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平方千米陣

平方千米陣（英語：Square Kilometre Array，縮寫為SKA）是一個政府間國際無線電望遠鏡項目，正在澳洲（低頻）和南非（中頻）建造。 合併基礎設施、平方千米陣列天文台 (SKAO) 和總部位於英國的卓瑞爾河岸天文台。 SKA核心正在南半球建造，因為銀河系的視野最好，無線電幹擾也最少。

平方千米陣
Artist's impression
基本資料
位置Meerkat National Park[*]、穆爾奇森無線電天文台[*], 南非、澳大利亞
座標30°43′16″S 21°24′40″E / 30.72111°S 21.41111°E / -30.72111; 21.41111 and 26°41′49.3″S 116°37′52.6″E / 26.697028°S 116.631278°E / -26.697028; 116.631278
建築1期 2018年-2023年
2期 2023年-2030年
[1]
啟用2027年 (projected)
望遠鏡型式電波干涉儀[*]、相位陣列
集光面積1 平方千米
www.skao.int
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平方千米陣計劃是計謀劃中的下一代巨型射電望遠鏡陣列，工作在0.10–30GHz的波段，有效接收面積可以達到大約1平方公里，靈敏度將比目前世界上最大的射電望遠鏡還要高50倍。平方千米陣將由上千台天線組成，其中有一半天線位於中央直徑5公里的區域內，另有四分之一的天線散布在周圍150公里的區域內，其餘的分布在大約3000公里的範圍內，呈螺旋形排列。平方千米陣預計能夠探測到宇宙大爆炸之後第一代恆星和星系形成時發出的電磁波、揭示磁場在恆星和星系演化過程中的作用、探測暗能量產生的種種效應，甚至有人希望能夠接受到地外智慧生命發出的無線電信號。

平方千米陣計劃始於1993年。在國際無線電科聯在日本京都舉行的大會上，10個國家的天文學家聯合提議建造接受面積為1平方公里的巨型射電望遠鏡陣。初期選址有澳大利亞、南非、中國、阿根廷四個國家參加了角逐。2006年9月，中國和阿根廷的方案分別由於地理條件以及電離層不穩定而遭到否決[2]。澳大利亞和南非因良好的無線電環境成為最後的候選者。澳大利亞的候選台址位於其西部，距離米卡薩拉（Meekatharra）大約100公里，南非候選站址位於北開普省的卡魯盆地，距離卡那封（Carnarvon）大約95公里，部分天線將位於博茨瓦納、納米比亞、莫桑比克、馬達加斯加、毛里求斯、肯尼亞、加納等周邊國家。

平方千米陣計劃將於2008年左右選定最終建造地點，2010年開始建造，2015年試運行，2020年開始全面運行。整個項目預計將耗資16億美元[3]。

2012年5月25日，計劃團隊原定於2016年開始在南非、澳洲等地興建平方千米陣[4]。但在多次延期和費用上升之後，加上預期計劃不會在當地有基建工程[5]。2019年3月12日，澳大利亞、中國、意大利、荷蘭、葡萄牙、南非、英國共七個創始成員國在羅馬簽署SKA天文台公約[6]。新西蘭政府於2019年7月4日宣布退出本計劃[7]。2021年8月31日，中華人民共和國批准《成立平方公里陣列天文台公約》[8]。

歷史

平方公里陣列 (SKA) 最初構思於 1991 年，並於 1993 年成立了一個國際工作小組。這導致了 2000 年第一份協議備忘錄的簽署。[9]

在規劃初期，中國競相主辦SKA，提議在西南省份的天然石灰岩窪地（喀斯特地形）中建造幾個大型碟形天線； 中國將他們的提議命名為"平方公里射電合成望遠鏡"（Kilometer-square Area Radio Synthesis Telescope, KARST）。[10][11]

 
位於卓瑞爾河岸的平方公里陣列 (SKA)總部，背景是洛弗爾望遠鏡。

2011年4月，英國柴郡曼徹斯特大學卓瑞爾河岸天文台(Jodrell Bank Observatory)被宣佈為計畫總部所在地。 2011年11月，平方公里陣列 (SKA)組織作為一個政府間組織成立[12]，該計畫從合作轉變為獨立的非營利公司。[13]

先驅設施、探路者和設計研究

許多團體正在全球致力於開發 SKA 所需的技術和流程。 他們對國際 SKA 計畫的貢獻可分為：先驅設施、探路者或設計研究。

  • 先驅設施：位於兩個 SKA 候選地點之一的望遠鏡，正在進行 SKA 相關活動。
  • 探路者：執行 SKA 相關技術、科學和操作活動的望遠鏡或計畫。
  • 設計研究：對 SKA 設計的一個或多個主要子系統的研究，包括原型的構建

先驅設施

 
CSIRO在西澳大利亞 MRO 的ASKAP天線

澳大利亞平方千米陣探路者

主條目：澳大利亞平方千米陣探路者

澳大利亞平方千米陣探路者 (ASKAP) 是一個耗資 1 億澳元的項目，建造了一個由 36 個 12 公尺天線組成的望遠鏡陣列。 它採用先進的創新技術（例如相控陣饋源）來提供寬廣的視野（30 平方度）。 ASKAP 是由聯邦科學與工業研究組織 (CSIRO)在默奇森射電天文台(MRO)站點建造的，該站點位於西澳大利亞中西部地區的布爾迪(Boolardy)附近。 全部36個天線及其技術系統已於2012年10月正式啟用。[14]

MeerKAT

 
卡魯 Meerkat National Park 的 MeerKAT 望遠鏡
主條目：MeerKAT

MeerKAT是南非北開普省卡魯地區的一個項目，由 64 個直徑 13.5 公尺的碟形陣列組成，是世界一流的科學儀器，也是為了幫助「平方千米陣」(SKA) 開發技術而建造的。

