寻找外星人,我们又前进了一大步!

知河北2020-07-03 12:16:09




你相信世界上有外星人吗?

其实不管有没有,人们一直在寻找。

千百年来,我们人类从未停止过探索宇宙的脚步。

虽然天文学家的观测设备越来越强大,技术也越来越先进。

然而,一些最基本的问题却仍然没有令人满意的答案。

宇宙的“第一缕曙光”在哪里?

第一个恒星和星系是如何形成的?

暗能量究竟是怎样的一种神秘力量?

当然还有小编开头提到的也是无数人渴望得到解答的那个问题:

我们在宇宙中是孤独的吗?

宇宙中还有如此多的未解奥秘,

也许,我们需要一只更加敏锐的“眼睛”。


今天下午!没错!就是今天下午。

在石家庄!没错!就在我们的国际庄,令人振奋的消息传来。

今天下午,在位于石家庄鹿泉区的中国电科54所工程现场,随着中国电科54所所长张桂华启动天线按钮,由我国主导研发、被称为“地球之眼”的国际大科学工程——平方公里阵列射电望远镜(SKA)首台正样样机(SKA-P)宣布正式出厂启动。这标志着我国在SKA核心设备研发中开始发挥引领和主导作用,并在国际大科学工程中为世界成功提供“天线解决方案”。

那么,问题来了,被称为“地球之眼”的平方公里阵列射电望远镜,该是一只怎样敏锐又神奇的“眼睛”呢?

且听小编一一道来。


“地球之眼”SKA有多神奇?

“地球之眼”SKA是一项国际大科学工程,全称叫:平方公里阵列射电望远镜,英文是Square Kilometre Array,简称:SKA。它是国际天文界计划建造的世界最大综合孔径射电望远镜,由全球多个国家出资共同建造。SKA台址位于澳大利亚、南非及南部非洲8个国家的无线电宁静区域,在约3000公里的广袤荒野中,将建设2500面15米口径反射面天线,其接收面积约1平方公里,相当于140个足球场大。从空中望去,它就像静静伏在地球表面的一只巨大“海星”,延伸着长长的“触角”,倾听来自宇宙最深处的声音。


“地球之眼”SKA有多敏锐?


今天启动的SKA-P是中国电科54所主导研制的SKA首台正样样机。在10米高的底座上,它就像一只机敏灵活的“大耳朵”,俯仰之间,可从15°到90°缓缓扫过天际;水平转动,可左右270°从容巡视天空。SKA总干事菲利普·戴尔蒙德对于这一天线给予高度评价。


这是一只精密的“大耳朵”。它包含主副两个反射面,主反射面是一个15×20米的长六边形,面积达235平方米,超过半个篮球场大,由66块曲率各不相同、边长约3米的三角型面板拼装而成,单块三角型面板精度可达0.1毫米。

这是一只灵敏的“大耳朵”。在重力、温度和风载荷影响下,其俯仰工作范围内,主反射面的精度可达0.5毫米,副反射面精度可达0.2毫米。反射面的精度直接影响天线的灵敏度,SKA-P的工作频率为0.3-20GHz。同时,它还采用高电磁屏蔽天线座架设计,实现了160dB的高电磁屏蔽指标,从而使天线能更加专注地倾听来自宇宙的声音。

这是一只强大的“大耳朵”。它采用了全数字高精度伺服驱动控制系统、高精度座架和天线结构的保型设计,实现了千分之三度的高指向精度,当接收到观测指令时,它能精确地指向待测目标。同时,分布在3000公里范围的几千面天线还能同步对准同一观测目标,并持续同步跟踪观测,实现最大接收效率,真正做到了“步调一致听指挥”的高指向一致性。


灵敏度和巡天速度是评判射电望远镜优劣非常重要的两个指标。灵敏度越高,天线就“看”得越远,探测宇宙的能力也越强;巡天速度越快,天线“扫描”和“观测”同一天区的速度就越快,工作效率也就越高。综合两方面因素,SKA建成后将成为地球上最大、最先进的科学设施,比目前最大的射电望远镜阵列——美国EVLA的灵敏度提高50倍、巡天速度提高10000倍,综合性能在本世纪至少保持30-50年的领先地位。


“地球之眼”SKA有多厉害?



今天SKA首台天线启动,标志着SKA工程即将进入建设阶段,预计未来三年将建成130台天线,最终建成后SKA将为人类认识宇宙提供了更多大的可能,有助于揭示人类共同关心的宇宙黎明和生命摇篮等科学之谜,回答关于宇宙的基本问题,解答目前困扰科学界的众多问题,如关于第一代天体如何形成、星系演化、宇宙磁场、引力的本质、地外生命与地外文明、暗物质和暗能量等。其中,关于宇宙起源、引力本质、暗物质的探索等,都是目前物理领域最前沿的问题,一旦有所突破,很有可能会诞生一批可获得“诺贝尔奖”的新理论、新成果。



天文之外的无限可能



 对全世界射电天文学家来说,SKA是一个美好的未来。但SKA能带给人类的,绝不仅仅是天文学,它还涉及无线电、信息科学、力学、机械、计算数学、系统科学、土木工程、新能源等诸多领域。

 以超级计算为例,有专家预计,SKA使用的光纤能绕地球两圈,反射面天线每次传输的数据流量相当于全球互联网的10倍,在1天内收集到的信号可以在一部iPod上播放200万年……

 这要求科学家和工程师为SKA设计开发一部能进行海量数据传输储存与处理的超级计算机,而将在其中诞生的前沿网络技术,或许会远超人们的想象。



中电科五十四所

与SKA的合作渊源


2011年,包括中国在内的7国作为创始成员国成立了SKA独立法人机构SKA组织(SKAO)。目前SKAO有10个成员国(澳大利亚、加拿大、中国、印度、意大利、新西兰、南非、瑞典、荷兰和英国),SKAO总部设在英国。

2013年,SKAO向全球发布包括基础建设在内的11个工作包任务,其中天线工作包是其中最主要、最核心的部分。  

同年,SKA反射面天线工作包联盟成立。为更好地发挥中方优势和作用,SKA中国办公室应运而生,由中国电科54所和国家天文台共同组建射电天文技术联合实验室,代表我国参与SKA反射面天线的设计研发。

2015年11月,SKA反射面天线工作包联盟在加拿大召开国际专家评审会,中国电科54所提交的SKA天线初步设计方案,因在性能、技术成熟度、工程可实施性和成本等方面的显著优势,最终被宣布为SKA后续研发唯一设计方案。从此,在SKA国际大科学工程中,我国正式从跟跑进入领跑,开始为世界提供“天线解决方案”。

2016年12月,由中国电科54所提交的SKA天线详细设计方案顺利通过评审,进入天线样机制造阶段。综合考虑天线的性能和成本,通过千百次的建模计算、结构优化、仿真测试、工艺试验,SKA首台天线具备了高性能、轻量化、低功耗、低成本、易安装、易测试、日常维护简便、使用寿命长、易批量生产和运输的特点,体现了我国在天线领域的技术优势、智慧和能力。

2017年10月,由于我国在SKA反射面天线中的突出贡献,在多国的激烈竞争博弈中,我国射电天文技术联合实验室成为SKA反射面天线工作包联盟的牵头单位作,全面领导SKA工程核心设备研发,体现了我国在射电天文领域的技术创新和突破。


来源:河北新闻联播、SKA、中国电科54所

记者:任建军、米弘钊

编辑:来淮

主编:刘磊、晓明

监制:朱湘鹤、刘新艳



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