揭秘“世界巨眼”SKA
?2018年2月6日，由中国主导研制的国际大科学工程SKA（平方公里阵列射电望远镜）首台天线（SKA-P）在中国电子科技集团公司第五十四研究所启动。图为SKA首台天线。（新华社发）
你知道吗？中国不仅建设了世界上最大的单口径射电望远镜FAST，还正在参与建设人类有史以来规模最庞大的射电望远镜SKA。近日，这一国际大科学工程的中国首席科学家武向平接受媒体专访，介绍了SKA项目的进展。
从“天眼”FAST到“世界巨眼”SKA
谈到天文望远镜，中国民众更熟悉的可能是“天眼”，位于贵州、接收面积达25万平方米的FAST。但武向平说，SKA建成后，将比天眼看得更远、更清楚。
SKA，全称为平方公里阵列射电望远镜。它是国际天文界计划建造的世界最大综合孔径射电望远镜，接收面积达100万平方米，被称为“世界巨眼”。
与自主建设的FAST不同，SKA是中国参与的一项“大科学工程”，整个项目将由英国、澳大利亚、加拿大等全球10个成员国完成，目前约有超过20个国家的约100个组织参与了SKA的设计和开发。
20世纪50年代，国际科技界提出“大科学”概念。顾名思义，“大科学”项目具有投资强度高、实验设施昂贵、研究目标宏大等特点，实施难度超出一国之力，所以需要通过国际合作来实施。
为什么SKA比FAST看得更远更清楚？FAST是单口径望远镜，就像一口完整的大锅。而SKA是阵列望远镜，中频波段包括2500面分散摆放的“小锅”，每个“小锅”是一个口径15米的反射面天线，而低频阵列则是130万只小的偶极天线；所有天线接收到的光子叠加起来，灵敏度也就更高。FAST的口径是500米，SKA天线的摆放范围可以达到3000公里。
另一个不同是，SKA是数字化望远镜。SKA内部的每个小天线上都会有一个智能接收机，使其信号数字化。建成后，SKA可用数字波束指向任何天空，科学家“想看什么地方就看什么地方，不用机械转动望远镜”。
所有天线数字化，意味着极其巨大的数据量，在数据的储存、读取和处理上都带来了挑战。“过去数字化、信息化程度不高，建不了这样的望远镜。”武向平说，SKA需要信息和计算机行业来支持，但目前来看不存在技术瓶颈。
中国牵头国际大科学工程
积极提出并牵头组织国际大科学计划和大科学工程，是中央全面深化改革领导小组确定的一项重点任务。“过去我们经济比较落后，走出国门后首先是学习和参与大科学工程。未来的目标是引领国际合作。”武向平说。
在武向平看来，牵头大科学工程，考验的不仅是科研团队，还有管理部门。SKA项目，恰好给中国带来了很好的学习机会。“不仅是科学家在学习，管理部门也在学习，比如怎么制定科学目标和国际规则，怎么谈判，怎么管理、运行项目。”他透露，目前SKA的技术研发已经全部完成，正处于各国谈判阶段，预计两年内启动建设。
2005年，在新疆天山地区，武向平领导建设了用于“宇宙第一缕曙光探测”的大型低频射电望远镜阵列，其中包括1万个天线。这为中国参与SKA项目积累经验。
让他忧心的是，科研队伍的人员规模还不够。一个科研队伍的培养往往要花费数十年，目前队伍人数还比较少，留给中国科学家的时间窗口不多。“未来希望科研队伍能扩大。”
目前，中国已经完成了SKA的科学白皮书，制定了11大科学方向，并确定了两大优先方向。“项目实施后，我们要确保能和外国科学家站到同等的水平线上。拿不出科学发现，实现不了科学目标，就等于中国投入到这个项目上的钱白花了。”武向平直言。
SKA将加深全人类对宇宙的理解
“任何科学工程，不是说它宏大，我们就一定要参加。”武向平说，SKA将为中国带来实打实的好处。其一，就是推动制造业、通信业等行业的发展。
据了解，SKA建设主要分两个阶段，最终将建设2500面反射面天线和一百多万个低频天线。为了承担海量数据的传输、储存和处理，各国科学家也在联手设计现存任何计算机都无法比拟的超级计算机。
SKA的第二个好处，就是可以大大加深全人类对宇宙的理解。武向平介绍，SKA的目标主要是基础研究，建成后可以运行50年，“非常强大”。宇宙中诞生的第一个天体是什么样，宇宙是怎样的结构，地外文明是否存在等困扰人类已久的问题，届时都有望获得答案。
（冯群星 李玲）
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