默奇森寬場陣列 (MWA)

默奇森寬場陣列（英語：Murchison Widefield Array）(Murchison Widefield Array, MWA)[15]是一個工作頻率範圍為 80-300 MHz 的低頻射電陣列，於 2018 年開始在西澳大利亞默奇森射電天文台站點升級運作。

探路者

艾倫望遠鏡陣

主條目：艾倫望遠鏡陣

加州的艾倫望遠鏡陣使用創新的 6.1m 偏移格里高利碟形天線，配備寬頻單饋源，覆蓋頻率從 500 MHz 到 11 GHz。 到 2017 年，投入運作的 42 元件陣列將擴展到 350 個元件。[何時？] 碟形設計探索了低成本製造方法。[21]

低頻陣列

主條目：低頻陣列

國際低頻陣列(Low-Frequency Array, LOFAR)望遠鏡是一個由荷蘭主導的耗資 1.5 億歐元的項目，是一個遍布北歐的新型低頻相控孔徑陣列。 它是一款覆蓋 10 至 240 MHz 低頻的全電子望遠鏡，於 2009 年至 2011 年上線。

設計研究

項目風險與反對

南非優先天文地點的潛在風險受到2007年《天文學地理優勢法案》的保護[22]。 該法案專門支持南非 SKA 申辦，禁止所有可能危及核心天文儀器科學運作的活動。 2010 年，當荷蘭皇家殼牌公司申請使用水力壓裂法勘探卡魯地區頁岩氣時，人們對執行這項法律的意願提出了擔憂，這項活動可能會增加該地點的無線電幹擾。[23]

平方千米陣的科學目標

平方千米陣選擇了以下五個主題作為其主要項目。[24]

參考文獻

  1. ^ The project timeline. SKA Organisation. [2014年10月28日]. （原始內容存檔於2014年10月28日）. 
  2. ^ Jodrell Bank News Release, 2006年9月28日
  3. ^ Amos, J. Nations vie for giant telescope, 2006年9月28日, BBC新聞.
  4. ^ 平方千米陣網站. [2012-05-28]. （原始內容存檔於2012-05-28） （英語）. 
  5. ^ Australia - SKA Telescope. SKA. 2014 [22 May 2014]. （原始內容存檔於2014-06-15）. 
  6. ^ 中国等七国正式签署平方公里阵SKA天文台公约. [2021-09-05]. （原始內容存檔於2021-09-05）. 
  7. ^ 新西兰宣布退出平方千米阵. Solidot. 2019-07-05 [2019-07-05]. （原始內容存檔於2019-07-05） （中文（簡體））. 
  8. ^ 中国SKA正式启动！. [2021-09-05]. （原始內容存檔於2021-09-05）. 
  9. ^ SKA Timeline - SKA UK. [2024-04-08]. （原始內容存檔於2022-05-18）. 
  10. ^ Nan, R.; et al. Kilometer-square Area Radio Synthesis Telescope—KARST (PDF). 16 June 2002. （原始內容存檔 (PDF)於5 October 2016）. 
  11. ^ Su, Yan; et al. An Optimal Design of Array Configuration of KARST for SKA (PDF). Acta Astronomica Sinica. Feb 2003, 44: 31. Bibcode:2003AcASn..44S..31S. （原始內容存檔 (PDF)於3 March 2016）. 
  12. ^ First country has approved participation in constructing the largest telescope the world has ever known. 20 August 2019 [2024-04-08]. （原始內容存檔於2023-11-21）. 
  13. ^ The organisation. SKA Organisation. [21 May 2012]. （原始內容存檔於4 September 2012）. 
  14. ^ Osborne, Darren. Outback observatory open for business - ABC News (Australian Broadcasting Corporation). ABC News (Abc.net.au). 5 October 2012 [7 October 2012]. （原始內容存檔於7 October 2012）. 
  15. ^ MWA - Home. www.mwatelescope.org. [1 February 2017]. （原始內容存檔於31 January 2017）. 
  16. ^ Tom Osterloo; Marc Verheijen & Wim van Cappellen. The latest on Apertif (PDF). ISKAF2010 Science Meeting. 10–14 June 2010 [15 April 2013]. Bibcode:2010iska.meetE..43O. arXiv:1007.5141  . （原始內容存檔 (PDF)於6 December 2014）. 
  17. ^ Aerospace-Technology.com 網際網路檔案館的存檔，存檔日期15 June 2012.
  18. ^ Beswick, Rob. e-MERLIN / VLBI National Radio Astronomy Facility - e-MERLIN. [1 February 2017]. （原始內容存檔於1 January 2017）. 
  19. ^ Expanded VLA. [1 February 2017]. （原始內容存檔於22 October 2016）. 
  20. ^ India's GMRT telescope granted SKA pathfinder status. SKA Telescope Public Website. 6 February 2015 [3 January 2020]. （原始內容存檔於2022-11-29） （英語）. 
  21. ^ The Allen Telescope Array - SETI Institute. [1 February 2017]. （原始內容存檔於4 July 2011）. 
  22. ^ Astronomy Geographic Advantage Act. South African Radio Astronomy Observatory - SARAO. [2024-01-04]. （原始內容存檔於2024-08-06） （美國英語）. 
  23. ^ Nordling, Linda. Mining plans pose threat to South African astronomy site. Nature. 22 March 2011 [27 June 2011]. （原始內容存檔於5 November 2012）. 
  24. ^ The Science - SKA Telescope. [2024-04-20]. （原始內容存檔於2013-10-20）. 

外部連結

 
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國際


澳洲/紐西蘭

歐洲

南非

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