世界巨眼！全球最大射电望远镜SKA开建：中国参与设计建造

据央视新闻报道，中方参与的平方公里阵列射电望远镜南非台址近日正式动工。

平方公里阵列射电望远镜是由全球多国合作建造的世界最大规模综合孔径射电望远镜，因接收总面积约1平方公里而得名。

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该项目有望帮助人类填补对于宇宙基本认知的空白，在引力波、极端环境中检测爱因斯坦相对论、宇宙演化历程等研究领域发挥重要作用。

这将是全球最大规模综合口径射电望远镜项目，被英国广播公司称为“21世纪最伟大的科学项目之一”，也被称为“世界巨眼”，预计2028年建成。

需要注意的是，它并非单台望远镜，而是一个望远镜网络，由2500面直径15米的碟形天线以及250组低频和中频孔径阵列组成。

据海外报道，SKA迄今为止的总支出略低于5亿欧元（约合人民币36.6亿元），而预计最终建设完成的预算为20亿欧元（约合人民币146.5亿元）。

作为SKA主要发起国和成员国，中国SKA清晰的科学目标和发展路线图已经确立。

未来10年，中国SKA科学团队将围绕宇宙再电离探测，脉冲星搜寻、测时和引力理论检验等10个科学方向开展研究和攻关。

世界上最大的射电望远镜正式开建，为什么这些超级工程都诞生在中国？

有“天眼”之称的球面射电望远镜，是目前世界上在建的口径最大、最具威力的单天线射电望远镜，拥有约30个足球场大的接收面积。与德国波恩100米望远镜相比，灵敏度高出了大约10倍。

据新华网报道，我国500米口径球面射电望远镜(FAST)工程的重要设备——反射面单元面板下线。20日，第一批单元总数量1000个面板正式发运贵州，预计22日进行现场拼装。

据介绍，反射面面板是决定FAST探测威力和探测精度的核心要素。反射面单元是主动反射面系统的重要组成部分，由中国电子科技集团公司设计制造。

总面积达25万平方米的反射面看起来像一口超级“大锅”。这口“大锅”会动。FAST最大的特点是索网结构可以随着天体的移动自动变化，带动索网上活动的4450个反射面板产生变化，足以观测到任意方向的天体。

面板单元技术负责人、中国电子科技集团公司54所天伺部副主任郑元鹏告诉记者，这口“大锅”是口名副其实的“变形金锅”。面板中反射面单元为三角形，反射面单元在球面上所处的位置不同，其几何尺寸、倾斜角度、支承点位置、荷载大小和方向等都不相同。4450个边长在10.2米至12.4之间的反射面单元种类就近400种，而一个发射面单元又由100个“形态各异”的更小的单元拼接而成。

郑元鹏说，科研人员将根据索网节点坐标数据以及单元的安装尺寸要求，采用参数化设计方法，准确高效地给出每种单元的尺寸数据，构件数量达上百万件的单块子单元的表面精度最终能够控制在1毫米以上。正因为如此，4450个反射面每一个都可以进行对焦，灵敏度可达美国Arecibo望远镜的2倍。

中国电子科技集团公司产业部主任杨定江表示，FAST的设计技术方案除了在观测中性氢线及其他厘米波段谱线，开展从宇宙起源到星际物质结构的探讨、对暗弱脉冲星及其他暗弱射电源的搜索、高效率开展对地外理性生命的搜索等6个方面实现科学和技术的突破外，还将作为一个多学科基础研究平台，有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘，观测暗物质和暗能量，寻找第一代天体。

“FAST有能力将深空通讯延伸至太阳系外缘行星，将卫星数据接收能力提高100倍。”杨定江说。
射电望远镜的由来
两百多年前，人们认为从宇宙天体传来的唯一信息就是光。后来，英国的赫歇耳在测量太阳光谱时，发现在光谱的红端之外，也就是没有阳光的地方，温度竟然比可见光之处的温度还高，赫歇耳把这种热线叫做“看不见的光线”，现在我们知道，它叫“红外线”。

接着，人们又发现了看不见的“紫外线”。慢慢地，科学家逐渐意识到，除了可见光，宇宙天体还向我们传来一种看不见的信息。等到麦克斯韦建立完整的电磁学理论后，人们才彻底清楚：原来可见光只是一种电磁波，而在长长的电磁波谱上，可见光只占据极小的一部分。
既然可见光能带来宇宙的信息，那么可见光之外的电磁波肯定也能。

