芻論落選天文世紀(jì)工程
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落選天文世紀(jì)工程
宇宙的邊緣是什么、大爆炸開始的瞬間是什么樣、暗物質(zhì)和暗能量到底在哪里、外星文明離我們到底有多遠(yuǎn)？要回答這些關(guān)乎人類終極論文聯(lián)盟http://m.78375555.com命運(yùn)的問題，都需要龐大的天文望遠(yuǎn)鏡讓科學(xué)家去宇宙中尋找答案。
功勛卓著的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，在其運(yùn)行的20多年時間里極大豐富了人類對宇宙的認(rèn)識。與空間望遠(yuǎn)鏡相對應(yīng)，地面上的射電望遠(yuǎn)鏡，也在為人類默默做著貢獻(xiàn)，在可見光之外更廣泛的光譜范圍內(nèi)采集宇宙的圖像。
由于不需要鏡片，射電望遠(yuǎn)鏡可以做得很大，甚至可以做成許多小天線組成的陣列。20年前，“平方公里陣列”（Square Kilometer Array，下稱SKA）望遠(yuǎn)鏡計劃被提出，科學(xué)家謀劃利用3000個直徑大約在15米的碟形天線，構(gòu)成聚光面積達(dá)1平方公里的望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)，其靈敏度將達(dá)到現(xiàn)有地球上最大射電望遠(yuǎn)鏡陣列的50倍，解析度則將是后者的100倍，其掃描太空的速度更是現(xiàn)今最大望遠(yuǎn)鏡的1萬倍。
不過，SKA需要國際科研合作，且耗資巨大，項(xiàng)目預(yù)計總投資20億歐元，項(xiàng)目選址也慎之又慎。2012年5月25日，SKA組織宣布：澳大利亞、新西蘭、南非三國將聯(lián)合建造這一世界最大射電天文望遠(yuǎn)鏡，其中南非將承擔(dān)項(xiàng)目的大部分建設(shè)工作。 作文 /zuowen/
這一消息讓南非舉國歡騰，其熱烈程度堪比當(dāng)年申辦世界杯成功。在南非政府看來，比起世界杯通過足球讓世界了解南非的作用，SKA對南非乃至非洲大陸的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的推動或?qū)⒏鼘?shí)在。
南非的歡騰背后，襯托著中國科學(xué)家的落寞。作為SKA的發(fā)起國之一，中國曾是SKA臺址的有力競爭者之一，但最終無奈出局。
花落南非
1993年，國際無線電科學(xué)聯(lián)盟中，包括中國在內(nèi)的10個國家提議合作建造世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡，要求望遠(yuǎn)鏡的反射面積是1平方公里，當(dāng)時這一計劃被稱為“大望遠(yuǎn)鏡”(Large Telescope)計劃。1999年，該計劃正式改名為SKA。
按照該計劃，SKA建成后，上千架射電望遠(yuǎn)鏡在地面上構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)將類似于一幅螺旋發(fā)散的麥田怪圈圖案。
整個陣列中大約50%的望遠(yuǎn)鏡天線位于中央核心區(qū)的5公里半徑內(nèi)，另外的25%將外延至200公里范圍，最后的25%將延伸超過3000公里，所有這些望遠(yuǎn)鏡被等效為一個反射面積高達(dá)1平方公里的超大望遠(yuǎn)鏡。
中科院國家天文臺大射電望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)室一名研究員稱，這樣大的望遠(yuǎn)鏡，假如對準(zhǔn)外星人的星球，就連外星人的電視信號都能探測得到。
SKA的主要參加國包括澳大利亞、中國、法國、德國、意大利、荷蘭、新西蘭、南非和英國等20個國家。SKA 項(xiàng)目計劃于 2016年開始動工，2022 年完工。該項(xiàng)目資金投入高達(dá)20億歐元，此外每年的運(yùn)行費(fèi)用預(yù)計高達(dá)1億到1.5億歐元，其中相當(dāng)一部分都會花在建造國。因此，許多有條件的國家都先后提出了將臺址放在本國的申請。在項(xiàng)目的開始之初，包括澳大利亞、南非、中國、阿根廷在內(nèi)的至少六個國家提出了相關(guān)建設(shè)方案。
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不過，SKA 項(xiàng)目對臺址的要求也非�？量�。它需要至少100平方公里沒有射電干擾的接收面積，還需要3000公里的天線陣覆蓋范圍，在任何一個觀測站周圍，都不能有任何無線電信號干擾。
澳大利亞方面提出的方案中，望遠(yuǎn)鏡陣列的核心位于默奇森射電天文臺(Murchison Radio Observatory)，那里是地球上最偏僻的地方之一，只有160人居住。從該地區(qū)再延伸到新西蘭，這一聯(lián)合地址為獲取最佳的圖像分辨率提供了絕無僅有的5500公里的基線。
在南非提出的技術(shù)方案中，南非可以在北開普省卡魯盆地的卡那封附近提供至少150平方公里的無干擾面積，外圍接收站將分別位于臨近的納米比亞、莫桑比克、馬達(dá)加斯加、贊比亞、毛里求斯、肯尼亞和加納境內(nèi)。
南非科技部部長納萊蒂·潘多爾 ( Naledi Pandor)女士告訴財新記者，南非的《天文地理優(yōu)勢法案》為北開普省觀測天文活動地區(qū)提供了保護(hù)。它為這些地區(qū)屏蔽掉了長波段射頻頻譜，對SKA的運(yùn)作起到了關(guān)鍵作用，這一法案對南非競標(biāo)SKA起到了十分重要的作用。
