有望再現“宇宙黎明”,繪制“宇宙地圖”
我國參建的平方公里陣列射電望遠鏡“觀(guān)天巨眼”有多牛
在南半球的澳大利亞、南非以及南部非洲的8個(gè)國家,2020年將開(kāi)始建設世界最大綜合孔徑望遠鏡——平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)。SKA由全球十多個(gè)國家計劃合資建造,中國是發(fā)起國之一。目前,面向全球的項目布局、科學(xué)準備、工程技術(shù)研發(fā)、人才培養等工作正全面推進(jìn)。我國部署的SKA前期數據處理系統建設和相關(guān)科學(xué)預研,日前在上海正式啟動(dòng)。
打造史上最牛的“觀(guān)天巨眼”
浩瀚蒼穹,帶給人類(lèi)永恒的好奇;仰望星空,離不開(kāi)功能強大的望遠鏡。
國際大科學(xué)工程-平方公里陣列射電望遠鏡(SKA),以大量的小單元天線(xiàn)匯聚實(shí)現綜合孔徑射電干涉成像,總接收面積達一平方公里,是人類(lèi)有史以來(lái)建造的最宏大的望遠鏡。
SKA由130萬(wàn)個(gè)對數周期天線(xiàn)組成的低頻陣列(位于澳大利亞西部沙漠的無(wú)線(xiàn)電寧靜區域)和2500面碟形天線(xiàn)組成的中頻陣列(位于南非及南部非洲8個(gè)國家)兩部分組成。建成后,將比目前世界上最大的射電望遠鏡陣列靈敏度提高約50倍、巡天速度提高約10000倍,堪稱(chēng)史上最牛的“觀(guān)天巨眼”。
平方公里陣列射電望遠鏡的第一階段(SKA1)將于2020年開(kāi)始建設,計劃完成大約10%的建設任務(wù),包括在南非建造197面碟形天線(xiàn)、在澳大利亞建造約13萬(wàn)臺低頻陣列天線(xiàn)。
大科學(xué)裝置為人類(lèi)認識宇宙提供重要機遇。SKA建成后,有望揭示宇宙中誕生的第一代天體,重現宇宙從黑暗走向光明的歷史進(jìn)程;有望以宇宙最豐富元素“氫”為信使,繪制宇宙最大的三維結構圖;有望發(fā)現銀河系幾乎所有的脈沖星、發(fā)現來(lái)自超大質(zhì)量黑洞產(chǎn)生的引力波、重建宇宙磁場(chǎng)的結構、探知宇宙磁場(chǎng)的源頭;還有望揭開(kāi)原始生命的搖籃,尋找茫茫宇宙深處的知音……
中國SKA科學(xué)目標和發(fā)展路線(xiàn)圖
據SKA中國首席科學(xué)家武向平院士介紹,作為SKA國際大家庭的一員,中國SKA科學(xué)家團隊經(jīng)過(guò)廣泛征詢(xún)、充分論證和頂層設計,現已確立了中國SKA科學(xué)目標和發(fā)展路線(xiàn)圖。即在第一階段,確保兩個(gè)優(yōu)先突破領(lǐng)域和若干個(gè)具有特色的研究方向,概括為“2+1”推進(jìn)戰略。
兩個(gè)優(yōu)先領(lǐng)域分別是:利用SKA1低頻陣列,直接抓捕宇宙第一代天體“再電離”的身影,再現“宇宙黎明”;積極參與脈沖星的搜索,并致力于發(fā)現毫秒脈沖星、脈沖星-脈沖星系統、脈沖星-黑洞系統等具有重要科學(xué)價(jià)值的事例,以用于驗證引力理論。
此外,中國SKA科學(xué)團隊還確定了若干重要突破方向:利用SKA極高靈敏度和大面積巡天優(yōu)勢,開(kāi)展中性氫21cm宇宙學(xué)研究,揭示從黑洞、星系動(dòng)力學(xué)甚至宇宙大尺度結構的性質(zhì),檢驗暗物質(zhì)和暗能量的特性;利用SKA快速巡天和極高時(shí)間分辨率的優(yōu)勢,探究“暫現源”(如快速射電暴、伽瑪暴、引力波源)的物理本質(zhì),揭示宇宙極端天體的秘密;繪制從星云到宇宙大尺度的磁場(chǎng)結構,追溯宇宙各層次的磁場(chǎng)起源。
武向平表示,圍繞核心科學(xué)目標的實(shí)施,中國SKA科學(xué)團隊由11個(gè)科學(xué)研究課題構成。由中國科學(xué)院牽頭,聯(lián)合高校和各研究院所,廣泛深入開(kāi)展國際合作,特別是與SKA兩個(gè)臺址國以及各SKA探路者聯(lián)合體建立戰略伙伴關(guān)系,在中國SKA區域中心基礎上進(jìn)一步推動(dòng)和建設SKA亞太區域中心,集聚全球頂尖人才,使中國成為未來(lái)SKA人才最向往的國際科研中心之一。
SKA前期數據處理系統建設在滬啟動(dòng)
在科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計劃大科學(xué)裝置專(zhuān)項的支持下,平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)前期數據處理系統建設和相關(guān)科學(xué)預研,日前在上海正式啟動(dòng)。
據項目負責人、中國科學(xué)院上海天文臺洪曉瑜研究員介紹,SKA前期數據處理系統建設和相關(guān)科學(xué)預研,共分為三個(gè)大課題。將以我國自主建設的低頻望遠鏡陣列21CMA和澳大利亞低頻望遠鏡陣列MWA的實(shí)測數據為基礎,為SKA的首要科學(xué)目標“宇宙再電離成像”的觀(guān)測研究做準備;將完成低頻射電干涉大視場(chǎng)、高動(dòng)態(tài)、多波束的成像處理軟件;同時(shí)建設中國SKA區域中心數據處理系統的原型機。
作為下一代擔當引領(lǐng)作用的射電天文觀(guān)測設施,SKA不僅承載孕育世界級科研成果的使命,還將產(chǎn)生世界上前所未有的超大數據量。據估計,僅按照全部規模10%來(lái)建造的第一階段,科學(xué)處理器所需要的計算能力,就相當于我國超級計算機“天河二號”的8倍、“神威·太湖之光”的3倍。如此龐大的數據還需要深度分析和加工后才能被科學(xué)家使用,這些工作是要由分布于幾大洲的區域數據中心合作完成。
在SKA中國首席科學(xué)家武向平院士帶領(lǐng)下,中國SKA科學(xué)團隊計劃在上海建設中國SKA區域中心,主要包括科學(xué)中心和數據中心。中國SKA數據中心將作為國際上幾個(gè)大型區域數據中心之一,一方面承擔一定份額的SKA數據處理和存儲的國際義務(wù),另一方面重點(diǎn)為中國乃至亞洲區域科學(xué)用戶(hù)提供必要的計算和數據存儲資源以及技術(shù)支持。中國SKA科學(xué)中心將為數據中心的建設和運行,提供科學(xué)指導以及研發(fā)天文軟件。
目前,上海天文臺正全力推進(jìn)中國SKA區域中心建設,加快原型系統建設和人才培養。據課題負責人、上海天文臺安濤研究員介紹,現上海天文臺已與澳大利亞的SKA先導望遠鏡數據中心之間建立了端對端的直連互通,成功研制了符合SKA數據處理特點(diǎn)的原理樣機,完成了SKA核心軟件的大規模集成測試,為國際SKA區域中心的建設做貢獻。(記者 張建松)