1924年，科学家在测量地球电离层的高度时，发现一个奇怪的现象：凡是波长短于60米的电磁波穿过大气层的电离层时，全都一去不返，没有反射回来。于是，人们认识到，既然波长短于60米的电磁波能从地球毫无遮挡地冲向宇宙，那么，从宇宙深处传来的，波长短于60米的电磁波同样也能穿过厚厚的大气层来到地球——这就是一个观察宇宙的无线电窗口。
1931年，美国贝尔实验室的央斯基用天线阵接收到了来自银河系中心的无线电波。后来，美国人格罗特-雷伯建造了一架口径9.5米的天线，并在1939年也接收到了来自银河系中心的无线电波，从此，射电天文学诞生了。

射电望远镜观测宇宙示意图。射电望远镜可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。包括收集射电波的定向天线，放大射电信号的高灵敏度接收机，信息记录﹑处理和显示系统等。

上世纪60年代，天文学取得了4项非常重要的发现，分别是脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射和星际有机分子，而这四大发现都与射电望远镜有关。
为什么口径越大越好？
天文望远镜的分辨率跟望远镜的口径有关，在接收同样波长的电磁波时，望远镜的口径越大，分辨率就越高。这就是为什么，射电望远镜越做越大。

1955年，英国在曼彻斯特的焦德雷尔班克观测站建成可转动的洛弗尔射电望远镜，它的直径为76米。
1972年，德国在波恩市西南大约40公里的一个山谷中，建成了当时世界最大的全向转动射电望远镜，其抛物面天线直径达100米。
1963年，美国在中美洲波多黎各岛上建成阿雷西博射电望远镜。阿雷西博射电望远镜是固定在山谷当中的单口径球面天线，口径305米，这是目前世界上最大的单面口径射电望远镜，后扩建为350米。

世界上最大的射电望远镜是个什么样的望远镜？

与光学望远镜一样，射电望远镜的性能与它的孔(直)径大小密切相关。
早在1997年，中国科学家就有了要建造世界上最大的单镜面射电望远镜的设想。

这台射电望远镜将建在贵州省南部某个喀斯特地形深山中的一个现成的山谷。它将由2000块反射面拼组而成，每块的大小是15米×15米。
国际天文学界希望，这台“巨无霸”建成后，能帮助地球人接收到某种来自“地外文明”的信号，并揭开宇宙起源之谜。
2006年3月18日，“国际1平方千米列阵(SKT)射电望远镜选址工作组”在贵州省普定县尚家冲进行了实地考察，这是一个占地面积为200个足球场的国际性项目，贵州喀斯特洼地适合于球反射面形望远镜阵的建设。

包括中国在内的参与国已提出了5种实现1平方千米列阵射电望远镜的工程方案。根据中国的方案，将在一个直径500米的喀斯特洼地上，铺设由计算机随时调整方位的小球面块，形成一个完整的旋转抛物面，使望远镜有效照明口径达到300米、接收面积达到1平方千米。该项目的投资估计要3800万美元，如果一切进展顺利，它将于2020年建成并投入使用。

全球最大望远镜7月建造，灵敏度达天眼的50倍，能发现外星人吗？

人类 探索 宇宙的主要工具就是望远镜，一般的光学望远镜只能检测光学波段的信息，主要是用来观测天体的结构以及分布等。而射电望远镜的出现，将能观测到的频谱宽度显著加大了。

一般而言，射电望远镜口径越大，能够接收到的信号越强，也就能够接收到越遥远宇宙空间天体的射电信号。之前阿雷西博望远镜的直径达350米，就口径而言排名第二。 不过因为过了使用年限，年久失修，这个射电望远镜也于2020年12月倒塌。中国的“500米射电望远镜”虽然是近年才建造完成投入使用的，但它的出现刷新了射电望远镜的记录，无疑能堪称全球最大望远镜。

“天眼”的直径达500米，地球上很难再找到一个能修建更大口径射电望远镜的地方，不过并不意味着这就是人类修建的射电望远镜的极限了。据报道全球最大射电望远镜在7月动工，建造时间将持续到2029年，这个望远镜的探测灵敏度达到了中国天眼的50倍。这个项目造价很高，是多国共同参与的建造项目，中国也参与其中。

