人类有史以来最大的射电望远镜阵列项目——平方公里阵列（Square Kilometer Array，SKA）行将开建：11月在上海举办的第六届SKA工程大会上传来音讯，SKA项目榜首阶段估量在2021年开工制造。
SKA是由全球十多个国家计划合资制造、国际最大的归纳孔径射电望远镜，我国是建议国之一。
作为下一代担任引领效果的射电地理观测设备，SKA不只承载孕育国际级科研效果的任务，还将发生国际上史无前例的超大数据量。仅依照SKA悉数规划10％来制造的榜首阶段，科学处理器所需求的核算才干，就相当于我国超级核算机“银河二号”的8倍、“威风·太湖之光”的3倍。如此巨大的数据需求深度剖析和加工后才干被科学家运用，这些作业将由散布于几大洲的区域数据中心协作完结。
正如我国SKA首席科学家、中科院院士、国家地理台研讨员武向平所言，SKA将承载探究国际榜首缕光、验证引力理论等物理学最前沿的问题。
什么是SKA？
SKA由2500面直径15米的碟形天线阵列、250个细密孔径阵列、130万只偶极天线阵列组成，接纳总面积达1平方公里，预期将于2021年开端榜首阶段制造。
SKA的台址坐落澳大利亚、南非及南部非洲8个国家的无线电安静区域。整个阵列延伸超越3000公里，一切观测仪器相互之间选用高性能的核算引擎和超宽带衔接，并设有处理很多数据的“大脑”。
经各国科学家凝练，SKA射电望远镜总共构成五大科学方针，分别是：勘探国际拂晓和漆黑时期；研讨星系演化、国际学与暗能量；验证国际中有没有其他生命，寻觅地外文明；运用脉冲星和黑洞查验强引力场；研讨国际磁场的来历和演化。其间，国际来历、引力波、引力实质、暗物质和暗能量等，都是现在物理范畴最前沿的问题，一旦有所突破，很有必定的概率会诞生一批可获得“诺贝尔奖”的新理论、新效果。
此外，SKA构成的海量数据的处理，已迫临现有核算机极限。据预算，仅占总规划10%的SKA榜首阶段算力，就相当于数台尖端超级核算机之和。这一巨大算力需求，也将促进核算机科学、信息学、电子学等范畴的巨大展开。
与FAST优势互补
1931年，美国贝尔实验室的无线电工程师卡尔·央斯基运用天线收到了来自银河系中心的无线电波——这也射电地理学诞生的标志。
在射电望远镜中，顶着“大锅”形抛物面天线的一类望远镜最为人熟知。在波多黎各的阿雷西博地理台，口径达305米的巨“锅”，很长一段时刻里是国际上最大的单面口径射电望远镜，自1961年建成后，它为人类探究国际立下杰出勋绩。
而2016年今后，有着“我国天眼”之称的500米口径球面射电望远镜（FAST）成为单口径国际榜首。建成短短几年，现已在脉冲星观测方面取得了不少效果。
那么，有没有或许造一口比FAST更大的“锅”？事实上，在当下技能条件下，单一口径望远镜，做到500米口径，恐怕现已挨近极限。
我国SKA首席科学家、中科院院士、国家地理台研讨员武向平，在上一年的中科院第十九次院士大会整体院士学术陈述会上泄漏，我国未来射电地理设备的布局，是单口径与干与阵列协同展开。其间单口径指FAST，干与阵列则是SKA。
FAST的优势在于口径大，灵敏度高，可以观测到弱小的信号。但单一口径视场小，无法实现方针一起观测；单一口径在分辨率上也有约束。经过射电干与，协同作战，则是非常好的互补计划——这也便是SKA项目的方针。
干与原理，便是对多台射电望远镜的观测数据进行相干核算，就可以模拟出相当于整个区域巨细的单个天线所接纳的信号，然后得到更高的分辨率，使人们有或许看到天体的更多细节。
换言之，干与丈量技能使地理学家可以模拟出一个和天线散布间隔相同尺度的“巨型”望远镜。
事实上，干与原理现已使用在地理学观测中。现在，遍及全球的射电望远镜，可以终究靠射电干与原理组成“地球级”望远镜。在此前拍照黑洞相片的“事情视界望远镜”项目中，科学家就运用散布于全球不同区域的8个射电望远镜阵列，组成一个虚拟望远镜网络观测银河系中心的巨大黑洞。
信息时代的望远镜
上述“给黑洞拍相片”观测，记载的数据经过硬盘传递到核算中心，由超算汇总处理。这一进程花了一年多。
