20国筹建全球最大射电望远镜:可监听外星人信号

中国市场研究网www.hjbaogao.com.cn2018-02-06 11:40:52

  来自全球20个国家的科学家们正在筹划建造全世界最大规模的射电望远镜阵列,其中主要的参加国包括澳大利亚、中国、法国、德国、意大利、荷兰、新西兰、南非和英国等。一旦建成,它将极大的帮助科学家们对行星和恒星的形成过程,以及宇宙暗能量之谜进行探测,甚至对可能存在的外星人信号进行监听。
  巨型望远镜
  这一设备取名“平方公里阵列”(SKA),这得名于其巨大的信号采集面。但这并非意味着它具有1公里的天线口径,而是采用上千台较小的天线构成阵列。
  国际SKA项目负责人理查德·史利茨(RichardSchilizzi)表示:“我们将采用较小的天线,直径大约15米。理由很简单,这样做的成本更低,尤其当你考虑到你需要建造3000台这种天线时,就要更加注重价格问题了。”
  之所以我们需要建造如此巨型的天线阵列,是因为其观测的无线电波波段波长要远远长于可见光。
  要保持一定的分辨率,望远镜的口径和所观测波段的波长成正比,即如果其工作波段越长,则要保持高分辨率,其望远镜口径也必须越大。可见光波段的波长非常小,因此几十厘米甚至几厘米的小口径望远镜已经可以获得较高的分辨率,但是无线电波波段的波长很长,这就要求望远镜的口径做的非常大,才能获取高分辨率的数据。
  英国曼彻斯特焦德雷尔班克射电天文台(JodrellBankRadioObservatory)主管西蒙·加灵顿(SimonGarrington)解释说:“由于波长上的差异,如果你想要获得和光学望远镜媲美的分辨率,你需要大概100公里口径的射电望远镜。很明显,你不可能真的去建造一台这么大的望远镜,但是你可以建造许多较小的天线,并将它们连接起来协同工作。”
  SKA建成后,其灵敏度将比世界上现存任何一台设备高出50倍,分辨率高出100倍。
  现在正有来自20个国家的科学家们在设法进行望远镜的建造工作。该项目预计将耗资15亿欧元(约合142亿人民币)。按照计划,工程将于2016年开工,在2020年年底前完成第一阶段施工,全部工程将在2024年完成。
  竞争空前
  世界各国对于这一大型合作项目选址的竞争异常激烈。不过现在已经遴选出了最终入围的两处候选地点:南非的北角地区,以及澳大利亚西部地区。
  巴尼·法纳罗夫(BernieFanaroff)是南非项目组的主管,他解释说:“选址中考虑最多的就是那里的无线电干扰必须最少。附近如果有任何大功率的广播和其他无线电信号,都会对望远镜阵列的工作产生干扰。这就像是让你在白天阳光普照时观测星星一样。”
  “因此,这里不应该有手机信号覆盖,不应该有很多居民,附近也不应该有小汽车开来开去。事实上,当我们进行初步测试时,那个测试员附身坐在一把塑料椅子上时产生的振动和静电就对设备灵敏度产生了干扰。”
  建成之后,整个阵列中大约50%的望远镜天线将位于中央的5公里半径内,另外的25%将外延至200公里范围,最后的25%将延伸超过3000公里。
  在南非申办方提出的技术方案中,这些天线中一部分将位于临近的纳米比亚、莫桑比克、马达加斯加、赞比亚、毛里求斯、肯尼亚和加纳境内。
  而澳大利亚的方案中则将由一部分天线建造于新西兰境内。澳方申办团队主管布莱恩·伯耶尔(BrianBoyle)告诉记者:“澳大利亚方面提出的方案中,望远镜阵列的核心位于默奇森射电天文台(MurchisonRadioObservatory),那里是地球上最偏僻的地方之一。并且澳大利亚和新西兰一起,可以为望远镜阵列提供5500公里范围内的广泛选址余地。”
  技术先进
  根据设计,SKA阵列中将包含传统样式的,可自由转动的望远镜,从而指向天空中任意一片天区进行观测。
  但另外一些天线则将采用平板设计,而没有传统的那种抛物面天线外形。它们将构成相位排列,借助复杂的电子技术,它们可以不用转动而迅速锁定天空中的某一点进行快速反应的观测活动。
  克里斯·山顿(ChrisShenton)是英国项目组的负责人,来自焦德雷尔班克射电天文台。他补充道,这样的设计还能让天线同时对几个不同的天区进行观测。
  他说“事实上我们可以想观测几个天区就观测几个天区,这就意味着我们可以同时进行多个任务的工作。举个例子,我们可以在进行大范围巡天观测的同时对其中的某个天区进行详细的观测。”
  不过,将这么多台天线精确的链接起来可不是一件那么容易的事。比如,信号的校准精度必须达到十亿分之一秒,而采用的光纤长度足可以绕地球两圈。并且必需借助超级计算机对各台计算机之间的数据进行实时的校准。但是一旦开始运行,每一台天线每秒将产生大约20G的数据,一般的电脑电脑硬盘在几分钟内就会被填满。因此,正如理查德博士所说的:“我们需要超级计算机。事实上,根据我们初步的估算,我们将需要这个星球上最强大的计算机才能胜任这里的运算量。”
  寄予厚望
  这台望远镜阵列投入运行后,将有望帮助天文学家们解答一系列重要的问题。包括行星是如何形成的?引力波如何影响宇宙大尺度结构?以及,宇宙中最早的一批星系是如何产生的?
  而来自英国牛津大学的斯蒂夫·罗灵斯(SteveRawlings)则很希望这一设备能帮助理解暗能量的本质。
  “SKA是一台强大的时间机器。当你用它观测遥远的宇宙深处时,你事实上正目睹宇宙年轻时的样子。这样一来,你就可以观测到宇宙的膨胀历史。”
  根据现有的宇宙理论,暗能量正导致宇宙加速膨胀,而如果我们能描绘出暗能量的分布地图,我们或许就能了解这究竟是什么东西。
  SKA项目科学家约瑟夫·拉齐奥(JosephLazio)来自美国宇航局喷气推进实验室。他关心的问题更加扣人心弦:能否用SKA设备来帮助搜寻外星人发出的信号?
  他说:“只有借助SKA这样规模的设备,我们才能有足够的灵敏度曲探测围绕遥远恒星运行的微小行星世界发出的微弱无线电信号。或许50年之后我们会说,是的,我们发现了另一个外星技术文明世界。”
  而布莱恩对它也充满信心:“SKA将是真正的革命性的科学设备。它将取得我们闻所未闻的重大发现。”
  现在最新的消息是:英国焦德雷尔班克射电天文台已经击败来自荷兰和德国的竞争对手,被选为SKA设备的全球总部,全面负责该项目的协调运行。而明年,国际社会将最终决定SKA阵列的最终选址地点。

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