下一代超级望远镜的中国机会

　　“当国人还沉浸在中国‘天眼’问世的自豪之中时，全球的射电天文学家已经着手建造下一代超级射电天文望远镜了。”

　　在5月29日举办的中国科学院学部学术年会上，中科院院士、中科院国家天文台研究员武向平上来就给大家泼了一盆“冷水”。

　　作为国际大科学工程“平方公里阵列射电望远镜”（SKA）的中国首席科学家，武向平认为，这个超级大机器带给中国的机遇不容错过。

　　没有最大，只有更大

　　作为最古老和神秘的一门自然科学，天文学的研究让无数人着迷不已。仰望星空，离不开遥望宇宙深处的望远镜。而当今世界，天文大设备已经成为一个国家综合实力的体现和重要标志。

　　2016年9月，有着中国“天眼”之称的500米口径球面射电望远镜（FAST）落成，不仅成就了中国射电天文设备未来10年的国际霸主地位，也为中国射电天文学家创造了探索宇宙奥秘、取得原创性发现的绝佳机遇。目前，FAST先后发现了50多颗脉冲星候选者，取得了中国在该领域“零”的突破，具有重要的里程碑意义。

　　然而，天文学家的雄心就像宇宙一样深远。国际学界已经试图谋划并建造下一代的超级射电望远镜，以克服单口径射电望远镜的缺陷和不足，并获得更高的灵敏度、更大的视场、更高效的巡天能力等。

　　在众多方案中，由全球十多个国家的科学技术人员共同参与和协作建造、共同运行和管理的SKA被寄予厚望。

　　武向平说：“SKA是人类有史以来建造的最庞大的天文设备，也是超越国界的全球大科学装置，将开辟人类认识宇宙的又一新纪元。”

　　作为下一代射电望远镜，SKA将以千公里的基线获得极高的空间分辨率，以纳秒级的采样获得精细的时间结构，并将产生超越目前全球互联网总量的大数据。“SKA以追求突破性科学发现为目标和动力，有望揭示宇宙中诞生的第一代天体，重现宇宙从黑暗走向光明的历史进程。”

　　SKA为何需要中国

　　SKA集传统射电天文干涉技术和现代相控雷达技术于一体，体现了诸多当代科学技术的最新和最高成就，被认为将推动全球制造、通信、计算、能源等一系列产业迅速发展。

　　SKA将分别在澳大利亚和南非/非洲八国的两个台址分阶段进行建设，第一阶段建设约10%的体量，计划在2019年开工，历时5年；第二阶段建设其余的部分，预计在2030年完成全部建设。根据这一望远镜阵列的设计规划，武向平推测，即使只完成第一阶段的目标，SKA的综合性能也将远超FAST。

　　在他看来，SKA建设和运行时间表与“2035年跻身创新型国家前列”和“2050年建成世界科技创新强国”的国家战略高度契合。中国参与SKA也是中国“构建人类命运共同体”的具体科技实践，是中国展现大国风范、承担大国责任的体现。

　　“国际SKA大家庭需要中国的加入和支持，甚至成为未来的主导和引领。”武向平说。

　　譬如，中国的制造业将为SKA奠定坚实的工业基础。武向平觉得，只有中国的工业能够支撑和保障SKA未来近3000面反射面天线制造和安装的质量和速度，中国新型的信息、通信和计算机工业也将全方位参与项目建设和运行，再次展现“中国制造”的魅力。

　　中国为何需要SKA

　　SKA的稳步崛起，给中国创造了在基础科学和高科技产业领域走向国际舞台、瞄准世界科技前沿、实现战略性基础研究、引领原创成果重大突破的机遇。

　　换言之，中国参与SKA的最大动力和终极目标，无疑是获得丰硕的科学回报。

　　作为中国迄今为止参与的第二大国际合作大科学工程，中国经过广泛征询、充分论证和顶层设计，确立了参与SKA的科学目标。

　　比如，中国科学家团队将继承从事低频射电探索“宇宙第一缕曙光”的十年经验，直接“抓捕”宇宙第一代天体诞生和再电离的身影，再现宇宙的黎明；还将积极参与脉冲星的搜寻，长期参与并逐步主导脉冲星阵列相关工作，以期成为发现超大质量黑洞及其并合过程引力波辐射的主要贡献者。

　　此外，中国的科学团队还计划建设区域数据中心，并使之逐步过渡到SKA亚太科学和数据中心以及未来的国际SKA科学和数据中心。“这样中国科学家不出国门，就能便捷使用数据产出科学成果，也将吸引国际伙伴来中国进行科学研究和交流。”武向平说。

　　当然，作为国际天文学界史无前例的革命性大科学装置，该项目在设计、建设、技术、科学、运行和管理方面都存在着风险和挑战。但这一汇集了人类在天文学、无线电、信息、通信、计算机、机械制造等领域最新科技成果的宏伟计划，在很大概率上也将主导未来50年射电天文学的发展命脉。

　　正如武向平所说：“参与SKA将是中国天文学发展的里程碑，也是中国科技发展长远的全球布局。经过充分准备的中国团队应当肩负起这个时代重任，在探索神秘的宇宙中创造奇迹。”

　　（原载于《中国科学报》 2018-05-31 第3版 学术)