而SKA则是完完全全的数字化望远镜。乃至，布置在西澳大利亚沙漠的130万只低频偶极天线阵列，每个小天线都带有智能接纳机，直接构成数字化信号，传递给核算机。
这在某种程度上预示着，SKA将发生地理观测史上空前巨大的数据量。“与传统望远镜比较，SKA更像是一个‘软件’望远镜。”我国科学院上海地理台研讨员安涛指出。
安涛等人估量，依照 SKA 的数据流规划，估量在制造的榜首阶段，每年需求输送到区域数据中心进行深度剖析的科学数据就到达了每年300PB。300PB是什么概念？假如运用容量为16TB的硬盘贮存，这些数据需求装满挨近两万块硬盘；相当于千亿张相片。
而SKA榜首阶段的规划，仅占总规划的10%。安涛估量，到了第二阶段，从 SKA 地理台发生的预处理数据的规划将扩展到 SKA 先导项目的 100 倍以上，到达EB量级。SKA两个最重要的科学方向——国际再电离和漆黑时期勘探、用脉冲星计时阵准确丈量引力，需求堆集未校准的原始数据；假如考虑到保存必定时刻的原始数据，那么 SKA的数据存储需求将进步至少一个量级。
如此海量的数据，对其进行科学处理所需的算力天然惊人。假如预算SKA榜首阶段的算力需求为260 PFlops，那么需求挨近3台“银河2号”超级核算机的悉数算力才干满意。
此外，安涛等人以为，以数据密集型科学核算为特色的 SKA 数据处理，对我国的电子、核算机、信号处理职业提出了更高的要求。 SKA 科学数据处理使用面临着“存储墙”问题。即便“银河二号”这样的超算，关于SKA这类大数据的处理资源也会有缺乏，一起不方便进行突发事情的观测剖析，因而亟待研讨习惯数据密集型科学核算的新式架构系统。
“SKA将对除地理学以外的其他很多学科，比如核算机科学、信息学、电子学等范畴带来极大的促进效果。” 我国参加SKA榜首阶段归纳证明陈述中指出。
为什么挑选澳大利亚和南非？
SKA的低频阵列天线将在澳大利亚西部的沙漠区域制造。这些天线每个高约2米，两个阶段总数将到达130万只。这些天线能捕捉到低至50兆赫、高至350兆赫的射电信号。
130万只天线将散布于500个站点，站点间最大间隔65公里。现在，两个SKA的测验渠道——SKA探路者和默奇森宽场阵列（MWA）现已在这一区域建成。
中高频的天线将设置于南部非洲的人烟稀少区域。尽管SKA非洲的台址设在南非，并不是由南非独立掌管，在其他八个国家也将有天线散布，包含：博茨瓦纳、加纳、肯尼亚、马达加斯加、毛里求斯、莫桑比克、纳米比亚、赞比亚。
在SKA的榜首阶段，将制造超越10万个低频偶极天线、200个15米中高频蝶形天线；其他90%的天线将在第二阶段建成。
据SKA安排介绍，南非的沙漠区域具有完美的射电静默布景，这为行将构成的跨过整个非洲大陆的SKA中高频阵列望远镜供给保证。“荒芜的当地是地理学家喜爱去的当地。”武向平表明。
在SKA的大工程中，我国参加了反射面天线、低频孔径阵列、信号与数据传输、科学数据处理、中频孔径阵列等国际作业包联盟。现在，我国制造的15米天线样机现已研制制造完结。
此外，我国、澳大利亚与欧洲均已发动区域中心制造。我国已成功研制了国际首台SKA区域中心原型机。上海地理台还正在牵头我国SKA区域中心的筹备作业。
方针：国际榜首缕光、验证引力理论
在SKA的榜首阶段，科学家确认了两个优先方针：国际榜首缕光的勘探、脉冲星与检测引力理论。
现有国际学理论以为，国际来历于138亿年前的“大爆炸”后，国际从极高温冷却，之后经过持久的“漆黑时代”，总算发生了榜首批恒星，这也便是国际的榜首缕光。勘探国际榜首缕曙光需求射电望远镜具有极高的灵敏度，还要消除银河系在内的各种布景噪声——SKA正是观测这一现象的最合适设备。武向平表明，SKA的方针是根据寻觅榜首缕光展开中心氢国际学。
此外，经过对脉冲星验证引力理论也是SKA的方针之一。武向平曾说到，假如能发现一对脉冲星和黑洞，经过其运动可以准确查验黑洞的时空性质，然后验证引力理论。
此外，武向平表明，SKA可以告知咱们50光年规模内是否有地外文明。“关于SKA来说，假如50光年规模内有一架飞机飞过，飞行员的通话咱们都可以听到。”
【作者】 王诗堃
【来历】 科技能见度南边号
