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全世界最大的天文望远镜 真在中国？
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天文学家准备用史上最大的射电天文望远镜绘制宇宙地图
　　实验将从数百个射电天线收集信号，进而绘制宇宙地图集&　　来自世界各地的科学家已联手做好准备，进行这个真正具有天文数字级别的实验：绘制史上最大的宇宙地图。&　　根据arXiv.org天体物理学预印本网站（http://arxiv.org/list/astro-ph/new）今天发表的一系列文章，一个国际研究人员团队已经为这个庞大的探测制定了计划。平方公里阵（SKA）宇宙科学工作组的研究人员已经掌握如何使用这个世界最大的望远镜执行这个任务。“这个团队已经收集一系列令人激动的有助于塑造宇宙未来的设想”，来自南非开普敦大学的工作组组长Roy Maartens说道。&　　SKA是分布在南非与西澳大利亚的数千个无线电接收器与抛物面天线阵列。第一阶段的工作将在2023年完成，届时SKA总收集面积将相当于15个足球场，每天产生的数据将是整个互联网每日流量的数倍。在第二阶段，即2030年前后，收集面积还将增加十倍。&& &　　今天发表的论文是总数约130篇系列论文的一部分。涵盖了SKA科学多个方面，包括类星体、宇宙磁场、早期宇宙，以及寻找地外生命。这些论文将被编辑成册，以SKA科学论文集在2015年，由SKA团队正式出版。SKA科学部主任Robert Braun说道，“这些论文的发表很有意义。这得益于所有科学工作组的辛勤工作。这些论文阐明了SKA作为21世纪大科学装置在不仅在天文学，也在物理、天体化学等其他诸多研究领域内蕴含的巨大潜力”。&　　如何绘制宇宙地图：速度或精度？&&　　绘制宇宙地图的关键在于检测来自气体氢的微弱无线电辐射信号。“氢是宇宙中最常见的元素，因此我们随处可看到氢，”来自挪威奥斯陆大学的Phil Bull说道，“这是探索物质在整个太空分布的理想方法。” 其中包含神秘的暗物质，它们虽然用望远镜完全看不到，但可通过其对其它物体（例如含氢星系）的引力被检测到。&　　绘制星系地图的标准方法是耐心检测众多独立星系发出的微弱无线电信号，这要求长时间观测星系以测量其特征（例如距离）。这个方法虽然很耗时，但最精确，可制作非常详细的3D物质分布地图。研究人员希望，到21世纪二十年代末，通过这种方式可找到近十亿个星系。迄今最大星系探测所绘制的星系地图仅包含大约一百万个星系。& &　　SKA研究人员还找到了一种令人激动的替代方法，即利用望远镜快速扫描天空。虽然这个方法以牺牲精度为代价，但可在短时间内探测更大的区域。“使用这种方法绘制的地图，分辨率较低，”来自南非西开普大学的Mario Santos说道，“但对于回答有关宇宙几何形状与引力性质等重要问题已足够。”这种“强度绘图”的结果最早可在2025年得出。&　　探索宇宙奥秘的新窗口&&　　对天体物理学家而言，一些最大的问题与暗能量有关。暗能量是一种神秘物质，理论上可以使宇宙以前所未有的速度膨胀。“以使宇实现目前最精确的暗能量探索，”来自美国约翰·霍普金斯大学的说道。“相比任何其它实验，通过使用3D星系分布地图，我们可以更好地研究暗能量和检验爱因斯坦广义相对论。”Alvise Raccanelli补充道。根据星系分布的模式，研究人员可非常精确地测量宇宙在过去数十亿年中的演化历史。 &　　检验爱因斯坦引力理论是宇宙学家的又一个重要课题。“我们将探索大自然是否存在所谓的‘第五种力’，”来自中国科学院国家天文台的赵公博说道，“第5种力的存在是宇宙学尺度上修正引力的确凿证据。”&　　如此一个大型的宇宙物质分布地图还将打开一扇研究宇宙在大爆炸后最初时刻的新窗口。