大射电望远镜■细说世界最大望远镜( 二 ) SKA|阵列|射

由于射电波段频率覆盖十分宽泛，射电波长从毫米（亚毫米）波到厘米波、米波以及更长的量级，不同目标天体发出辐射的频率也不尽相同，因此射电望远镜的大小、样貌千差万别。既有公众熟悉的单个碟形天线，也有样子奇特的铁丝网一样的米波射电望远镜阵列。
把距离遥远的射电望远镜连在一起
射电天文学在1946年迎来了革命性的突破，干涉技术让射电天文观测不再局限于某个固定的台站。简单说，天文干涉技术就是把很多台射电望远镜对同一目标观测的结果，或者通过光纤信号传输，或者通过原子钟同步，再经超级计算机后期处理，综合每台射电望远镜的数据，模拟使用一台超大口径射电望远镜的观测结果，以达到超高的分辨率。
有了射电干涉技术，射电天文学家就可以跨越大陆、大洋，将距离遥远的射电望远镜连在一起，因为这样的射电望远镜口径不再是单天线望远镜的直径（目前最大的是我国贵州FAST望远镜，口径500米），而是连接在一起形成望远镜阵列的望远镜中，最远端的两台望远镜间的距离（在地面上的极值可以是地球直径）。再利用综合孔径技术（将不同射电望远镜观测到的辐射信号按其相位进行叠加，相同相位的信号得到增强，而相位相反的信号则互相抵消），从而将射电望远镜的分辨率提高万倍。
位于美国新墨西哥州的甚大望远镜阵列（VLA）拥有27台射电望远镜，可以组成371条不同的基线（即从被观测天体的角度看来，任意两台射电望远镜间的距离）。基线的数量越多，基线越长，在射电波段观测得到的图像分辨率就越高。印度的巨型米波射电望远镜，是已建成的有物理连接的最大射电望远镜阵列。正在建造的欧洲低频阵列则由2万个小型天线组成，分布在48个不同的台址，其分辨率相当于一台口径几百千米的望远镜；大名鼎鼎的甚长基线（VLBI）干涉阵列拥有长达几千千米的基线，是射电干涉以及综合孔径技术应用的翘楚。
平方千米阵列望远镜开辟新历史
说到这里，我们就不难看出SKA为什么会成为全球天文学家关注的焦点：无论是基线的长度，还是一次投入观测的望远镜数目，都远远优越于目前已有的射电望远镜阵列；望远镜所在的西澳大利亚和南非都远离人口密集的城市，无线电干扰可以降至最低。位于西澳大利亚的SKA低频射电天线阵列将由分布在核心区域和三个旋臂的512个台站构成，观测的最长基线可达65千米，每一个台站都包括大约250个独立的偶极天线，意味着需要安装的天线总数将多达13万。
地处南非的中高频射电天线阵列也采用类似的建造模式， 133个陆续新建的台站将与南非已有的64架碟形射电望远镜一同组成大型射电望远镜阵列，最远基线长达150千米。排列在三个旋臂上的200架望远镜覆盖33平方千米的区域。
SKA的终极目标则更加宏伟，是上述望远镜阵列规模的十倍。其中澳大利亚部分的低频射电望远镜总数量将达到100万台，以南非为中心的中高频射电望远镜总量为2000台，将分布在博茨瓦纳、加纳、肯尼亚、马达加斯加、毛里求斯、莫桑比克、纳米比亚和赞比亚等八个非洲伙伴国境内。预计2025年左右， SKA就能够运行部分阵列开始天文科学探测工作。
史诗般的SKA让天文学家踌躇满志，这从SKA的科学目标涵盖的范围就可见一斑：挑战爱因斯坦的广义相对论（探求引力本质）、生命摇篮（搜寻地外文明）、星系形成、宇宙学和暗能量、探测宇宙曙光等等，全部是天文学最前沿最具吸引力的课题。SKA究竟会给我们带来多少惊喜，让我们拭目以待！