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【中國科學報】中國射電天文的下一個雄心

2020-04-08 中國科學報 丁佳
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  “追溯宇宙演化的長河,隨著138億年前大爆炸的余輝逐漸散去,宇宙曾經歷過一段漫長的黑暗時期。忽然有一天,在宇宙深處誕生了第一代發光天體,這些天體的光芒逐漸照亮了整個宇宙,從此給宇宙帶來了蓬勃的生機。”

  對于自己所熱愛的宇宙,中國科學院院士武向平不僅不吝于用最美好的辭藻去形容,也在用自己的實際行動去深入探索。日前,武向平擔任首席科學家的平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)中國科學團隊,制定了中國SKA的十大科學目標,這張雄心勃勃的路線圖,展示了中國向射電天文強國邁進的決心。

  中國射電天文的新機會

  在射電天文學這個分支領域,我國已經實現了從“0”到“1”的飛躍,逐步邁入世界射電的強國和大國之列。

  從密云米波綜合孔徑射電望遠鏡、德令哈13.7米望遠鏡、上海佘山和烏魯木齊25米望遠鏡、東亞第一臺性能先進功能齊全的全可動65米口徑大型射電望遠鏡“天馬”、 巨型低頻射電陣列21CMA,到500米口徑球面射電望遠鏡“中國天眼”FAST,中國在射電天文學領域可謂布局深遠,前進的腳步從未停歇。

  2016年建成的“中國天眼”奠定了中國射電天文設備未來10年的世界霸主地位,但在更早之前,中國就已經將目光投向了遠方。

  SKA將是人類有史以來建造的最大射電望遠鏡,由全球十多個國家共同出資建造、運行、維護和管理。SKA將于2021年開始第一階段建設,到2028年建成總規模的10%,并邊建設邊組網投入觀測。

  SKA是一部快速傅里葉變換望遠鏡、數字化望遠鏡和軟件望遠鏡,體現了諸多當代科學技術的最新和最高成就,并將推動全球制造、通信、計算、能源等一系列產業的迅速發展。

  “SKA是一部超越國界的全球大科學裝置,是人類在21世紀創造的又一奇跡,將開辟人類認識宇宙的新紀元。”武向平說,“作為國際SKA大家庭的一員,中國參與SKA的最大驅動和終極目標是獲得豐碩的科學回報。”

  2019年3月,作為7個創始成員國之一,中國正式簽署了政府間國際組織公約,正式從參與SKA設計建設階段轉向使用SKA取得卓越科學發現的準備階段。

  豐富的科學目標

  中國SKA科學團隊在秉承國際合作開展大科學研究的前提下,經過長期探討、廣泛征詢、充分論證和頂層設計,確立了中國SKA清晰的科學目標和發展路線圖,即在SKA第一階段,確保兩個優先突破領域和若干具有中國特色的研究方向。

  兩個優先突破的領域是中國SKA科學優先發展和重點支持的兩個領域:宇宙黎明和再電離探測,以及脈沖星搜尋、測時和引力理論檢驗。同時中國科學團隊還確定了八個特色研究方向,即中性氫巡天和宇宙學研究、宇宙磁場、星際介質、暫現源探測、活動星系核反饋和黑洞、中性氫星系動力學和演化、生命搖籃以及超高能宇宙射線低頻探測。

  “現代宇宙學認為宇宙起源于大爆炸,但是大爆炸究竟是怎樣發生的、大爆炸之前有沒有宇宙,人們至今還不清楚。SKA能夠為了解從大爆炸直到今日的宇宙演化過程提供強有力的觀測手段。”中科院國家天文臺研究員陳學雷說。

  例如,通過觀測占宇宙普通物質總量76%的氫元素,可以繪制不同時期宇宙的三維圖像;通過對大尺度結構的精密測量,又可以分析暗物質和暗能量的性質,以及宇宙早期初始狀態的信息。

  武向平指出,中國所制定的這些科學目標,大部分將融入SKA科學研究的國際大家庭中。“我們要逐步習慣這種新的科學研究國際合作模式,目前和未來越來越多的重大科學項目都非個人所能完成,重大科學問題研究的全球化進程正在加速,而SKA將是科學研究全球化的典型代表和先鋒。”

  “中國制造”的力量

  SKA的臺址橫跨澳洲、非洲兩個大陸,由分布在3000公里范圍內的2500面15米口徑碟形天線、250個直徑60米的致密孔徑陣列以及130萬只對數周期天線組成的稀疏孔徑陣列組成。

  這樣一個“巨無霸”級別的大科學工程,讓中國工業界看到了中國的機會。

  例如,中國積累了雄厚工業基礎,能夠支撐和保障SKA數千面反射面天線制造和安裝的質量和速度;而中國的新型信息、通信和計算機工業也將全方位參與SKA建設和運行,再次展現“中國制造”的實力。

  “國際SKA大家庭需要作為世界第二大經濟體的中國的加入和支持,甚至是未來的主導和引領,而發展中的中國也需要從組織、建設、運行和管理SKA國際大科學裝置中積累經驗,奠定并逐步夯實作為未來世界科技中心的基礎。”武向平說,“未來,從重大科學發現中體現中國貢獻,將成為我們追求的目標。”

  (原載于《中國科學報》 2020-04-08 第1版 要聞)
打印 責任編輯:侯茜

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