南非科技部長(zhǎng)娜萊迪·潘多爾5月25日在比勒陀利亞宣布，南非和澳大利亞共同獲得平方公里陣列天文望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目承辦權(quán)。這標(biāo)志著歷時(shí)9年的選址競(jìng)爭(zhēng)落下帷幕，世界最大天文望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目從此開始進(jìn)入建設(shè)階段。
探尋宇宙的奧秘
平方公里陣列天文望遠(yuǎn)鏡（SKA）是多個(gè)國(guó)家的科學(xué)家們籌劃建造的迄今為止全世界最大規(guī)模的射電望遠(yuǎn)鏡陣列，也是最大的天文學(xué)國(guó)際合作項(xiàng)目。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)劃，SKA將采用三種類型的無(wú)線電波接收天線陣列，即高頻碟形天線陣列、中頻孔徑天線陣列和低頻孔徑天線陣列，覆蓋頻率從70兆赫茲至10000兆赫茲。其中高頻碟形天線陣列由3000多個(gè)直徑為15米左右的碟形天線組成。這些天線在中心區(qū)域?qū)⒊矢呙芏扰帕?，然后沿?條向外擴(kuò)展的螺旋臂，按對(duì)數(shù)規(guī)則排列，離中心越遠(yuǎn)，密度越低。最遠(yuǎn)的天線離中心的距離將超過(guò)3000公里。
SKA建成后，所有天線匯集起來(lái)，組成了一個(gè)超級(jí)射電望遠(yuǎn)鏡，其信號(hào)采集區(qū)域與一個(gè)面積為1平方公里的碟形天線相當(dāng)，平方公里陣列天文望遠(yuǎn)鏡因此得名。其靈敏度將比世界上目前現(xiàn)有的天文望遠(yuǎn)鏡高出50倍，分辨率高出100倍，掃描速度也將提高1萬(wàn)倍。SKA甚至可以捕捉到距離50光年以外的一個(gè)機(jī)場(chǎng)雷達(dá)信號(hào)。SKA陣列中包含有可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的望遠(yuǎn)鏡，因此它可以對(duì)天空中任意一片區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)，還能夠同時(shí)掃描多個(gè)區(qū)域。
SKA項(xiàng)目將會(huì)成為科學(xué)家研究天文學(xué)、物理學(xué)以及宇宙學(xué)的有力工具。它將幫助天文學(xué)家探究宇宙大爆炸后最初的恒星及星系的演化信息，暗能量如何加快了宇宙膨脹，宇宙磁力的起源與演化，重力的本質(zhì)，甚至尋找地球以外的生命等等。
前所未有的挑戰(zhàn)
組成SKA的每一個(gè)天線都將通過(guò)光纖與數(shù)據(jù)處理中心連接，所需光纜數(shù)量連接在一起的長(zhǎng)度可繞地球兩周。每個(gè)碟形天線每秒鐘將產(chǎn)生1600億比特的數(shù)據(jù)，而中、低頻孔徑天線陣列每秒鐘更是將產(chǎn)生數(shù)千萬(wàn)億比特的數(shù)據(jù)量，是目前全球互聯(lián)網(wǎng)流量的100倍還多。對(duì)如此多的海量信息進(jìn)行處理和篩選也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。科學(xué)家稱，必須要有一臺(tái)每秒運(yùn)行速度達(dá)到10萬(wàn)萬(wàn)億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)才能滿足需求，這比目前世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)還要快出10倍。
另外，要使分布在數(shù)千公里范圍內(nèi)的幾千個(gè)天線同步工作，對(duì)時(shí)間的精度要求極高。對(duì)高頻天線來(lái)說(shuō)，時(shí)間精度必須達(dá)到皮秒級(jí)（1萬(wàn)億分之一秒）。
SKA項(xiàng)目預(yù)計(jì)建設(shè)費(fèi)用為15億歐元，建成后每年的運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用估計(jì)需要1億至1.5億歐元。按照計(jì)劃，2012年完成選址工作；2013年至2015年為詳細(xì)設(shè)計(jì)和預(yù)建設(shè)階段；2016年至2019年建設(shè)一期工程，并于2020年開始運(yùn)行；2018年至2023年建設(shè)二期工程，并于2024年開始運(yùn)行。
來(lái)自南半球的競(jìng)爭(zhēng)
來(lái)自太空的電磁信號(hào)非常微弱，要讓SKA充分發(fā)揮作用，建在哪里至關(guān)重要。SKA的選址至少要滿足兩個(gè)條件：一是必須遠(yuǎn)離無(wú)線電波干擾，二是有足夠平坦、空曠的場(chǎng)地來(lái)安裝數(shù)千個(gè)天線。其他要考慮的因素包括當(dāng)?shù)責(zé)o線電靜默區(qū)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、建設(shè)區(qū)域的地理特點(diǎn)、長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通情況、運(yùn)營(yíng)和建設(shè)費(fèi)用、工作環(huán)境和政治因素等。
經(jīng)過(guò)SKA專家的評(píng)審，澳大利亞和南非進(jìn)入最后的角逐，兩國(guó)為爭(zhēng)取SKA項(xiàng)目做出了不懈的努力。
南非2008年通過(guò)《天文地理優(yōu)勢(shì)法案》，對(duì)SKA計(jì)劃落戶的北開普省卡魯?shù)貐^(qū)實(shí)施法律保護(hù)，對(duì)該地區(qū)的人為活動(dòng)和電磁信號(hào)進(jìn)行嚴(yán)格約束。為了給SKA項(xiàng)目做前期技術(shù)準(zhǔn)備，南非從2004年開始推出MeerKAT項(xiàng)目——一個(gè)由64個(gè)直徑為13.5米的碟形天線組成的陣列，預(yù)計(jì)在2016年全部完成。為了克服南非地理面積小的局限，南非聯(lián)合博茨瓦納、加納、肯尼亞、馬達(dá)加斯加、毛里求斯、莫桑比克、納米比亞和贊比亞8國(guó)共同申請(qǐng)，并得到了非盟的支持。