kevinlin 2011-4-25 09:57
全球將建最大射電望遠鏡 可監聽外星人信號
來源：星島環球網
這是建成後SKA陣列核心區域天線陣的效果圖
據英國媒體報導，來自全球20個國家的科學家們正在籌畫建造全世界最大規模的射電望遠鏡陣列，其中主要的參加國包括澳大利亞、中國、法國、德國、義大利、荷蘭、新西蘭、南非和英國等。一旦建成，它將極大的幫助科學家們對行星和恒星的形成過程，以及宇宙暗能量之謎進行探測，甚至對可能存在的外星人信號進行監聽。
巨型望遠鏡
這一設備取名“平方公里陣列”(SKA)，這得名於其巨大的信號採集面。但這並非意味著它具有1公里的天線口徑，而是採用上千台較小的天線構成陣列。
國際SKA專案負責人理查•史利茨(Richard Schilizzi)表示：“我們將採用較小的天線，直徑大約15米。理由很簡單，這樣做的成本更低，尤其當你考慮到你需要建造3000台這種天線時，就要更加注重價格問題了。”
之所以我們需要建造如此巨型的天線陣列，是因為其觀測的無線電波波段波長要遠遠長於可見光。
要保持一定的解析度，望遠鏡的口徑和所觀測波段的波長成正比，即如果其工作波段越長，則要保持高解析度，其望遠鏡口徑也必須越大。可見光波段的波長非常小，因此幾十釐米甚至幾釐米的小口徑望遠鏡已經可以獲得較高的解析度，但是無線電波波段的波長很長，這就要求望遠鏡的口徑做的非常大，才能獲取高解析度的資料。
英國曼徹斯特焦德雷爾班克射電天文臺(Jodrell Bank Radio Observatory)主管西蒙•加靈頓(Simon Garrington)解釋說：“由於波長上的差異，如果你想要獲得和光學望遠鏡媲美的解析度，你需要大概100公里口徑的射電望遠鏡。很明顯，你不可能真的去建造一台這麼大的望遠鏡，但是你可以建造許多較小的天線，並將它們連接起來協同工作。”
SKA建成後，其靈敏度將比世界上現存任何一台設備高出50倍，解析度高出100倍。
現在正有來自20個國家的科學家們在設法進行望遠鏡的建造工作。該項目預計將耗資15億歐元(約合142億人民幣)。按照計畫，工程將於2016年開工，在2020年年底前完成第一階段施工，全部工程將在2024年完成。
競爭空前
世界各國對於這一大型合作項目選址的競爭異常激烈。不過現在已經遴選出了最終入圍的兩處候選地點：南非的北角地區，以及澳大利亞西部地區。
巴尼•法納羅夫(Bernie Fanaroff)是南非專案組的主管，他解釋說：“選址中考慮最多的就是那裏的無線電干擾必須最少。附近如果有任何大功率的廣播和其他無線電信號，都會對望遠鏡陣列的工作產生干擾。這就像是讓你在白天陽光普照時觀測星星一樣。”
“因此，這裏不應該有手機信號覆蓋，不應該有很多居民，附近也不應該有小汽車開來開去。事實上，當我們進行初步測試時，那個測試員附身坐在一把塑膠椅子上時產生的振動和靜電就對設備靈敏度產生了干擾。”
建成之後，整個陣列中大約50%的望遠鏡天線將位於中央的5公里半徑內，另外的25%將外延至200公里範圍，最後的25%將延伸超過3000公里。
在南非申辦方提出的技術方案中，這些天線中一部分將位於臨近的納米比亞、莫三比克、馬達加斯加、尚比亞、毛里求斯、肯雅和加納境內。
而澳大利亞的方案中則將由一部分天線建造於新西蘭境內。澳方申辦團隊主管布萊恩•伯耶爾(Brian Boyle)告訴記者：“澳大利亞方面提出的方案中，望遠鏡陣列的核心位於默奇森射電天文臺(Murchison Radio Observatory)，那裏是地球上最偏僻的地方之一。並且澳大利亞和新西蘭一起，可以為望遠鏡陣列提供5500公里範圍內的廣泛選址餘地。”
技術先進
根據設計，SKA陣列中將包含傳統樣式的，可自由轉動的望遠鏡，從而指向天空中任意一片天區進行觀測。
但另外一些天線則將採用平板設計，而沒有傳統的那種抛物面天線外形。它們將構成相位排列，借助複雜的電子技術，它們可以不用轉動而迅速鎖定天空中的某一點進行快速反應的觀測活動。
克裏斯•山頓(Chris Shenton)是英國專案組的負責人，來自焦德雷爾班克射電天文臺。他補充道，這樣的設計還能讓天線同時對幾個不同的天區進行觀測。
他說“事實上我們可以想觀測幾個天區就觀測幾個天區，這就意味著我們可以同時進行多個任務的工作。舉個例子，我們可以在進行大範圍巡天觀測的同時對其中的某個天區進行詳細的觀測。”
不過，將這麼多台天線精確的鏈結起來可不是一件那麼容易的事。比如，信號的校準精度必須達到十億分之一秒，而採用的光纖長度足可以繞地球兩圈。並且必需借助超級電腦對各台電腦之間的資料進行即時的校準。但是一旦開始運行，每一台天線每秒將產生大約20G的資料，一般的電腦電腦硬碟在幾分鐘內就會被填滿。因此，正如理查博士所說的：“我們需要超級電腦。事實上，根據我們初步的估算，我們將需要這個星球上最強大的電腦才能勝任這裏的運算量。”
寄予厚望
這台望遠鏡陣列投入運行後，將有望幫助天文學家們解答一系列重要的問題。包括行星是如何形成的？引力波如何影響宇宙大尺度結構？以及，宇宙中最早的一批星系是如何產生的？
而來自英國牛津大學的斯蒂夫•羅靈斯(Steve Rawlings)則很希望這一設備能幫助理解暗能量的本質。
“SKA是一台強大的時間機器。當你用它觀測遙遠的宇宙深處時，你事實上正目睹宇宙年輕時的樣子。這樣一來，你就可以觀測到宇宙的膨脹歷史。”
根據現有的宇宙理論，暗能量正導致宇宙加速膨脹，而如果我們能描繪出暗能量的分佈地圖，我們或許就能瞭解這究竟是什麼東西。
SKA專案科學家約瑟夫•拉齊奧(Joseph Lazio)來自美國宇航局噴氣推進實驗室。他關心的問題更加扣人心弦：能否用SKA設備來幫助搜尋外星人發出的信號？
他說：“只有借助SKA這樣規模的設備，我們才能有足夠的靈敏度曲探測圍繞遙遠恒星運行的微小行星世界發出的微弱無線電信號。或許50年之後我們會說，是的，我們發現了另一個外星技術文明世界。”
而布萊恩對它也充滿信心：“SKA將是真正的革命性的科學設備。它將取得我們聞所未聞的重大發現。”
現在最新的消息是：英國焦德雷爾班克射電天文臺已經擊敗來自荷蘭和德國的競爭對手，被選為SKA設備的全球總部，全面負責該專案的協調運行。而明年，國際社會將最終決定SKA陣列的最終選址地點。