武向平院士:下一代超級望遠鏡的中國機會—新聞—科學網

2020-11-22 科學網

 

■本報記者 丁佳

「當國人還沉浸在中國『天眼』問世的自豪之中時，全球的射電天文學家已經著手建造下一代超級射電天文望遠鏡了。」

在5月29日舉辦的中國科學院學部學術年會上，中科院院士、中科院國家天文臺研究員武向平上來就給大家潑了一盆「冷水」。

作為國際大科學工程「平方公裡陣列射電望遠鏡」（SKA）的中國首席科學家，武向平認為，這個超級大機器帶給中國的機遇不容錯過。

沒有最大，只有更大

作為最古老和神秘的一門自然科學，天文學的研究讓無數人著迷不已。仰望星空，離不開遙望宇宙深處的望遠鏡。而當今世界，天文大設備已經成為一個國家綜合實力的體現和重要標誌。

2016年9月，有著中國「天眼」之稱的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）落成，不僅成就了中國射電天文設備未來10年的國際霸主地位，也為中國射電天文學家創造了探索宇宙奧秘、取得原創性發現的絕佳機遇。目前，FAST先後發現了50多顆脈衝星候選者，取得了中國在該領域「零」的突破，具有重要的裡程碑意義。

然而，天文學家的雄心就像宇宙一樣深遠。國際學界已經試圖謀劃並建造下一代的超級射電望遠鏡，以克服單口徑射電望遠鏡的缺陷和不足，並獲得更高的靈敏度、更大的視場、更高效的巡天能力等。

在眾多方案中，由全球十多個國家的科學技術人員共同參與和協作建造、共同運行和管理的SKA被寄予厚望。

武向平說：「SKA是人類有史以來建造的最龐大的天文設備，也是超越國界的全球大科學裝置，將開闢人類認識宇宙的又一新紀元。」

作為下一代射電望遠鏡，SKA將以千公裡的基線獲得極高的空間解析度，以納秒級的採樣獲得精細的時間結構，並將產生超越目前全球網際網路總量的大數據。「SKA以追求突破性科學發現為目標和動力，有望揭示宇宙中誕生的第一代天體，重現宇宙從黑暗走向光明的歷史進程。」

SKA為何需要中國

SKA集傳統射電天文幹涉技術和現代相控雷達技術於一體，體現了諸多當代科學技術的最新和最高成就，被認為將推動全球製造、通信、計算、能源等一系列產業迅速發展。

SKA將分別在澳大利亞和南非/非洲八國的兩個臺址分階段進行建設，第一階段建設約10%的體量，計劃在2019年開工，歷時5年；第二階段建設其餘的部分，預計在2030年完成全部建設。根據這一望遠鏡陣列的設計規劃，武向平推測，即使只完成第一階段的目標，SKA的綜合性能也將遠超FAST。

在他看來，SKA建設和運行時間表與「2035年躋身創新型國家前列」和「2050年建成世界科技創新強國」的國家戰略高度契合。中國參與SKA也是中國「構建人類命運共同體」的具體科技實踐，是中國展現大國風範、承擔大國責任的體現。

「國際SKA大家庭需要中國的加入和支持，甚至成為未來的主導和引領。」武向平說。

譬如，中國的製造業將為SKA奠定堅實的工業基礎。武向平覺得，只有中國的工業能夠支撐和保障SKA未來近3000面反射面天線製造和安裝的質量和速度，中國新型的信息、通信和計算機工業也將全方位參與項目建設和運行，再次展現「中國製造」的魅力。

中國為何需要SKA

SKA的穩步崛起，給中國創造了在基礎科學和高科技產業領域走向國際舞臺、瞄準世界科技前沿、實現戰略性基礎研究、引領原創成果重大突破的機遇。

換言之，中國參與SKA的最大動力和終極目標，無疑是獲得豐碩的科學回報。

作為中國迄今為止參與的第二大國際合作大科學工程，中國經過廣泛徵詢、充分論證和頂層設計，確立了參與SKA的科學目標。

比如，中國科學家團隊將繼承從事低頻射電探索「宇宙第一縷曙光」的十年經驗，直接「抓捕」宇宙第一代天體誕生和再電離的身影，再現宇宙的黎明；還將積極參與脈衝星的搜尋，長期參與並逐步主導脈衝星陣列相關工作，以期成為發現超大質量黑洞及其併合過程引力波輻射的主要貢獻者。

此外，中國的科學團隊還計劃建設區域數據中心，並使之逐步過渡到SKA亞太科學和數據中心以及未來的國際SKA科學和數據中心。「這樣中國科學家不出國門，就能便捷使用數據產出科學成果，也將吸引國際夥伴來中國進行科學研究和交流。」武向平說。

當然，作為國際天文學界史無前例的革命性大科學裝置，該項目在設計、建設、技術、科學、運行和管理方面都存在著風險和挑戰。但這一匯集了人類在天文學、無線電、信息、通信、計算機、機械製造等領域最新科技成果的宏偉計劃，在很大概率上也將主導未來50年射電天文學的發展命脈。

正如武向平所說：「參與SKA將是中國天文學發展的裡程碑，也是中國科技發展長遠的全球布局。經過充分準備的中國團隊應當肩負起這個時代重任，在探索神秘的宇宙中創造奇蹟。」

《中國科學報》 (2018-05-31 第3版 學術)

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