“超大尺度上观测将向我们透露一些有关极早期宇宙的信息，”来自英国曼彻斯特大学Jodrell Bank天体物理学中心的Stefano Camera说道。通过该测量，研究人员可更加仔细地观察“宇宙暴涨”过程。暴涨理论认为我们今天所能看到的星系与星系团等结构是由早期宇宙的微小扰动演化形成的。&　　科学家表示，研究宇宙的演化不仅仅可以依靠对过去的探索。“通过在两个不同的时期（相隔十年）观察十亿个星系，SKA将能够直接测量宇宙的膨胀，”来自德国马克斯·普朗克射电天文学研究所的Hans-Rainer Kl?ckner说道。相对于人类寿命的时间尺度，宇宙膨胀的过程相对很缓慢，因此进行此类直接测量“将是一种主要的技术成果以提供更多有关暗能量性质的信息，”Kl?ckner说道。&　　宇宙的形状&& 除了氢发射线的3D分布图以外，SKA还将通过收集星系的总无线电波发射信号绘制二维地图。“此类二维地图将包含数以亿计的星系，在第二阶段将包含数十亿星系，由此我们可了解宇宙的形状是否与我们的理论预测类似，”来自英国牛津大学的Matt Jarvis说道。&&& Jarvis谈到一系列问题可追溯到16世纪哥白尼时代的基本物理原理。根据此类原理，不管望远镜的观察角度如何，物质的分布应大体相同。但是，最近的观察结果显示，该结论（称为“统计均向性“）可能不成立。”若该结论成立，将颠覆我们对宇宙的认识。“来自德国比勒费尔德大学的Dominik Schwarz表示。&　　了解宇宙中最大的结构是如何形成的&&　　2D地图还提供一种考察光射线如何被引力弯曲的新方式—–这是爱因斯坦理论的早期预测，Arthur Eddington等人于1919年在一次日蚀期间首次测量到光射线被引力弯曲。“通过测量SKA所观察到的星系形状的细微变形，我们希望探索暗物质在宇宙时间中发生的结构演变。“来自英国曼彻斯特大学的 Ian Harrison说道。研究人员希望这可提供更多有关暗能量性质与结构如何在宇宙中首次形成的重要线索。&&& SKA并非该项任务的唯一实验——计划在未来十年进行的一系列实验将获得大量的天体物理信息，以补充和检验SKA的研究发现。这些实验包括Euclid 与WFIRST卫星、8米直径大型综合巡天望远镜等，均使用可见光和红外光（而不是无线电波）进行观测。“使用不同来源（氢射电辐射VS可见星光）和完全不同的数据采集方法，有助于对不确定源进行检查与研究，“来自意大利罗马天文台的Roberto Scaramella说道。&&英文原文：&&&&&&&&&&&&&& & &&&　　&&
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世界最大射电望远镜在智利落成
摘要：世界上迄今为止规模最大的地面射电望远镜阵列项目阿塔卡玛射电天文望远镜全部落成并投入使用，揭开遮蔽我们视野的宇宙大幕，建成后的66个抛物面天线作为1架巨大的射电望远镜工作，拥有0.01角秒的分辨率，相当于能看清500多公里外的一分硬币，其视力超过“哈勃”太空望远镜10倍。
3月12日，智利北部阿塔卡玛沙漠,阿塔卡玛射电望远镜在星辉斑斓中屹立。
记者 高玉连线单文磊 研究员
2013年3月，世界上迄今为止规模最大的地面射电望远镜阵列项目阿塔卡玛射电天文望远镜全部落成并投入使用，揭开遮蔽我们视野的宇宙大幕。它可以帮助天文学家捕捉到宇宙中更加寒冷的天体（分子气体、星尘、大爆炸辐射等）并提供正在形成当中的星系、恒星或者行星的图像。建成后的66个抛物面天线作为1架巨大的射电望远镜工作，拥有0.01角秒的分辨率，相当于能看清500多公里外的一分硬币，其视力超过“哈勃”太空望远镜10倍。
66个抛物面天线组成
它的建设工程始于2002年，是由东亚、欧洲和北美一些国家参与的国际项目。天线阵的建设地是智利北部海拔5000米的阿塔卡玛沙漠，整个天线阵有总计66个抛物面天线。望远镜将主要用于获得有关星系和行星演变的数据，寻找新天体以及探寻宇宙中是否存在能进化成生命的物质。
