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火 流 星 海外文摘 Bolide |
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David Lindley 文 Shea 译 |
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有意思的是，当你和人们谈论“大科学”的时候，他们倾向于去想象巨大的粒子对撞机。大而深的地下实验室和高昂的国际合作已经成为了现代粒子物理学研究的必要条件，而它们所研究的对象却是现实世界的最小单元。然而并不仅仅是物理学喜欢昂贵的设备。2011年4月2日英国的焦德雷班克天文台被选为耗资21亿美元的一平方千米天线阵（SKA）的总部。SKA由19个国家参与，旨在建造迄今最大的射电望远镜。 焦德雷班克天文台已经建成，它也不会是SKA的所在地（SKA将落户者澳大利亚或南非）。在射电天文学中，和粒子物理学一样，秉承着越大越好——望远镜越大就能收集到更微弱的信号，生成更锐利的图像。焦德雷班克天文台的洛弗尔射电望远镜口径76米，1957年建造时它是世界上最大的可动望远镜。今天它已经让位给了美国100米的绿堤射电望远镜，而后者又不及1963年建造的305米的阿雷西博射电望远镜（不过，它是固定的）。  [图片说明]：SKA中的天线（艺术概念图）。版权：SKA。 它们都是令人印象深刻的仪器。但是射电天文学背后的原理却告诉我们，它们还不成熟。一架经典光学望远镜的口径是其所收集光信号波长的几百万倍。把这一比例用于射电天文学——其观测波长用厘米计量，天线的直径就会达到数千米。 由于建造单个这么大的天线是不可能，SKA计划使用50,000个小型的接收机组网成一个巨型天线。许多接收机会集中在其边长大约5千米的内部“核心”区，另一些则会被放置在1,500千米长向外延伸的螺旋线上。利用被称为干涉的信号处理技术，这些小望远镜集群会像一个“虚拟”的大型望远镜一样，其接收面积等效于所有每一面天线面积的总和（一平方千米），它的基线（望远镜分辨本领的度量）则等于其中两个相聚最远的两面天线之间的距离——大约3,000千米。 通过干涉来提高望远镜分辨本领可以追溯到几十年前——世界上的许多射电望远镜被整合到了这些网络中，也包括了洛弗尔射电望远镜（它是英国多天线无线相联干涉仪网的一部分）。这个想法还没有被用到过上千个相对廉价的小型天线上，这是全新的。几个望远镜阵列，例如荷兰在北欧包含数千个低技术天线的低频阵或者是澳大利亚默基森大视场阵，已经是实践这一概念的先驱。除了成本和分辨率的优势之外，望远镜的模块化也意味着对它升级只需要接上另外的接收器。SKA和它们的区别就在于大小。当它于2024年完成的时候，它的灵敏度将会是目前仪器的50倍，其巡天的速度也可以快上10,000倍。这需要超强的计算能力来处理由它所产生的海量数据——单个天线每秒即可产生160千兆比特的数据量。 穿透黑暗 这一观测能力将被用来研究天文学中一些最大的未解之谜。SKA将会参与引力波搜寻，它是爱因斯坦的广义相对论所预言的时空涟漪。它会探测恒星间的神秘磁场，它的分辨本领还将会帮助太阳系外行星的搜寻。 但真正让天文学家兴奋的是用这架望远镜来窥视宇宙的“黑暗时代”。这一时期位于大爆炸之后大约400,000年到8亿年之间，此时第一代恒星尚未形成，对它的直接了解也非常得少。在黑暗时代中，宇宙冷却到了能令氢分子形成的温度，它们成为了弥漫于整个宇宙的电中性气体。在数百万年的时间里，引力作用于气体分布中的微小不均匀性，使之形成了恒星，恒星又构成了星系，星系接着又构建出了星系团和超星系团这现代宇宙中最大的结构。来自新生恒星的辐射会缓慢地再电离剩下的氢，在原初星际介质中开凿出一个电离泡，在大爆炸之后大约10亿年的时候这个过程最终会达到顶峰使得整个宇宙再电离。中性氢会发出特征波长为21厘米的辐射，而被电离的则不会。通过寻找这些辐射（以及更重要的这些辐射的缺失），SKA就能探测出宇宙最早的演化发育过程。 当然，在所有这些成真之前，还需要确定这架望远镜会被建在哪里。SKA合作团队正在考虑两个地点，一个在南非（其天线会延伸到加纳、毛里求斯和马达加斯加），另一个则在澳大利亚（其中一些会位于新西兰）。除了科学影响力之外，SKA的吸引力也不容低估。承建国希望通过建造和安装这样一个技术上非凡的仪器来推动自己的高技术产业。最终的决定预期会在2012年公布，预计在之前会有许多幕后的游说工作。 （本文已刊载于《世界科学》2011年第06期） |
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[The Economist 2011年4月5日]
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火流星工作组制作
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