世界最大射电天文台在澳洲和南非开建,巨型望远镜阵列超灵敏

射频百花潭 2022-12-10 15:38
SKA-Low天线阵列构想图。图片来源:DISR

经过30年的规划和谈判,世界最大的射电天文台——平方公里阵列(SKA)本周开始动工。这台巨大的仪器将在澳大利亚和非洲建造,它将收集天体发出的射电信号,并有望为研究天文学中的一些最神秘问题提供线索,如暗物质的本质和星系的形成方式。

“我们基本上是在为这台仪器的未来50年奠定基础。”这台望远镜在南非的建造负责人Lindsay Magnus说,“这令人兴奋——它是一项长期的遗产。”

人们最初设想的巨型望远镜由两台设备组成,一台位于澳大利亚,另一台位于南非,分别被称为SKA-Low和SKA-Mid。其天线之间的距离之远、数量之多,意味着望远镜阵列将以前所未有的灵敏度接收射电信号。SKA-Low将检测50MHz~350MHz的频率,而SKA-Mid将检测350MHz~15.4GHz的频率。

SKA将分阶段建造,第一阶段将耗费13亿欧元,预计于2028年完工,另外还有7亿欧元被指定作为未来10年望远镜的运行费用。SKA的最终目标是在南非和非洲伙伴国家建造数千座天线,在澳大利亚建造100万座天线,总收集面积达1平方公里。第一阶段约占整个工程计划的1/10。

澳大利亚的SKA-Low望远镜将由大约13.1万根天线组成,每根天线都像两米高的金属丝圣诞树。由256根天线组成的500多个阵列将点缀在天文台的红土之上,后者已更名为CSIRO默奇森射电天文台。其中最早的4个阵列将于2024年开始收集数据,所有阵列将于2028年完成。

科学家渴望用新天线收集数据。澳大利亚联邦科学与工业研究组织空间和天文学主任Douglas Bock说:“SKA-Low的灵敏度将使我们以迄今最详细的方式,观察遥远的宇宙。这特别令人兴奋,因为我们对宇宙的前10亿年知之甚少。”

“但最令人兴奋的,将是那些在设计望远镜时‘都不知道存在’的现象。”SKA-Low望远镜负责人Sarah Pearce说。

12月5日,建造第一座南非巨型SKA-Mid望远镜天线的准备工作开启。这些天线由197根天线组成,在干旱的卡鲁地区延伸约150公里。2024年将建成4座天线,2028年将增加更多。

南非已有的由64座碟形天线构成的MeerKAT望远镜最终将纳入SKA-Mid望远镜。2022年初,一个国际团队利用MeerKAT数据发布了迄今最细致的银河系中心图像,以及从银河系黑洞发出的神秘射电线图像。作为扩建项目的一部分,南非政府和德国马克斯·普朗克协会将为该望远镜再增加20个碟形天线。MeerKAT将在2027年建设结束时并入SKA-Mid。

荷兰射电天文研究所天文学家、MeerKAT的MHONGOOSE大型星系形成观测计划首席研究员Erwin de Blok说:“SKA将是科学向前迈出的一大步。SKA-Mid将帮助我们更详细地研究附近的星系,并直接探测进入星系的气体流和导致恒星形成的过程。”

然而,南非射电天文台负责人Pontsho Maruping表示,SKA-Mid的建造将会干扰MeerKAT的观测。射电望远镜对车辆和通信设备发出的无线电波特别敏感。我们将竭尽所能确保观察不会被过度打断。她透露,MeerKAT将继续观测,直到2027年并入SKA-Mid。

据悉,总部位于英国的SKA政府间组织已公布了5亿欧元的建筑招标项目,其中约70%的合同必须提供给成员国的工业部门。该组织目前有8个正式成员,即澳大利亚、中国、意大利、荷兰、葡萄牙、南非、瑞士和英国,法国也计划加入。

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