经过 30 年的规划和谈判，世界最大射电天文观测台——平方公里阵列（SKA）的建设于本周开始。这个巨型仪器——将在澳大利亚和非洲广阔的场地建造——将收集天体发出的无线电信号，并有望揭示天文学中最神秘的一些问题，例如暗物质的本质以及星系是如何形成的。
周一，天文学家和当地社区将前往南非北开普省和西澳大利亚的偏远地点，与负责望远镜的政府间组织 SKA 天文台（SKAO）的官员一起庆祝这一里程碑。
“我们基本上是在为未来 50 年奠定这个仪器的基础，”位于南非开普敦的南非望远镜主管林赛·马格努斯说。“这是令人兴奋的部分——这是一个长期的遗产。”
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多年的努力
2012 年，决定最初设想的单个巨型望远镜将由两个仪器组成，一个在南非，一个在澳大利亚。天线之间的大距离及其庞大的数量意味着望远镜——分别称为 SKA-Mid 和 SKA-Low——将以前所未有的灵敏度接收无线电信号。SKA-Low 将探测 50 兆赫和 350 兆赫之间的频率，SKA-Mid 将接收 350 兆赫和 15.4 吉赫之间的频率。两者都是干涉仪，其中许多碟形天线共同充当单个望远镜。
SKA 将分阶段建造，第一阶段耗资 13 亿欧元（14 亿美元），预计将于 2028 年完成。另外 7 亿欧元已指定用于未来十年望远镜的运营成本。最终目标是在南非和非洲合作伙伴国家拥有数千个天线，在澳大利亚拥有 100 万个天线，总收集面积为一平方公里。第一阶段约占计划总项目的十分之一。
SKA-Low
位于澳大利亚的 SKA-Low 望远镜将包含约 131,000 个天线，每个天线都像一棵两米高的金属丝圣诞树。超过 500 个由 256 个天线组成的阵列将点缀在被称为 Inyarrimanha Ilgari Bundara 的红色沙地上，即 CSIRO 默奇森射电天文台。“Inyarrimanha Ilgari Bundara”是土地的传统所有者 Wajarri Yamaji 选择的名字，意思是“分享天空和星星”。
本月早些时候，Wajarri Yamaji 和澳大利亚政府注册了一项土地使用协议，允许在 Wajarri Yamaji 土地上建造望远镜。Wajarri Yamatji 社区成员德斯·蒙古说，当地人将担任遗产监护人，并在整个施工过程中陪同 SKAO 官员进行任何地面扰动。他期待着工程的开始。“一旦他们开始施工，Wajarri 人将有机会参与就业和商业机会。”
科学家们也渴望天线开始收集数据。“[SKA-Low 的] 灵敏度将使我们能够比我们迄今为止所做的任何事情更详细地观察遥远的宇宙，”位于澳大利亚悉尼的联邦科学与工业研究组织 (CSIRO) 的空间和天文学主管道格拉斯·博克说。“这尤其令人兴奋，因为我们对宇宙的最初十亿年知之甚少。”
但位于珀斯的 SKA-Low 望远镜主管莎拉·皮尔斯预测，最令人兴奋的科学将是“我们在设计望远镜时甚至不知道存在的”现象。首批四个阵列将于 2024 年开始收集数据，所有阵列将于 2028 年完成。
南非的天线
周一，还将开始准备建造首批巨型 SKA-Mid 天线。这些天线将形成一个由 197 个天线组成的集合，延伸约 150 公里，位于南非干燥的卡鲁地区。其中四个将于 2024 年完工，到 2028 年将增加更多。
南非的 64 碟 MeerKAT 望远镜已经存在于该地点，并将被纳入 SKA-Mid。2022 年初，一个国际团队使用 MeerKAT 数据发布了我们星系银河系中心迄今为止最详细的图像，以及从星系黑洞发出的神秘无线电丝的图像。作为扩展项目的一部分，南非政府和德国马克斯普朗克学会正在为该望远镜增加 20 个天线。MeerKAT 将仅在其 2027 年建设结束时才被纳入 SKA-Mid。
荷兰射电天文学研究所天文学家、MeerKAT 的 MHONGOOSE 大型调查计划（研究星系形成）的首席研究员埃尔温·德·布洛克说：“SKA 将是科学上的一大进步。”SKA-Mid“将帮助我们非常详细地研究附近的星系，并直接探测到流入星系的气流以及导致恒星形成的过程”。
然而，南非射电天文台台长蓬特肖·马鲁平在开普敦说，SKA-Mid 的建设将干扰 MeerKAT 的观测。射电望远镜对车辆和通信设备发出的无线电波特别敏感。“我们将尽一切努力确保观测不会受到不应有的干扰，”她说。MeerKAT 将继续观测，直到 2027 年被纳入 SKA-Mid。
到今年年底，总部位于英国的 SKAO 已授予 5 亿欧元的建设招标。约 70% 的合同必须授予成员国的工业界。该组织目前有八个正式成员——即澳大利亚、中国、意大利、荷兰、葡萄牙、南非、瑞士和英国——法国计划加入。
本文经许可转载，并于2022 年 12 月 4 日首次发表。