浩瀚蒼穹，帶給人類永恒的好奇；仰望星空，離不開幫助人類“極目遠(yuǎn)眺”的望遠(yuǎn)鏡——從天文到物理，中國(guó)正在積極參與國(guó)際大科學(xué)工程。

近期，中國(guó)平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA）啟動(dòng)大會(huì)在北京召開。中國(guó)作為SKA的發(fā)起者、倡導(dǎo)者和研制者，成為SKA建設(shè)中不可或缺的重要力量。

貴州深山中的“中國(guó)天眼”，讓中國(guó)科學(xué)家有機(jī)會(huì)走到人類“視界”的最前沿。而SKA可謂是超越國(guó)界的“世界巨眼”。

作為全球大科學(xué)裝置，SKA也是迄今為人類計(jì)劃建造的最宏偉的天文觀測(cè)設(shè)備之一，將主導(dǎo)未來(lái)射電天文學(xué)50年的發(fā)展命脈。SKA不僅能給中國(guó)在基礎(chǔ)科學(xué)前沿領(lǐng)域帶來(lái)豐厚和突破性的回報(bào)，也是中國(guó)科技長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的全球布局。

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)名譽(yù)臺(tái)長(zhǎng)葉叔華在第四屆世界頂尖科學(xué)家論壇上對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“SKA是目前天文學(xué)領(lǐng)域最大的國(guó)際合作項(xiàng)目之一，這就需要各國(guó)以開放合作的態(tài)度參與進(jìn)來(lái)。現(xiàn)在上海天文臺(tái)已經(jīng)有一些儀器設(shè)備可以接受來(lái)自合作方的數(shù)據(jù)，這對(duì)于開放科學(xué)推動(dòng)科學(xué)進(jìn)步是有重要意義的。”

提升國(guó)際大科學(xué)合作參與度

科技部部長(zhǎng)王志剛在啟動(dòng)大會(huì)上強(qiáng)調(diào)，國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃和大科學(xué)工程已成為世界科技創(chuàng)新領(lǐng)域重要的全球公共產(chǎn)品和提升本國(guó)創(chuàng)新能力的重要合作平臺(tái)，要充分把握我國(guó)參與SKA的絕佳機(jī)會(huì)，不斷提升國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域研究能力，積累國(guó)際大科學(xué)工作管理經(jīng)驗(yàn)，在國(guó)際重大科技議題和規(guī)則的倡導(dǎo)、推動(dòng)和制定等方面多做高水平的工作。

未來(lái)全球由三個(gè)非常不同的項(xiàng)目在觀測(cè)著宇宙深空。第一個(gè)項(xiàng)目是有“中國(guó)天眼”之稱的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）；第二個(gè)項(xiàng)目是加拿大氫元素強(qiáng)度測(cè)繪實(shí)驗(yàn)(CHIME)望遠(yuǎn)鏡，它由四個(gè)100米長(zhǎng)的半圓柱形接收器組成，每天都會(huì)掃描整個(gè)北半球上空；第三個(gè)項(xiàng)目就是平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡SKA項(xiàng)目，這是一個(gè)多國(guó)共同開展的大型科學(xué)項(xiàng)目，也被稱作“世界巨眼”，這是一個(gè)完全數(shù)字化的射電望遠(yuǎn)鏡陣列，一期項(xiàng)目建設(shè)的投入就達(dá)到20億美元（約合128億元人民幣）。

葉叔華對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，SKA是一個(gè)宏大的科學(xué)項(xiàng)目，不僅需要巨大的資金支持，也離不開數(shù)據(jù)和信息的共享。

據(jù)介紹，SKA是由大量小單元天線構(gòu)成綿延至上千公里的綜合孔徑陣列，集大視場(chǎng)、高靈敏度、高分辨率、寬頻率范圍等卓越性能于一身，其科學(xué)研究目標(biāo)包括第一代天體如何形成、星系形成與演化、暗能量性質(zhì)、宇宙磁場(chǎng)、引力本質(zhì)、生命分子與地外文明等。關(guān)于這些問(wèn)題的任何突破，都將引發(fā)自然科學(xué)的重大變革。

