【上知天文】人類史上最大天文工程展開!4點剖析SKA陣列射電望遠鏡!

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眺望廣袤無垠的悠遠星空,繁星閃爍,星羅棋布,常常讓人不期然的遐想:浩瀚無際,神秘莫測的星空宇宙背後的蘆山真面目究竟是什麼?不禁讓人心馳神往,浮想聯翩,奈何人力有時而窮,人類始終仍未能自由遨遊星空,但是卻仍然擁有不少科技供人類管中窺豹,正如由中國主導研發,作為人類歷史上最為龐大的天文工程 –平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)便是其中之一。

背景

Photo by skatelescope.org

不久之前,中國成功製造了「世界最大單口徑射電望遠鏡」「FAST」,而相對於單口徑射電望遠鏡,「SKA」是陣列射電望遠鏡,亦是作為人類歷史上最為龐大的天文工程 ,而中國亦是作為創始國、正式成員國以及技術提供國而存在著,並與澳洲及非洲的 9 個國家共同建構這個綿延合計1平方公里,即一百萬平方米的陣列射電望遠鏡。

選址

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SKA選址主要在非洲和澳洲。澳洲負責低頻部分,而非洲負責高頻部分,當中合作國家包括南非、博茨瓦納、加納、肯尼亞、馬達加斯加、毛里求斯、莫桑比克、納米比亞及贊比亞。而南非亦劃定1250萬公頃的射電天文保護區於北開普敦。而ASKAP和SKA望遠鏡則選址在默奇森地區,默奇森地區是地球上人口最少的民族之一的 Wajarri Yamatji人的領地。而因此,雙方簽署了一個原住民土地使用協議以建設望遠鏡。

原理

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SKA由數千面反射面天線組成陣列,以捕捉射電信號。而科學家們可以將網上的點任意組合,模擬成無數個小射電望遠鏡,或者一個巨大的射電望遠鏡。

功能

Photo by skatelescope.org

由於南非的沙漠地區具有完美的射電靜默背景,方便中頻SKA觀測引力波、脈衝星,蒐尋銀河系的生命跡象。而對比現存相似頻段最好的望遠鏡央斯基甚大陣列(JVLA),SKA分辨率比其高3倍,靈敏度高4倍,巡天速度快60倍。而默奇森寬場陣列(MWA)則於2013年全面運行, MWA能對整個南半球的天空進行充分觀察,尋找宇宙在電離時期包圍早期星系的星際氫氣。而澳大利亞SKA探路者(ASKAP)的相位陣饋源(PAF)則能同時產生30個單獨波束覆蓋30平方度視場,極大地加快巡天速度。

目標

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  1. 以繪製氫原子的宇宙分佈方式研究大爆炸後的暗能量演化
  2. 以脈衝星和黑洞的引力進行強磁場測試,驗證愛因斯坦廣義相對論
  3. 調查宇宙磁場的起源和演化。
  4. 調查生命的起源

分工

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澳洲:負責低頻部分,而它需要率先研發先導項目建構SKA探路者(ASKAP),並負責一期項目,建造13萬個偶極天線,以在巡天時捕捉低至50兆赫的射電信號。

非洲:負責中頻部分,而它需要率先研發先導項目64面「貓鼬」( MeerKAT )天線,預計尚需幾年,未來則與其他130面天線一起組成中頻SKA設施。它亦需要負責一期工程,建設大約200面天線,以在巡天時捕捉350兆赫至14千兆赫的射電信號。

中國:負責 SKA 11 個工作包中的天線( DSH )、低頻孔徑陣列( LFAA )、中頻孔徑陣列( MFAA )、信號與數據傳輸( SaDT )、科學數據處理( SDP )、寬帶單像素饋源( WBSPF )等6個國際工作包聯盟的研發工作。

資料來源:澎湃新聞

Text by Fortune Insight

 

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