这样一个新的射电望远镜并不是像中国天眼那样，由一个接收装置组成，而是由数量众多的天线共同组成。按照建造计划的规划，将在南非建造197个碟形天线，天线直径15米，澳大利亚也将建造131072 根“树状”天线。 两地的天线接收射电信号存在频段差异，碟形天线是用来接收中高频信号，“树状”天线接收低频信号，其能够接收70MHz到25GHz频率范围内的信号。

更宽的频段意味着能发现更微弱的电磁信号，比如说中性氢原子微弱能量变化发射的谱线。和单一接收天线相比，这个巨型天线阵列一次性接收到的数据更多，一秒能够获得13TB的数据。不过很多数据都是重复的，处理数据就成了关键。

要说这个望远镜的分辨能力，跟中国天眼相比谁更强一些，就可能取决于要接收的信号类型。 单一口径的射电望远镜自然有其优势，它能够同时处理更大面积的信号，对同一个信号源的信号分辨力更强。而将数量庞大的天线组成阵列，则能发现更微弱的信号。但对于同一个信号源进行信号区分，性能就没有那么强了。

射电望远镜在区分信号细节上并没有太大意义，因为电信号难以传达整体的信息。 要观测系外行星，还是得依靠更大口径光学望远镜。光学望远镜成像性能更好，口径越大就能获得目标天体更细致的成像情况。中国已经有了最大口径射电望远镜，为何还要参与这项计划呢？或许是两者在建造上和数据处理上存在差异，参与其中能够积累很多相关经验。

即使没法获得更多实用的观测数据，也能推动相关技术的发展。 射电望远镜还是发现外星文明的重要工具，越灵敏的望远镜，越能检测到微弱的信号。电磁信号在太空中衰减速度很快，如果外星文明存在，就可能向宇宙发射了电磁波，小口径的望远镜自然难以发现痕迹。这样来看，全球最大望远镜建成后将推动人类寻找外星文明的进程。

投资6个亿建造的全球第一望远镜“中国天眼”，如今都探索到了什么？

“中国天眼”目前为止如今都探索到了什么？
全世界最大的射电望远镜“中国天眼”，历时22年建成，于1994年由科学家南仁东和他的研发团队提出了天眼的构想和建造，直到2016年的时候才建设完成，并于2020年正式投入使用！
“中国天眼”不仅可以观测到宇宙中的脉冲星，还可以巡视到宇宙中的基石。曾经参与天眼设计的设计师王启明就说过：“天眼不仅可以研究宇宙大尺度的物理学，而且还可以探索宇宙的文明起源”等等。

还有就是我们还可以基于天眼的强大功能，来观测地球以外的银河系，如果说这个世界真的存在外星人的话，那这些所谓的外星人的信息就很有可能会被天眼所探测和发现到。因为在这之前，就曾有国际科研项目的科学家向我国提出，希望“中国天眼”越来越发达，而在这期间再加装一些高科技的设备，然后合作一起寻找外星人的踪迹。
所以到目前为止，截至2020年3月份，“中国天眼”已经发现了100颗以上的优质脉冲星候选体了，相信未来我们还将会发现更多的脉冲星和地球以外的新物种等等。
中国天眼发展之路
南仁东在1994年的时候，抱着一个试试看的心态就这么踏上了世界上最大的射电望远镜“中国天眼”建设之路。

一开始对于南仁东来说，想法往往是简单的，但真的要去做的话，并不是那么的容易！然而就是这么一个看似不可能完成的任务。从天眼的选址开始，最终他们找到了一个最为合适建望远镜的地方，而这个地方就是从众多选址中千挑万选选出来的一个好地方：贵州平塘。此时选址的难题算是解决了。

但对于南仁东和他的团队来说，光是选址和研究自己就用了整整13年的时间。而且在这期间他们是没有任何的退路可言的，就算是遇到问题自己也要学会去一个个的解决掉。然而想要解决这些困难的问题，南仁东唯一的办法就是坚持和努力，以及研究新的技术。

最终“功夫不负有心人”！在2016年9月的时候，随着“中国天眼”建造成功的新闻一出，这时也让全国的人民都认识了这个伟大的科学家南仁东，和自己用了22年的人生铸就出来的射电望远镜。