SKA的革命性設(shè)計(jì)也意味著難以想象的超大信息量和數(shù)據(jù)量，顛覆了射電天文學(xué)的傳統(tǒng)研究手段，給射電天文學(xué)創(chuàng)新研究帶來(lái)全新理念。

“當(dāng)我們談?wù)撻_放科學(xué)的時(shí)候，不僅僅是說(shuō)數(shù)據(jù)合作的開放，讓適合的人都可以參與進(jìn)來(lái)，更多的是說(shuō)基于對(duì)等的開放。”葉叔華對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，“開放是不是對(duì)等很重要，比如說(shuō)你開放少了，我開放多了，這就影響到了彼此的收益。”

2021年初，平方公里陣列天文臺(tái)成立并開始正式運(yùn)行，其總部設(shè)在英國(guó)，望遠(yuǎn)鏡臺(tái)址位于澳大利亞和南非。第一階段建設(shè)于2019年開始，歷時(shí)5年完成約10%的體量；第二階段將建設(shè)其余的部分，預(yù)計(jì)于2030年全部完成。今年7月，SKA天文臺(tái)啟動(dòng)望遠(yuǎn)鏡建設(shè)工作，SKA正式步入建設(shè)階段。

天文學(xué)靠大設(shè)備說(shuō)話

這一宏大的天文學(xué)工程被認(rèn)為將推動(dòng)全球制造、通信、計(jì)算、能源等一系列產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。中科院院士、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員、SKA中國(guó)首席科學(xué)家武向平在上海舉辦的世界頂尖科學(xué)家論壇上表示：“天文學(xué)是靠大設(shè)備說(shuō)話的，因此擁有大國(guó)重器非常重要。我們現(xiàn)在的望遠(yuǎn)鏡（天眼‘FAST’）向全世界開放，效果是非常好的。”

FAST是世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。借助這只巨大的“天眼”，科研人員可以窺探星際之間互動(dòng)的信息，觀測(cè)暗物質(zhì)，測(cè)定黑洞質(zhì)量，甚至搜尋可能存在的星外文明。

FAST還將圍繞“中國(guó)天眼”建設(shè)引力波探測(cè)研究、射電天文大數(shù)據(jù)等科技中心，發(fā)揮引領(lǐng)作用。

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)數(shù)據(jù)顯示，截至目前，“中國(guó)天眼”已發(fā)現(xiàn)340余顆脈沖星，是同期世界上其他所有望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)脈沖星總數(shù)的3倍以上。

武向平認(rèn)為，在天文學(xué)領(lǐng)域堅(jiān)持自主研究和國(guó)際合作相結(jié)合非常重要。他除了負(fù)責(zé)FAST項(xiàng)目之外，還在推動(dòng)中國(guó)SKA項(xiàng)目的建設(shè)，以實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡單口徑和干涉陣列的協(xié)同發(fā)展。他表示，中國(guó)參加SKA的主要目的是追求宏偉科學(xué)目標(biāo)和取得豐碩的科學(xué)回報(bào)。

在近期舉行的SKA啟動(dòng)大會(huì)上，武向平透露，中國(guó)射電天文學(xué)的戰(zhàn)略是在國(guó)內(nèi)立足單口徑FAST，在國(guó)際上參與干涉陣列SKA。

據(jù)介紹，中國(guó)的科學(xué)團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃建設(shè)SKA區(qū)域數(shù)據(jù)中心，使中國(guó)科學(xué)家不出國(guó)門也能便捷使用數(shù)據(jù)產(chǎn)出科學(xué)成果，并吸引國(guó)際伙伴來(lái)中國(guó)進(jìn)行科學(xué)研究和交流。

重大突破，科研儀器先行。要證明前人的理論，后人的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是關(guān)鍵，這就必須用到大科學(xué)裝置。

