未來將是全球最大的陣列望遠鏡，它的出現或許能解開暗物質的謎團

來自20個國家的科學家正在進行一項巨大的工程，建造一個巨大的射電望遠鏡陣列。望遠鏡陣列覆蓋了相當於一個大陸的面積，揭示了行星、星系和暗能量誕生的奧秘，也可用於搜尋來自外星文明的信號。2030年底，巨型射電望遠鏡陣列「平方公里陣列」(以下簡稱SKA)投入使用。SKA不是直徑1000米的碟形天線，而是由多達3000個較小的碟形天線組成。「碟形天線將是橢圓形的，直徑約15米。由於成本較低，它們的建造相對簡單，」SKA項目負責人理查德?斯基里茨(Richard Skillitz)表示。

建造如此巨大的陣列的原因是無線電波的波長遠遠超過可見光的波長。位於英國曼徹斯特的喬德利班克無線電天文台e-Merlin望遠鏡陣列的負責人西蒙·加林頓說:「為了獲得與先進光學望遠鏡相同的觀測細節，需要直徑為100公里的望遠鏡。顯然，你不能建造一個100公里的望遠鏡，但是你可以建造一系列望遠鏡來達到同樣的效果，把它們連接在一起。SKA的靈敏度將是地球上最靈敏的射電望遠鏡陣列的50倍，分析能力將是後者的100倍。到目前為止，來自20個國家的參與者已經投資了15億歐元。該項目預計於2024年左右完工，但要到2030年底才能投入使用。

南非和澳大利亞位居榜首

斯卡列陣的選址競爭非常激烈，有兩個最受歡迎的方案:一個在西澳大利亞，另一個在南非北角。SKA項目南非負責人伯尼·法納羅夫(Bernie Fanarov)說:「最重要的是找到一個受無線電傳輸干擾最小的地區。」如果該地點附近有強烈的無線電信號，那就像太陽升起時在天上看星星一樣。你不想被手機信號覆蓋，也不想周圍有很多人和車。在我們最初的測試中，我們發現即使是像坐在塑料椅子上這樣的小事也會造成干擾。

在已完成的陣列中，約50%的碟形天線位於中間5公里內，25%位於外部200公里內，最後25%位於外部3000公里內。根據南非的提議，碟形天線將在納米比亞、波札那、莫三比克、馬達加斯加、尚比亞、模里西斯、肯亞和迦納建造。根據澳大利亞的提議，這個陣列將一直延伸到紐西蘭。競標負責人布萊恩·博伊爾說:「澳大利亞提出的核心場地是商業射電天文台，它位於地球上人口最稀少的地區之一。選擇澳大利亞和紐西蘭將使望遠鏡陣列能夠覆蓋5 500公里的地區。光纜的長度可以繞地球兩周SKA陣列天線包括能夠採集無線電波的傳統曲面碟形天線，其他天線為平面天線。

該陣列將以相控天線陣列的形式投入使用。由於採用了先進的電子設備，考慮到時間間隔等因素以及相同的無線電信號到達陣列的不同區域，可以在不移動的情況下直接對SKA陣列進行定向。斯卡項目籌備階段的英國負責人、喬德利班克天文台(Jodley Bank Observatory)主任克里斯?申頓(Chris Shenton)表示，這意味著望遠鏡可以同時觀測不同的方向。「我們可以根據自己的需要從多個方向觀察無線電波，這是一個優勢，同時可以進行很多實驗。」例如，我們可以研究一種無線電波並仔細觀察另一種。

然而，建立這樣一個網路絕非易事。信號同步精度必須達到1/108秒，所需光纜數也是一個報警數。連接在一起的電纜的長度可以繞地球兩周。連接完成後，計算機對每對天線進行比較。每台望遠鏡每秒產生大約20GB的數據，足以在幾分鐘內填滿最大的計算機硬碟。「我們需要有強大的數據處理能力，根據我們的估計，只有世界上最強大的超級計算機才能做到這一點，」Skillitz說。

解決一系列科學問題

SKA陣列將回答一系列科學問題，包括行星如何形成，引力波如何拉伸宇宙結構，以及第一個星系如何演化。牛津大學的Steve Lawlings甚至希望SKA陣列能解開暗能量之謎。「SKA陣列就像一台時間機器，」他說。如果你能看得更遠，你觀察到的宇宙將會更年輕，並理解宇宙的膨脹過程。暗能量似乎加速了宇宙的膨脹，我們將會發現它並有可能發現它。

美國宇航局噴氣推進實驗室的一位SKA項目科學家約瑟夫·拉齊奧希望SKA陣列將產生一個更令人興奮的發現:來自地球以外的無線電信號的發現。他說:「SKA陣列將足夠靈敏，可以探測到人為產生的無線電信號，然後在我們最近的恆星系統中發現類地行星。」也許在50年內，我們會發現另一個文明在科學技術上與我們非常接近。

SKA陣列必將在預期之內和之外產生一系列重大發現。「SKA陣列將成為一種真正革命性的科學儀器。我們會有一系列意想不到的發現。

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