中国为人类最大天文设备造“耳朵”

    中国青年报•中青在线记者 邱晨辉

    “好一只大‘耳朵’！”

    走近世界最大射电望远镜阵的第一台天线，不少人发出这样的惊呼，天线主反射面一袭白装，由66块铝制面板组成，加上底座，整个天线足有7层楼之高。

    今天下午，这只大“耳朵”启动后，开始转动反射体，俯仰之间，从15°到90°，缓缓扫过天际，水平转动，左右270°，从容巡视天空——这，是它的第一次正式亮相。

    该天线由中国电科54所和中科院国家天文台主导研制。科技部副部长黄卫今天表示，全球多国正在联合打造人类有史以来最庞大天文设备，中国不仅是其重要的成员国和首倡国之一，还贡献出了第一台天线，为整个设备的建造“打响”头炮。

    究竟多大的科学工程需要10个国家联合打造

    这台天文设备的全称是平方公里阵列射电望远镜，英文简称是SKA。之所以如此命名，是因为组成阵列的射电望远镜总接收面积达“一平方公里”,相当于140个足球场大。

    SKA天线工作包联盟主席、中国电科SKA办公室副主任、54所专家王枫告诉记者，SKA的建设将为现有工程技术和研发水平带来质的飞跃，甚至颠覆人类对宇宙和基本物理定律的理解。

    SKA总干事、射电天文学家菲利普•戴蒙德打过一个形象的比方：一片雪花掉落地面时产生的能量，超过了迄今为止射电天文领域接收到的所有能量——这让我们了解到这些射电信号有多么微弱，以及为了“拾取”这些信号，我们的系统需要有多么的敏锐。

    他说，要“听到”这些微弱的信号，科学家需要一个巨大的接收面积。按照规划，SKA选址在澳大利亚、南非及非洲南部8个国家的无线电宁静区域,在约3000公里的广袤荒野中，将建设2500面15米口径反射面天线。

    王枫说，基线越大，望远镜的分辨率越高，观测就越精细，“绘制”的宇宙“图景”也更有价值。SKA最长基线距离是3000公里，横跨两个大陆，更让人期待。

    按照规划，SKA将比目前最大的射电望远镜阵列——美国EVLA的灵敏度提高50倍，巡天速度提高10000倍。菲利普•戴蒙德表示，建成后的SKA，其性能将在本世纪至少保持30-50年的领先地位。

    当然，如此庞大的项目，非一国之力可以完成。正如黄卫所说，作为一项长期复杂的大科学工程，SKA的建设和运行需要巨大的资金投入和技术支撑，任何国家都难以独立完成这一巨大的任务。

    中国是参与SKA的创始国之一。2011年，7个创始成员国联合成立了SKA独立法人机构SKA组织。目前该组织有10个成员国，总部设在英国，尚有多个国家正在申请成为成员国。

    一旦建成可搜索外星生命、探寻生命新摇篮

    王枫说，灵敏度和巡天速度，是射电望远镜非常重要的两个指标。灵敏度越高，天线“看”得就越远，探测宇宙的能力就越强；巡天速度越快，天线“扫描”和“观测”同一天区的速度就越快，天线的工作效率就越高。

    可以想象，SKA几千面天线，从中心向外呈旋臂状延伸，从空中望去，如同静静伏在地球表面的一只巨大“海星”，延伸着长长的“触角”，倾听来自宇宙最深处的声音。

    这些声音，一旦被数量庞大的反射面天线和其他天线放大，即可进行处理，并转化为信息，然后进一步转化为——科学。

    黄卫说，作为全球多个国家的科学和技术人员共同参与、协作制造、共同运行和管理的跨国界全球大科学装置，这不仅仅是人类在21世纪里创造的又一个奇迹，更是人类共同目标、共同命运的体现，是全世界不同语言、不同民族、不同文化的又一次碰撞与交融，是人类命运共同体在科学上的具体体现。

    他说，SKA将为人类认识宇宙提供重要机遇，开启人类探测宇宙的新纪元。它寄予着人类了解宇宙和生命奥秘的使命，将致力于揭示全球各国和人类共同关心的一些基本问题。

    中国电科54所SKA反射面天线总设计师杜彪说，SKA将探测宇宙、星系的起源和演化，寻找更多的星系，探寻孕育生命的新摇篮、搜索外星生命等。

    此外，这个大望远镜还将致力于揭示和回答关于“基本力”问题。比如，检验爱因斯坦的广义相对论正确与否；探寻宇宙磁场从哪里来，怎么演化的。

    又一里程碑事件：首个大“耳朵”面世

    如今，这个国际大科学工程进入了“关键设计评审阶段”，菲利普•戴蒙德说，该阶段将于今年年底结束，确定望远镜的最终设计。

    令人欣喜的是，SKA首个仰望星空、机敏灵活的天线今天出炉。这是继2015年12月“中国提交的天线设计方案，被批准成为SKA后续研发的唯一方案”之后，又一里程碑事件。

    事实上，在SKA所有的基础建设工作任务中，天线工作是其中最主要、最核心的部分。

    中国电科总经理刘烈宏说，首台天线的成功研制，标志着中国在SKA核心设备研发中发挥引领和主导作用，在国际大科学工程中，为世界成功提供“天线解决方案”。

    2013年，SKA反射面天线工作包联盟成立，承接SKA天线工作包相关研制工作,成员包括9个国家的20家研究机构和大学。杜彪告诉记者，SKA反射面天线经历了从概念天线样机、初步设计方案、详细设计方案、首台样机等几个研发阶段，中国的地位和作用随之日益提升。

    他说，反射面的精度直接影响天线的灵敏度，在重力、温度和风载荷影响下，首台天线主反射面的精度达到0.5毫米，副反射面精度达0.2毫米，综合性价比超过目前国际所有同类天线。

    而且，这台天线采实现了高电磁屏蔽指标。杜彪说，如果把天线的灵敏度比作“倾听的能力”，那么，高电磁屏蔽就是为这只“耳朵”倾听宇宙声音——屏蔽掉电子设备辐射的电磁信号，让天线更加专注于宇宙目标。

    菲利普•戴蒙德今天透露，下一步SKA工程将进入建设阶段，其中第一个建设阶段项目总投入约6.75亿欧元，预计在三年左右建成130多台天线。未来更加可期。

    中青在线石家庄2月6日电