就在去年，这一设备的观测结果确认在一颗褐矮星，即所谓“失败的恒星”周围存在一个原行星尘埃盘。同时还对围绕北落师门(南鱼座α)运行的行星进行了观测，并确认这些行星比原先认为的更小。
66台望远镜全部建成之后，天文学家们预计将会有更多更大的发现。这台设备在毫米波段工作，这是一种波长比无线电波更短但是比可见光更长的电磁波。在这一波段科学家们将可以窥见围绕年轻恒星的低温尘埃带，并观察原始行星的形成。
可观测地球大小行星
美国国家科学基金会天文学分部主管詹姆斯·列维斯塔德在本月5日的一次新闻发布会上表示，利用这一设备，天文学家们将可以探测到地球大小的行星。他表示：“阿塔卡玛望远镜已经观测到在恒星周围存在尘埃环，这些尘埃环非常窄，模型显示这些狭窄的尘埃环间隙中存在行星体。”他说：“尽管你看不到这些行星本身，但是你可以看到这些行星造成的影响。而这也将是阿塔卡玛望远镜设备进行系外行星观测的主要方式。”
自从1995年发现第一颗系外行星以来，科学家们已经找到了数千颗可能是系外行星的疑似目标。仅仅是美国宇航局一家，其发射的专用于搜寻系外行星的开普勒空间望远镜迄今已经发现2740颗这类疑似目标。在搜寻活动的早期，科学家们最先发现的是那些木星大小的系外行星体，而随着技术的进步以及观测时间的积累，科学家们逐渐开始发现地球大小的系外行星。
而在这其中所缺失的环节便是行星形成的早期阶段。现有科学理论认为太阳系是在早期的原始太阳星云中形成的。随着这些尘埃颗粒之间的相互碰撞，积聚，成长，原始的行星开始形成。然而年轻的恒星系统周围往往“云遮雾绕”，在光学或可见光波段难以窥见其全貌。而这便是阿塔卡玛望远镜设备的施展其能力的舞台。
这一设备在归属上由欧洲南方天文台管理。欧南台阿塔卡玛望远镜项目主管沃尔夫冈·怀尔德表示：“我们将会目睹闻所未闻的宇宙场景。”他表示，阿塔卡玛望远镜将目睹低温气体逐渐形成原行星，并了解行星从恒星周围的尘埃盘中逐渐形成的过程。
中国科学家参与超导探测器研制
专访中科院紫金山天文台研究员单文磊
问：阿塔卡玛望远镜阵列落成有何意义？和哈勃望远镜相比，有何优势？
答：在宇宙学研究中，观测设备与其说叫“望远镜”，不如说是“望古镜”。距离我们越遥远的天体发射的光需要更漫长的时间才能被我们接收到。因此看得越远，意味着越能够穿越时空，看到宇宙早期的模样。阿塔卡玛望远镜不但在分辨能力上高于哈勃望远镜，而且能够看到哈勃望远镜看不到的早期宇宙的图景。这是因为宇宙膨胀造成早期宇宙中的光线波长变长(科学上叫红移)而落入望远镜的观测频段。
正因为如此，阿塔卡玛望远镜是研究一百亿年以前宇宙从黑暗时期破壳而出的第一代恒星和星系的最好观测设备。对于距离我们较近的天体，阿塔卡玛望远镜凭借其高分辨率，能够揭示正在形成的幼年恒星的模样，而且能够发现那些幼年恒星周围正在形成的行星。这些行星中的一些将必然孕育地外生命和文明。除此之外，阿塔卡玛望远镜还有一个重要特点，它能够通过高精度光谱分析出被观测天体组成的化学成分，探知宇宙这个化学实验室的运行和演化规律。
问：阿塔卡玛望远镜的分辨率达到0.01角秒，相当于什么概念？
答：望远镜的分辨本领取决于被探测光的波长和天线口径的比例。波长越短，口径越大，望远镜的分辨本领越高。如果将人的眼睛当作望远镜的话，阿塔卡玛望远镜所观测的光的波长要比人眼看到的光的波长要长，大约是300微米(人的头发直径约是50微米)至3毫米，要达到人眼的分辨率，需要2米至20米的口径。
然而阿塔卡玛望远镜最大等效口径达到了18公里，分辨率比人眼高1千万倍，达到了0.01角秒。这个分辨率足够在北京看到南京的一辆普通小轿车，超过了哈勃望远镜的0.02角秒的分辨率。技术上建造这样大的高精度单天线望远镜是不可能的。目前最大的单天线射电望远镜是美国的阿雷西博望远镜，口径305米。我国正在贵州建造一个更大的单天线望远镜口径为500米。
问：为什么建在高海拔的智利沙漠高原？
