开辟人类认识宇宙新纪元

武向平

在澳大利亚和非洲，包括中国在内的十多个国家的科技工作者正联合起来，为建造下一代超级射电望远镜（即SKA）做准备。这将是人类有史以来建造的最庞大的天文观测设备，也是中国参加的第二大国际合作大科学工程。它汇集了人类在天文学、无线电、信息、通讯、计算机、机械制造等诸多领域的最新科技成果，将主导未来射电天文学50年的发展，有望催生多项重大科学发现，对自然科学和人类文明作出划时代的、革命性的贡献。

人类有史以来最庞大的天文设备

下一代射电望远镜——平方公里阵列射电望远镜（Square Kilometre Array，SKA）是人类有史以来建造的最庞大的天文设备，将开辟人类认识宇宙的又一新纪元。SKA集传统射电天文干涉技术和现代相控雷达技术为一体，体现诸多当代科学技术的最新和最高成就。

SKA由大量小单元天线（2500面15米口径的蝶形天线，250个直径为60米的致密孔径阵和130万只对数周期天线）组成，汇集形成巨大的接收面积，从而获得极高的灵敏度，将以千公里的基线获得极高的空间分辨率，将以纳秒级的采样获得精细的时间结构，将以10Pb/s的速率产生超越目前全球互联网总量的大数据，带动E级计算、通信和存储的技术革新。大视场、多波束、高动态、高分辨、大数据等一系列新概念催生的SKA，将颠覆射电天文学的传统研究手段，给天文学研究带来革命性和全新的理念。

SKA将分别在澳大利亚和南非+非洲8国两个台址分阶段进行建设，总部设在英国。SKA第一阶段（SKA1）约建造10%的SKA，2019年开始建设，5年完成。第二阶段（SKA2）建设其余部分的SKA，预计2030年完成。SKA1将只建设反射面天线阵（中高频）和低孔径阵，致密孔径阵（中频）可能放到SKA2阶段进行建设。

SKA具有更高的灵敏度、更大的视场、更高的频率和空间分辨率、更高效的巡天能力，以克服单

将开辟人A类认识宇宙的新纪元

SKA将揭示宇宙中诞生的第一代天体，重现宇宙从黑暗走向光明的历史进程；SKA将以宇宙最丰富的元素氢为信使，精确绘制宇宙最大的三维结构图像，检验暗物质和暗能量的基本属性，有助于驱散笼罩在21世纪自然科学上空的两朵乌云；SKA将发现银河系几乎所有的脉冲星，并有望发现第一个黑洞—脉冲星对，对引力理论做精确的检验；SKA将对数百颗毫米脉冲星精准测时，发现来自超大质量黑洞的引力波；SKA将重建宇宙磁场的结构，

风险与挑战并存

我们也清楚地意识到，作为国际天文学界史无前例的革命性大科学装置，SKA1在设计、建设、技术、科学、运行和管理等诸多方面也面临巨大风险和挑战。

第一，高额的建造费用使得SKA1不断修订基线和紧缩预算，目前依旧存在20%的资金缺口，尚无有效的解决方案。加之各国出资比例远未定型，有可能会造成SKA1谈判的艰巨性，导致建设的进一步延误。

第二，因为建设时间多次推迟，给其他一些类似天文观测设备，如美国瞄准宇宙再电离探测的HERA望远镜阵赢得了充足的时间，SKA1设定的一些有限科学目标可能失去先进性和科学价值。

第三，中国SKA科学团队目前还没有完全掌握SKA的关键数据处理技术，如干涉阵高动态成图、多波束成像和低频脉冲星寻找等，缺少自主射电干涉天文软件，将在国际竞争中处于极其不利的低位，影响既定科学目标的实现。

第四，SKA1觀测运行机制尚未确立，中国SKA科学团队能否领先或主导SKA1一些首要科学任务还不清楚。

中国作为SKA主要成员国之一，将以大国风范和责任以及对卓越科学目标势在必得的追求，在其中发挥越来越重要的作用，并获得丰厚的科学回报。参加SKA将是中国天文学发展的里程碑，经过充分准备的中国SKA团队会肩负时代重任，迎难而上、不负使命、迎接挑战，在探索未知和神秘的宇宙中创造奇迹、铸造辉煌。