我国参建的SKA有望再现“宇宙黎明”

在澳大利亚、南非和南半球的8个南部非洲国家，世界上最大的合成孔径望远镜——平方公里阵列射电望远镜将于2020年建成。SKA计划由世界十多个国家共同建造，中国是发起国之一。目前，全球项目布局、科学准备、工程技术研发、人才培养等工作正在全面推进。在中国部署的SKA前期数据处理系统和相关科学前期研究的建设几天前在上海正式启动。

创造历史上最伟大的“天空之眼”

广阔的天空带给人类永恒的好奇心。仰望星空离不开强大的望远镜。

国际科学项目——平方公里阵列射电望远镜(SKA)，利用大量小天线会聚实现合成孔径无线电干扰成像，总接收面积为一平方公里，是人类建造的最大的望远镜。

SKA由两部分组成:130万个对数周期天线的低频阵列(位于澳大利亚西部沙漠的无线电安静区)和2500个碟形天线的中频阵列(位于南非和南部非洲的8个国家)。建成后，它将把世界上最大的射电望远镜阵列的灵敏度提高约50倍，天空勘测速度提高约10，000倍，成为历史上最大的“天空巨眼”。

平方公里阵列射电望远镜(SKA1)的第一阶段将于2020年开始建造，计划完成约10%的建造任务，包括南非的197个碟形天线和澳大利亚的130，000个低频阵列天线。

科学仪器为人类了解宇宙提供了一个重要的机会。SKA完成后，预计将揭示宇宙中诞生的第一代天体，再现宇宙从黑暗到光明的历史过程。预计它将把宇宙中最丰富的元素氢作为信使，绘制出宇宙最大的三维结构图。它有望发现银河系中几乎所有的脉冲星、超大质量黑洞的引力波，重建宇宙磁场的结构，并发现宇宙磁场的来源。它也有望揭开原始生命的摇篮，并在茫茫宇宙中找到知音...

中国的SKA科学目标和发展路线图

斯卡中国首席科学家吴向平院士表示，作为斯卡国际大家庭的一员，中国斯卡科学家团队经过广泛磋商、充分论证和顶层设计，已经确立了中国斯卡的科学目标和发展路线图。即在第一阶段，确定了两个优先突破领域和几个特色研究方向，概括为“2+1”推广策略。

两个优先领域是:利用SKA1低频阵列直接捕获宇宙中第一代天体的“再电离”，再现“宇宙的黎明”；积极参与寻找脉冲星，致力于寻找毫秒脉冲星、脉冲星-脉冲星系统、脉冲星-黑洞系统等对验证引力理论具有重要科学价值的实例。

除此之外，中国的SKA科学团队还确定了几个重要的突破方向:利用SKA极高的灵敏度和大规模天空测量的优势，对中性氢进行21厘米的宇宙学研究，揭示黑洞、星系动力学甚至宇宙大尺度结构的性质，并测试暗物质和暗能量的性质；利用SKA的快速天气观测和极高时间分辨率的优势，本文探索了“临时源”(如快速射电爆发、伽马爆发、引力波源)的物理本质，揭示了宇宙中极端天体的秘密。绘制从星云到宇宙的大尺度磁场结构，追踪宇宙各个层面磁场的起源。

吴向平表示，围绕核心科学目标的实施，中国SKA科研团队由11个科研课题组成。在中国科学院的领导下，各大学和研究机构正在共同开展广泛而深入的国际合作，特别是与斯卡公司的两个站点国家和各斯卡公司探路者协会建立战略伙伴关系，在中国斯卡公司区域中心的基础上进一步推动和建设斯卡公司亚太区域中心，汇聚世界顶尖人才，使中国成为未来斯卡公司人才最理想的国际研究中心之一。

上海开始建设SKA前期数据处理系统

在科技部国家重点研究发展计划、科学仪器专项项目的支持下，平方公里阵列射电望远镜(SKA)初步数据处理系统建设及相关科学预研究已于近日在上海正式启动。

中国科学院上海天文台项目负责人兼研究员洪小玉表示，上海天文台初步数据处理系统的建设和相关的科学前期研究分为三大主题。根据中国自建的低频望远镜阵列21CMA和澳大利亚的低频望远镜阵列MWA的测量数据，将为观测和研究SKA的主要科学目标“宇宙再电离成像”做准备。完成大视场、高动态、多波束的低频无线电干扰成像处理软件。与此同时，中国的斯卡地区中心数据处理系统的原型也将建成。

作为下一代领先的射电天文观测设施，SKA不仅肩负着培育世界级科研成果的使命，而且将产生前所未有的海量数据。据估计，在仅占总规模10%的第一阶段建设中，科学处理器所需的计算能力相当于中国超级计算机“天河二号”的8倍，相当于“神威太湖之光”的3倍。如此大量的数据在被科学家使用之前仍然需要深入的分析和处理。这些任务需要通过分布在几个大洲的区域性数据中心的合作来完成。

在中国SKA首席科学家吴湘平院士的领导下，中国SKA科学团队计划在上海建设中国SKA区域中心，主要包括一个科学中心和一个数据中心。作为世界上几个大型区域性数据中心之一，中国的SKA数据中心一方面将承担一定份额的SKA数据处理和存储的国际义务，另一方面将重点为中国乃至亚洲地区的科学用户提供必要的计算和数据存储资源及技术支持。中国的SKA科学中心将为数据中心的建设和运行提供科学指导和开发天文软件。

目前，上海天文台正在全力推进中国SKA区域中心建设，加快原型系统建设和人员培训。据上海天文台项目负责人和研究员陶安介绍，上海天文台现已与澳大利亚SKA Pilot望远镜数据中心建立了端到端的直接连接，成功开发了符合SKA数据处理特点的原型，完成了SKA核心软件的大规模集成测试，并为国际SKA区域中心的建设做出了贡献。