中国射电天文的下一个雄心

　　“追溯宇宙演化的长河，随着138亿年前大爆炸的余辉逐渐散去，宇宙曾经历过一段漫长的黑暗时期。忽然有一天，在宇宙深处诞生了第一代发光天体，这些天体的光芒逐渐照亮了整个宇宙，从此给宇宙带来了蓬勃的生机。”

　　对于自己所热爱的宇宙，中国科学院院士武向平不仅不吝于用最美好的辞藻去形容，也在用自己的实际行动去深入探索。日前，武向平担任首席科学家的平方公里阵列射电望远镜(SKA)中国科学团队，制定了中国SKA的十大科学目标，这张雄心勃勃的路线图，展示了中国向射电天文强国迈进的决心。

　　中国射电天文的新机会

　　在射电天文学这个分支领域，我国已经实现了从“0”到“1”的飞跃，逐步迈入世界射电的强国和大国之列。

　　从密云米波综合孔径射电望远镜、德令哈13.7米望远镜、上海佘山和乌鲁木齐25米望远镜、东亚第一台性能先进功能齐全的全可动65米口径大型射电望远镜“天马”、 巨型低频射电阵列21CMA，到500米口径球面射电望远镜“中国天眼”FAST，中国在射电天文学领域可谓布局深远，前进的脚步从未停歇。

　　2016年建成的“中国天眼”奠定了中国射电天文设备未来10年的世界霸主地位，但在更早之前，中国就已经将目光投向了远方。

　　SKA将是人类有史以来建造的最大射电望远镜，由全球十多个国家共同出资建造、运行、维护和管理。SKA将于2021年开始第一阶段建设，到2028年建成总规模的10%，并边建设边组网投入观测。

　　SKA是一部快速傅里叶变换望远镜、数字化望远镜和软件望远镜，体现了诸多当代科学技术的最新和最高成就，并将推动全球制造、通信、计算、能源等一系列产业的迅速发展。

　　“SKA是一部超越国界的全球大科学装置，是人类在21世纪创造的又一奇迹，将开辟人类认识宇宙的新纪元。”武向平说，“作为国际SKA大家庭的一员，中国参与SKA的最大驱动和终极目标是获得丰硕的科学回报。”

　　2019年3月，作为7个创始成员国之一，中国正式签署了政府间国际组织公约，正式从参与SKA设计建设阶段转向使用SKA取得卓越科学发现的准备阶段。

　　丰富的科学目标

　　中国SKA科学团队在秉承国际合作开展大科学研究的前提下，经过长期探讨、广泛征询、充分论证和顶层设计，确立了中国SKA清晰的科学目标和发展路线图，即在SKA第一阶段，确保两个优先突破领域和若干具有中国特色的研究方向。

　　两个优先突破的领域是中国SKA科学优先发展和重点支持的两个领域：宇宙黎明和再电离探测，以及脉冲星搜寻、测时和引力理论检验。同时中国科学团队还确定了八个特色研究方向，即中性氢巡天和宇宙学研究、宇宙磁场、星际介质、暂现源探测、活动星系核反馈和黑洞、中性氢星系动力学和演化、生命摇篮以及超高能宇宙射线低频探测。

　　“现代宇宙学认为宇宙起源于大爆炸，但是大爆炸究竟是怎样发生的、大爆炸之前有没有宇宙，人们至今还不清楚。SKA能够为了解从大爆炸直到今日的宇宙演化过程提供强有力的观测手段。”中科院国家天文台研究员陈学雷说。

　　例如，通过观测占宇宙普通物质总量76%的氢元素，可以绘制不同时期宇宙的三维图像;通过对大尺度结构的精密测量，又可以分析暗物质和暗能量的性质，以及宇宙早期初始状态的信息。

　　武向平指出，中国所制定的这些科学目标，大部分将融入SKA科学研究的国际大家庭中。“我们要逐步习惯这种新的科学研究国际合作模式，目前和未来越来越多的重大科学项目都非个人所能完成，重大科学问题研究的全球化进程正在加速，而SKA将是科学研究全球化的典型代表和先锋。”

　　“中国制造”的力量

　　SKA的台址横跨澳洲、非洲两个大陆，由分布在3000公里范围内的2500面15米口径碟形天线、250个直径60米的致密孔径阵列以及130万只对数周期天线组成的稀疏孔径阵列组成。

　　这样一个“巨无霸”级别的大科学工程，让中国工业界看到了中国的机会。

　　例如，中国积累了雄厚工业基础，能够支撑和保障SKA数千面反射面天线制造和安装的质量和速度;而中国的新型信息、通信和计算机工业也将全方位参与SKA建设和运行，再次展现“中国制造”的实力。

　　“国际SKA大家庭需要作为世界第二大经济体的中国的加入和支持，甚至是未来的主导和引领，而发展中的中国也需要从组织、建设、运行和管理SKA国际大科学装置中积累经验，奠定并逐步夯实作为未来世界科技中心的基础。”武向平说，“未来，从重大科学发现中体现中国贡献，将成为我们追求的目标。”