天文学家发现，像我们银河系这样的螺旋星系和像麦哲伦星云那样的不规则星系通常含有的大量的氢气。这些星系同样产生了恒星，天文学家认为，氢气给恒星的形成提供了原料。

平方千米阵能够探测的宇宙范围要比今天的望远镜广阔得多。通过对多达10亿个星系中氢元素分布的探测，平方千米阵将会彻底改变我们对星系形成、气体如何转化为恒星的认识。

这个巨型的射电望远镜阵列还会通过对脉冲星的观测，向爱因斯坦的广义相对论提出挑战。

我们知道，脉冲星是一种高度磁化旋转的中子星，它们全部由中子构成，虽然比太阳的质量还大，但直径却只有20千米。平方千米阵将重点监测脉冲星，借此寻找爱因斯坦理论中预言的引力波——时空结构中的涟漪的证据。平方千米阵还将利用脉冲星来检测广义相对论在极端条件下的适用性，比如在很靠近黑洞的地方，广义相对论是不是还在发挥威力。

其他星球上有生命吗？对于天文学、生物学和人类来说，这是一个很根本的问题，而平方千米阵有可能对这个重大问题作出回答。

最近的天文发现表明，气态巨行星（类似于太阳系的木星）在其他如太阳一样的恒星周围司空见惯，但还没有发现宜居的、岩石质的星球（类似于地球）。不过，太阳系外的类地行星是可能存在的。对年轻恒星的观测表明，它们被尘埃盘所包围，而尘埃盘里的物质正是形成类地行星的原料。

通过观察行星形成过程，平方千米阵将会告诉我们，类似地球的行星是怎么形成的。它甚至还能探测到其他星球智慧生命发来的无线电信号，如果这些外星生命真的用无线电信号来试图与我们联络的话。

著名战地摄影师卡帕有一句名言：“如果你拍的不够好，那是你离的不够近。”壮观的平方千米阵将让我们更“近距离”地拍摄宇宙的细节，更接近宇宙的真面目。

SKA低频孔径阵列