繪制“宇宙地圖” 我國參建的“觀天巨眼”真牛

有望再現(xiàn)“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個國家,2020年將開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、科學準備、工程技術(shù)研發(fā)、人才培養(yǎng)等工作正全面推進。我國部署的SKA前期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)建設和相關(guān)科學預研,日前在上海正式啟動。

打造史上最牛的“觀天巨眼”

浩瀚蒼穹,帶給人類永恒的好奇;仰望星空,離不開功能強大的望遠鏡。

國際大科學工程-平方公里陣列射電望遠鏡(SKA),以大量的小單元天線匯聚實現(xiàn)綜合孔徑射電干涉成像,總接收面積達一平方公里,是人類有史以來建造的最宏大的望遠鏡。

SKA由130萬個對數(shù)周期天線組成的低頻陣列(位于澳大利亞西部沙漠的無線電寧靜區(qū)域)和2500面碟形天線組成的中頻陣列(位于南非及南部非洲8個國家)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,堪稱史上最牛的“觀天巨眼”。

平方公里陣列射電望遠鏡的第一階段(SKA1)將于2020年開始建設,計劃完成大約10%的建設任務,包括在南非建造197面碟形天線、在澳大利亞建造約13萬臺低頻陣列天線。

大科學裝置為人類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(xiàn)宇宙從黑暗走向光明的歷史進程;有望以宇宙最豐富元素“氫”為信使,繪制宇宙最大的三維結(jié)構(gòu)圖;有望發(fā)現(xiàn)銀河系幾乎所有的脈沖星、發(fā)現(xiàn)來自超大質(zhì)量黑洞產(chǎn)生的引力波、重建宇宙磁場的結(jié)構(gòu)、探知宇宙磁場的源頭;還有望揭開原始生命的搖籃,尋找茫茫宇宙深處的知音……

中國SKA科學目標和發(fā)展路線圖

據(jù)SKA中國首席科學家武向平院士介紹,作為SKA國際大家庭的一員,中國SKA科學家團隊經(jīng)過廣泛征詢、充分論證和頂層設計,現(xiàn)已確立了中國SKA科學目標和發(fā)展路線圖。即在第一階段,確保兩個優(yōu)先突破領域和若干個具有特色的研究方向,概括為“2+1”推進戰(zhàn)略。

兩個優(yōu)先領域分別是: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(xiàn)“宇宙黎明”;積極參與脈沖星的搜索,并致力于發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星、脈沖星-脈沖星系統(tǒng)、脈沖星-黑洞系統(tǒng)等具有重要科學價值的事例,以用于驗證引力理論。

此外,中國SKA科學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,開展中性氫21cm宇宙學研究,揭示從黑洞、星系動力學甚至宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的性質(zhì),檢驗暗物質(zhì)和暗能量的特性;利用SKA快速巡天和極高時間分辨率的優(yōu)勢,探究“暫現(xiàn)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結(jié)構(gòu),追溯宇宙各層次的磁場起源。

武向平表示,圍繞核心科學目標的實施,中國SKA科學團隊由11個科學研究課題構(gòu)成。由中國科學院牽頭,聯(lián)合高校和各研究院所,廣泛深入開展國際合作,特別是與SKA兩個臺址國以及各SKA探路者聯(lián)合體建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系,在中國SKA區(qū)域中心基礎上進一步推動和建設SKA亞太區(qū)域中心,集聚全球頂尖人才,使中國成為未來SKA人才最向往的國際科研中心之一。

SKA前期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)建設在滬啟動

在科技部國家重點研發(fā)計劃大科學裝置專項的支持下,平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)前期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)建設和相關(guān)科學預研,日前在上海正式啟動。

據(jù)項目負責人、中國科學院上海天文臺洪曉瑜研究員介紹,SKA前期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)建設和相關(guān)科學預研,共分為三個大課題。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的實測數(shù)據(jù)為基礎,為SKA的首要科學目標“宇宙再電離成像”的觀測研究做準備;將完成低頻射電干涉大視場、高動態(tài)、多波束的成像處理軟件;同時建設中國SKA區(qū)域中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的原型機。

作為下一代擔當引領作用的射電天文觀測設施,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(shù)據(jù)量。據(jù)估計,僅按照全部規(guī)模10%來建造的第一階段,科學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(shù)據(jù)還需要深度分析和加工后才能被科學家使用,這些工作是要由分布于幾大洲的區(qū)域數(shù)據(jù)中心合作完成。

在SKA中國首席科學家武向平院士帶領下,中國SKA科學團隊計劃在上海建設中國SKA區(qū)域中心,主要包括科學中心和數(shù)據(jù)中心。中國SKA數(shù)據(jù)中心將作為國際上幾個大型區(qū)域數(shù)據(jù)中心之一,一方面承擔一定份額的SKA數(shù)據(jù)處理和存儲的國際義務,另一方面重點為中國乃至亞洲區(qū)域科學用戶提供必要的計算和數(shù)據(jù)存儲資源以及技術(shù)支持。中國SKA科學中心將為數(shù)據(jù)中心的建設和運行,提供科學指導以及研發(fā)天文軟件。

目前,上海天文臺正全力推進中國SKA區(qū)域中心建設,加快原型系統(tǒng)建設和人才培養(yǎng)。據(jù)課題負責人、上海天文臺安濤研究員介紹,現(xiàn)上海天文臺已與澳大利亞的SKA先導望遠鏡數(shù)據(jù)中心之間建立了端對端的直連互通,成功研制了符合SKA數(shù)據(jù)處理特點的原理樣機,完成了SKA核心軟件的大規(guī)模集成測試,為國際SKA區(qū)域中心的建設做貢獻。(記者 張建松)

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