作者:唐一尘 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/8/2 16:58:49
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大型射电望远镜瘦身
“蜗居”天线将影响观测能力

澳大利亚平方阵列探路者望远镜在测试天线技术。图片来源:Alex Cherney

目前设计中的世界上最大的射电望远镜将按比例缩减,以节省资金。但天文学家表示,这可能影响该望远镜寻找早期宇宙之谜的能力。

这个名为平方公里阵列(SKA)的望远镜,其敏感度是当前设备的50倍,计划花费数十亿美元经费。它的最终设计方案计划在非洲设置2000个碟形天线,以及在澳大利亚设置百万量级的天线,其光线收集区约有1平方公里,它也因此而得名。

据悉,SKA的建设将分为两个阶段,SKA1阶段和SKA2阶段。SKA1预计将在 2023 年于南非和澳大利亚完成;SKA2将在SKA1完成后开始并将项目扩展到非洲其他国家/地区,同时澳大利亚的项目部分也将得到扩展。

尽管2013年该项目就曾略微“瘦身”,变成现在的南非建设194个碟形天线和澳大利亚的13万个天线。但今年3月,SKA董事会宣布,该项目还必须想办法减少约20%的经费,即便如此,仅SKA1建设阶段项目总投入就高达约6.5亿欧元。

而这也是南非、澳大利亚、加拿大、中国、印度、意大利、新西兰、瑞典、荷兰及英国等10个资助国家设置的经费上限。在近日于荷兰举行的SKA会议上,董事会决定为节约成本,将按比例缩减SKA1的计算机处理能力,并让天线和碟形天线更紧凑。

这一新决定引起了天文学家极大关注。将望远镜的部件安装在一个更小区域意味着分辨率的丧失,这可能让SKA1无法捕捉到精美的细节。中国电子科技集团公司第54研究所首席专家、SKA天线项目总设计师杜彪介绍,在SKA的11个工作包里,天线工作包是其中最主要、最核心的部分,在50MHz-20GHz的SKA观测频谱中,占据从350MHz-20GHz的观测频谱。

美国国家射电天文台台长、天文学家Tony Beasley表示,在大多数情况下,这一变化将不会严重影响SKA的科研项目。但荷兰内梅亨大学天文学家Heino Falcke认为,这可能会影响该望远镜观测大爆炸后数亿年里发射的微弱信号的能力。那时,宇宙中开始出现恒星和星系,并开始发光。

这些低频无线电波能被位于澳大利亚的天线捕获。而出于削减经费的考虑,这些天线簇将被分散安置于相距不超过40公里的地点,而非之前的65公里。Falcke表示,这样一来,SKA的分辨率会变差,将难以抵御银河系噪音干扰捕捉低频无线电波。

6月,相关人员曾在英国曼彻斯特召开会议向天文学家咨询有关问题。自那时起,天文学家也日益担忧澳大利亚天线蜗居在一起会产生过大影响。因此,SKA组织总干事Philip Diamond表示,这可能并非最终决定:SKA工作组仍然在进行模拟工作,以确定这一变化可能的影响。

不过,南非西开普敦大学天文学家Roy Maartens表示,一旦天线开始建设,彼此间的距离就难以调整。但如果SKA董事会能在未来2年找到其他额外经费,那么设计方案就不用再变了。

Diamond提到,例如,将天线簇的间距调整到更合适的50公里,将只需要增加1400万欧元。“我们目前的首要任务就是弄到更多的钱。”他说。

不过,Falcke表示,天文学家不太担心计算能力的下降——从260千万亿次到50千万亿次。尽管这意味它将需要更长时间处理数据,但将SKA1的观察结果转化为图像的限制因素将会消除软件和算法的初始问题。他说,不管怎样,等到开始分选工作时,该项目将升级使用新一代计算机。

欧洲长基线干涉测量联合研究所所长、天文学家Huib Jan van Langevelde认为,经费削减是一个“明智的妥协”,这让资金更灵活可用。“底线是SKA1仍将继续进行科学转化工作。”Maartens说。

Diamond则希望更多国家能加入SKA项目并注入额外资金,或者现有成员国愿意提供更多经费。但一些天文学家并不认为这些情况会出现。2014年,德国就因负担过重从SKA项目中退出。按照估计,在SKA1建设需要的6.5亿欧元资金中,德国将贡献几千万欧元。

在SKA董事会决定如何改变设计方案以削减经费后,建设工作将在2019年中旬开始实施。但SKA仍缺乏一个政府间组织运行相关工作。Diamond表示,相关协议提出今年将准备建立此类组织,而且在工程开工前,所有成员国都需要批准该组织。

目前,SKA1为试观测阶段,为SKA2阶段奠定工程技术、经费和科学观测基础;SKA2阶段将进入大批量生产阶段,大约包含2000-3000个天线。但第一阶段后SKA经费何去何从尚无定论,但目前已初步确定将在2020年代中期进行建设。(唐一尘编译)

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