答：望远镜建造在海拔5000米的智利阿塔卡玛高原上。这个地方海拔高，水汽少，附近南美洲西岸的低温洋流更使得这里异常干燥。
在这里建造是因为水汽对望远镜有显著的影响，对毫米波、亚毫米波有强烈的吸收。存在较多水汽时，好像隔着毛玻璃看星空，观测效果会大打折扣。因此这个波段的望远镜都建造在水汽少，海拔高的地方。我国的大口径毫米波望远镜是紫金山天文台的德令哈13.7米口径望远镜，就坐落在青海省德令哈市附近海拔3000米的地点。
问：中国科学家在阿塔卡玛望远镜项目中有贡献吗？
答：阿塔卡玛望远镜是灵敏度最高的观测设备，能够探知宇宙深处原子的扰动。这得益于每一面天线后面的高灵敏度超导探测器。这些探测器被冷却到接近绝对零度(零下270摄氏度)，在这样的低温下，组成探测器的原子几乎凝结不动，热噪声被消除，来自天体的微弱信号才能够被感知。
超导探测器类似人视网膜上的灵敏的感光细胞，是阿塔卡玛望远镜的核心器件之一，而这种超导探测器技术恰好是中国科学院紫金山天文台的特长。阿塔卡玛望远镜是国际大科学工程，由欧洲、北美和亚洲共同出资建造。中国虽然没有正式加入该项目，但中国科学院紫金山天文台于2004年与日本国立天文台签署关于阿塔卡玛望远镜共同研究的备忘录，并以单文磊研究员、史生才研究员为主参与阿塔卡玛两个波段的超高灵敏度接收机的研制工作。中国科研人员在这两个波段超导探测器的研制工作中起到了关键作用，所设计的探测器被阿塔卡玛望远镜所应用。在66面阿塔卡玛望远镜的每一个中都包含中国科学家的贡献。
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世界最大射电天文望远镜落户南非小镇（第一现场）
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卡那封是位于南非开普地区卡鲁盆地中部的一个名不见经传的小镇，20世纪50年代全球羊毛价格上涨时这里曾出现过短暂的繁荣。寂寥无闻的小镇现在声名鹊起，这里正成为全球科学与天文学的中心，世界最大射电天文望远镜——“平方公里阵列”射电望远镜（简称“平方公里阵列”）已经落户此地。
原标题：世界最大射电天文望远镜落户南非小镇（第一现场）本报驻南非记者 苑基荣《
版）位于南非北开普卡那封附近“平方公里阵列”研究基地的小型蝶形天线。本报记者 苑基荣摄 卡那封是位于南非开普地区卡鲁盆地中部的一个名不见经传的小镇，20世纪50年代全球羊毛价格上涨时这里曾出现过短暂的繁荣。寂寥无闻的小镇现在声名鹊起，这里正成为全球科学与天文学的中心，世界最大射电天文望远镜——“平方公里阵列”射电望远镜（简称“平方公里阵列”）已经落户此地。建在几乎看不到人烟的大山里据介绍，“平方公里阵列”是当前世界上准备建造的最大和最快的天文望远镜，拥有3000个直径15米抛物面蝶形天线和250组中频和低频孔径阵列，分布范围大于3000公里，光线收集区总面积约1平方公里，因此得名“平方公里阵列”。“平方公里阵列”的建设工地是在距离卡那封小镇80公里的深山中，只有一条土路可以通向那里。除了沿路特高压线和电线杆上的巨大鸟窝，大山里几乎看不到人烟。“平方公里阵列”项目经理森曼向本报记者介绍，该项目最初是20世纪90年代由包括中国在内的20个国家的70家科研机构提出并筹划投资设计的，项目预计耗资16亿美元，主体建在南非，其他部分分布在非洲8个国家、澳大利亚和新西兰，总部暂时设在英国曼彻斯特大学卓瑞尔河岸天文台。按照计划，该项目将在2016年开工，2024年完成，而实际上本报记者在工地上看到，第一组蝶形天线已开始建造。森曼介绍，到2014年底，首批4个蝶形天线将安装在卡鲁地区，到2016年底所有64个蝶形天线将安装完毕，全部的安装调试工作将于2017年结束。为防止震动和静电对设备灵敏度产生干扰，“平方公里阵列”选址和建设条件极为苛刻，附近不能有广播和其他无线电信号，不能有太多居民，不能有汽车往来，还需要足够平坦、空旷的场地安装蝶形天线。