開辟人類認識宇宙新紀元

武向平

在澳大利亞和非洲，包括中國在內的十多個國家的科技工作者正聯合起來，為建造下一代超級射電望遠鏡（即SKA）做準備。這將是人類有史以來建造的最龐大的天文觀測設備，也是中國參加的第二大國際合作大科學工程。它匯集了人類在天文學、無線電、信息、通訊、計算機、機械制造等諸多領域的最新科技成果，將主導未來射電天文學50年的發展，有望催生多項重大科學發現，對自然科學和人類文明作出劃時代的、革命性的貢獻。

人類有史以來最龐大的天文設備

下一代射電望遠鏡——平方公里陣列射電望遠鏡（Square Kilometre Array，SKA）是人類有史以來建造的最龐大的天文設備，將開辟人類認識宇宙的又一新紀元。SKA集傳統射電天文干涉技術和現代相控雷達技術為一體，體現諸多當代科學技術的最新和最高成就。

SKA由大量小單元天線（2500面15米口徑的蝶形天線，250個直徑為60米的致密孔徑陣和130萬只對數周期天線）組成，匯集形成巨大的接收面積，從而獲得極高的靈敏度，將以千公里的基線獲得極高的空間分辨率，將以納秒級的采樣獲得精細的時間結構，將以10Pb/s的速率產生超越目前全球互聯網總量的大數據，帶動E級計算、通信和存儲的技術革新。大視場、多波束、高動態、高分辨、大數據等一系列新概念催生的SKA，將顛覆射電天文學的傳統研究手段，給天文學研究帶來革命性和全新的理念。

SKA將分別在澳大利亞和南非+非洲8國兩個臺址分階段進行建設，總部設在英國。SKA第一階段（SKA1）約建造10%的SKA，2019年開始建設，5年完成。第二階段（SKA2）建設其余部分的SKA，預計2030年完成。SKA1將只建設反射面天線陣（中高頻）和低孔徑陣，致密孔徑陣（中頻）可能放到SKA2階段進行建設。

SKA具有更高的靈敏度、更大的視場、更高的頻率和空間分辨率、更高效的巡天能力，以克服單

將開辟人A類認識宇宙的新紀元

SKA將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將以宇宙最豐富的元素氫為信使，精確繪制宇宙最大的三維結構圖像，檢驗暗物質和暗能量的基本屬性，有助于驅散籠罩在21世紀自然科學上空的兩朵烏云；SKA將發現銀河系幾乎所有的脈沖星，并有望發現第一個黑洞—脈沖星對，對引力理論做精確的檢驗；SKA將對數百顆毫米脈沖星精準測時，發現來自超大質量黑洞的引力波；SKA將重建宇宙磁場的結構，

風險與挑戰并存

我們也清楚地意識到，作為國際天文學界史無前例的革命性大科學裝置，SKA1在設計、建設、技術、科學、運行和管理等諸多方面也面臨巨大風險和挑戰。

第一，高額的建造費用使得SKA1不斷修訂基線和緊縮預算，目前依舊存在20%的資金缺口，尚無有效的解決方案。加之各國出資比例遠未定型，有可能會造成SKA1談判的艱巨性，導致建設的進一步延誤。

第二，因為建設時間多次推遲，給其他一些類似天文觀測設備，如美國瞄準宇宙再電離探測的HERA望遠鏡陣贏得了充足的時間，SKA1設定的一些有限科學目標可能失去先進性和科學價值。

第三，中國SKA科學團隊目前還沒有完全掌握SKA的關鍵數據處理技術，如干涉陣高動態成圖、多波束成像和低頻脈沖星尋找等，缺少自主射電干涉天文軟件，將在國際競爭中處于極其不利的低位，影響既定科學目標的實現。

第四，SKA1觀測運行機制尚未確立，中國SKA科學團隊能否領先或主導SKA1一些首要科學任務還不清楚。

中國作為SKA主要成員國之一，將以大國風范和責任以及對卓越科學目標勢在必得的追求，在其中發揮越來越重要的作用，并獲得豐厚的科學回報。參加SKA將是中國天文學發展的里程碑，經過充分準備的中國SKA團隊會肩負時代重任，迎難而上、不負使命、迎接挑戰，在探索未知和神秘的宇宙中創造奇跡、鑄造輝煌。