“SKA第一階段將帶來(lái)革命性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，顛覆我們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)。在中國(guó)，SKA科學(xué)的最大挑戰(zhàn)是，如何把觀測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為科學(xué)發(fā)現(xiàn)。”武向平表示。

“世界巨眼”搜尋外星生命

一直以來(lái)，人們探索宇宙空間的腳步從未停止，望遠(yuǎn)鏡是人們遙望宇宙的“巨眼”。武向平在談到為何要建“巨眼”工程時(shí)表示：“望遠(yuǎn)鏡分布在世界各個(gè)角落，觀測(cè)同一目標(biāo)時(shí)既要記錄信號(hào)也要記錄時(shí)間，不同的時(shí)間在干涉研究前需事先轉(zhuǎn)換，影響效率。于是科學(xué)家們想到把望遠(yuǎn)鏡的傳統(tǒng)干涉技術(shù)與線控雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合，建造一臺(tái)信息化時(shí)代的射電望遠(yuǎn)鏡。”

基于上述設(shè)想，包括中國(guó)在內(nèi)的十多個(gè)國(guó)家共同組成了平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡國(guó)際組織，SKA應(yīng)運(yùn)而生。SKA的兩個(gè)優(yōu)先科學(xué)目標(biāo)是，尋找宇宙中第一個(gè)形成的天體——“看到宇宙的第一縷光”；以及尋找脈沖星，探索暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)問(wèn)題。

葉叔華對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，天文學(xué)領(lǐng)域近年來(lái)取得的突破主要依靠基礎(chǔ)研究以及設(shè)施的巨大投入，比如首張黑洞照片發(fā)布的背后就受益于全球性的事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）大科學(xué)合作項(xiàng)目。

為了這一項(xiàng)目，200多名來(lái)自全球的科學(xué)家在世界的各個(gè)角落，將他們的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了室女A星系（M87），觀測(cè)期間大約持續(xù)了10天左右，各個(gè)望遠(yuǎn)鏡觀察到的數(shù)據(jù)量加起來(lái)足有3600TB，光是數(shù)據(jù)處理就花費(fèi)了長(zhǎng)達(dá)兩年時(shí)間。

中國(guó)正在參與下一代EHT的建設(shè)。一位天文學(xué)專家對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“EHT其實(shí)可以視為SKA項(xiàng)目的一部分，是其中的一個(gè)科學(xué)任務(wù)。”

不管是“中國(guó)天眼”，還是EHT和SKA，都是為了探索人類文明和宇宙的起源。葉叔華表示，基礎(chǔ)研究看似“無(wú)用”，但是對(duì)于人類增強(qiáng)對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)是很重要的，比如研究黑洞和暗物質(zhì)，對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行長(zhǎng)期的觀察，以發(fā)現(xiàn)其中的變化和規(guī)律。

在被問(wèn)及是否相信外星生命的存在時(shí)，葉叔華對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“我想外星生命應(yīng)該是有的，宇宙那么浩瀚，難道只屬于人類嗎？”

她認(rèn)為，未來(lái)憑借多種觀測(cè)手段，人類一定會(huì)有所發(fā)現(xiàn)。“當(dāng)然這也取決于人們研究的方法和方向是否正確，很有可能在很長(zhǎng)一段時(shí)間你都一無(wú)所獲。”葉叔華說(shuō)。

今年95歲高齡的葉叔華是中國(guó)天文界的泰斗級(jí)人物，浩瀚夜空中有一顆小行星以她的名字命名。今年第一次參加世界頂尖科學(xué)家論壇的葉叔華告訴第一財(cái)經(jīng)，她現(xiàn)在仍然每天都會(huì)去徐家匯天文臺(tái)的辦公室工作，做一些感興趣的事情。

“像前輩一樣，只有天天摸著望遠(yuǎn)鏡做觀測(cè)，才能發(fā)現(xiàn)前沿的問(wèn)題，從觀測(cè)角度做出更多原創(chuàng)的、世界領(lǐng)先的成果。”一位青年天文學(xué)家對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示。

標(biāo)簽： 天眼 頂尖科學(xué)家論壇 世界巨眼 葉叔華