记者在远离数公里外遥望建设工地，附近竖立着禁止手机信号的广告牌。为人类认识宇宙提供巨大机遇本报记者在其网站上看到“平方公里阵列”的惊人性能，它能探测10光年之外的雷达信号，观测到130多亿年前宇宙大爆炸开始不久的宇宙现象，中央计算机处理能力相当于1亿台台式机，单日收集的数据如果在iPod上播放需200万年完成，每天传输的数据超过目前全部互联网流量，使用的光纤足够环绕地球两圈。据森曼介绍，这是一项国际大科学工程，是国际天文学界建造的世界最大综合孔径射电天文望远镜，频率覆盖70兆赫兹至25吉赫兹频段，建成后比目前最大的射电望远镜EVLA灵敏度提高约100倍，搜寻速度提高约1万倍，将为人类认识宇宙提供巨大机遇。在本世纪将至少保持30年的领先地位。“平方公里阵列”为天文学家提供了一个全新的工具，引领射电天文学革命。它有助于验证爱因斯坦的相对论，让天文学家了解更多早期宇宙史；有助于解释生命的起源、帮助探查外星生命的存在等。其主要使命是收集从宇宙大爆炸到星系出现前所谓“黑暗时期”的信息，研究星系、恒星的产生和发展，研究充斥宇宙大部分的暗能量和暗物质性质。它涉及天文、无线电、信息科学、力学、机械、计算数学与系统科学、土木工程等众多领域，集成众多高科技成果。森曼表示，“平方公里阵列”也面临很多困难，如资金筹措、国际协调、非洲教育落后、科技投入不足等。中国驻南非大使馆科技处参赞黄伟对本报记者说，中国全程参与了“平方公里阵列”科学目标探讨、关键技术及相关路线图全球协调。“平方公里阵列”是我国继国际热核聚变实验堆计划后参加的第二个国际大科学工程，这将提升国内相关领域自主创新能力，促进高科技产业发展，成就国际大科学工程“中国制造”和“中国创造”的里程碑，也是我国天文学全面提升的机遇，更是当今最重要的国际合作机会之一。现在镇上的生意越来越红火纳米比亚已建成高能立体视野望远镜，布基纳法索和埃塞俄比亚也正在建设新的望远镜，未来数十年“平方公里阵列”将掀起非洲大陆天文学发展热潮，南非天文台台长托德表示。不仅如此，“平方公里阵列”正在惠及当地经济。卡那封镇外巨大的“平方公里阵列”广告牌表明了天文学给小镇带来的变化。镇上现在开通了每周一次的航班，主要运送科学家。人口不足6000人的小镇也上了电视台的天气预报。南非总统祖马在视察卡那封后表示，政府将在此规划建设北开普省第一所大学。“20年前我来到这里时，卡那封几乎是一座无人居住的地方”，镇上的第一位房地产经纪人格利特对本报记者说。而现在镇上餐饮、住宿和房地产正因天文学繁荣起来。瓦库迪餐馆老板皮特兴奋地对本报记者说，店里顾客猛增70%。“这像打了一剂强心针，现在镇上的生意越来越红火。”“住宿的需求不断增长，在这个时间，我每天都得向投宿的人介绍其他旅店，”卡那封旅店老板霍夫曼说。他将主街上的一处房产改造为精品酒店，同时将隔着一条街的老宅进行装修，变成拥有21间客房的家庭旅馆。霍夫曼告诉本报记者，6年前，一栋房子用不了10万兰特（1美元约合11兰特）就能买下，现在售价已超过100万。天文学甚至影响到了当地宾馆和饭店的名字，主街道有家旅馆兼饭店用“平方公里阵列”望远镜的名字命名。店面不大，但干净整洁，既做匹萨又做烧烤。“你能感觉到小镇的不同，”饭店老板文尼克告诉本报记者，“你绝对能感觉到镇里的活动在增加，现在项目才开始，很难说给当地带来的影响到底会有多大。”正在店里招呼客人的服务员莉文娜告诉本报记者，她原来在开普敦打工，从去年开始回到家乡工作，这样既可以避免外面劳顿之苦，也可以就近照顾孩子上学。记者在早上开车离开卡那封，清晨的阳光斜射在教堂的塔尖上，镇上已经聚集起一群等待“平方公里阵列”项目招聘的人。此时记者想起森曼的话：“科学的气息正在唤醒这个沉睡的农牧业小镇，为其带来新的生命。”（本报南非卡那封11月19日电）
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