卡魯位于南非西部廣袤的沙漠地區(qū)，歷來是天文研究的絕佳地點(diǎn)，為了申建成功，南非已經(jīng)開始在這里建造“南非臺地陣望遠(yuǎn)鏡”(Meer KarooArray Telescope，下稱MeerKAT)，這座強(qiáng)大的射電望遠(yuǎn)鏡擁有80個碟形接收器。MeerKAT最早將于2014年投入試運(yùn)行。 論文代寫 http://m.78375555.com
為增加成功的砝碼，南非還投資1040萬歐元建設(shè)了超高速寬帶，這條光纖連接的傳輸速度高達(dá)10GB/秒，完全可以滿足SKA的帶寬需求，以便研究人員實(shí)時獲得數(shù)據(jù)。
由于澳大利亞和南非的方案各有優(yōu)勢，雙方爭執(zhí)不下，最后SKA組織達(dá)成了一個折中方案——SKA組織主席約翰·沃姆斯利（John Wommersley）于2012年5月25日在荷蘭阿姆斯特丹舉行的一場新聞發(fā)布會上宣布：“我們決定了一個雙臺址方案。”
按照該方案，這項(xiàng)工程將拆分到南非和澳大利亞兩地建設(shè)，而不是像原計劃那樣在其中一地建設(shè)。該項(xiàng)目中三分之二的天線將建在南非和非洲其他地區(qū)，另三分之一的天線將建在澳大利亞和新西蘭。
SKA項(xiàng)目一旦竣工，將為天文學(xué)家提供一個全新的工具，呈現(xiàn)出星系中令人難以置信的細(xì)節(jié)。
SKA項(xiàng)目科學(xué)家、美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的約瑟夫·拉齊奧（Joseph Lazio）認(rèn)為，SKA能夠發(fā)現(xiàn)地球以外世界的無線電信號，也許在50年內(nèi)，人類便可發(fā)現(xiàn)另一個在科技方面與我們相當(dāng)接近的文明。
中國緣何出局
中國提出的候選臺址，是貴州省會貴陽以南大約170公里的黔南州平塘縣大窩凼。大窩凼是一處喀斯特洼地，由石灰?guī)r經(jīng)水流侵蝕后形成，中國的方案是在洼地中建造望遠(yuǎn)鏡天線，構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)。2005年夏 作文 /zuowen/
天，SKA選址委員會的成員曾經(jīng)專程赴貴州，考察大窩凼的條件。根據(jù)SKA的要求，臺址需有一個半徑5公里的“核心區(qū)”，這里不能有手機(jī)信號，SKA的觀測頻段不允許受到干擾。之外還有半徑150公里的“協(xié)調(diào)區(qū)”，對無線電環(huán)境也有一定的要求。為此，2006年年初貴州省無線電管理局出臺規(guī)定，以大窩凼為中心畢業(yè)論文網(wǎng)http://m.78375555.com，半徑5公里范圍內(nèi)嚴(yán)禁設(shè)置任何無線發(fā)射設(shè)備。
為爭取SKA落戶中國，中國在2008年底開始在大窩凼建設(shè)世界最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，這一望遠(yuǎn)鏡全名為500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope），中國科學(xué)家將該項(xiàng)目簡稱為FAST。FAST這個名稱一語雙關(guān)，既明確說明了望遠(yuǎn)鏡的口徑，又是英文的“快速”之意。該項(xiàng)工程的投資為6.67億元人民幣，建設(shè)周期預(yù)計為五年半，計劃2014年建成。
2009年7月11日，中科院院士、原國際天文學(xué)聯(lián)合會副主席葉叔華在上�？萍拣^作演講時透露，為了爭取國際最大規(guī)模的射電望遠(yuǎn)鏡合作計劃來華，中國正在貴州省“筑巢引鳳”，建設(shè)全球最大的射電望遠(yuǎn)鏡。他所指的“巢”就是FAST，所要引的“鳳”就是SKA。
但是中國的“巢”，最終沒有引來“鳳”。從20年前就代表中國參與SKA項(xiàng)目的國家天文臺研究員彭渤告訴財新記者，SKA想法上世紀(jì)90年代初被提出，主要目的是尋找早期宇宙成因的證據(jù)。當(dāng)時希望在300公里范圍內(nèi)布陣，但是隨著參與國的增加，有了20個國家的67個研究所，大家的想法就更多。到初步選址前的2006年，已經(jīng)變成在3000公里范圍內(nèi)布陣。在沒有無線電干擾的環(huán)境要求上，“300公里范圍對中國來說已經(jīng)很勉強(qiáng)，3000公里外的觀測站周圍也要求沒有無線電信號的話，沒人相信中國能做到這一點(diǎn)，這是一個致命的問題。”彭渤說。按照3000公里的要求，中國最遙遠(yuǎn)的觀測站需要選擇在烏魯木齊，但烏魯木齊是個城市，觀測條件不會十分理想。 論文代寫 http://m.78375555.com
還有頻率覆蓋問題。彭渤透露，原來SKA計劃覆蓋3GHz以下的低頻范圍，這在貴州沒問題，不會受到天氣的影響，后來提高到10GHz，也馬馬虎虎，但是2006年變成了25GHz。由于對頻率的要求越高，其受天氣的影響就越大，貴州的高原氣候條件與南非和澳大利亞的沙漠相比，劣勢就很明顯了。
彭渤稱，實(shí)際上，剛開始的測評，無線電波環(huán)境最好的是中國，但是沒人相信中國的環(huán)境能保持50年至100年。據(jù)彭渤透露，外國專家曾對他說，即便有中國領(lǐng)導(dǎo)人的簽字，他們也不敢確信，畢竟中國太大，領(lǐng)導(dǎo)層的興趣是否會改變誰也說不準(zhǔn)。
對于落選SKA，彭渤略顯遺憾，作為21世紀(jì)最大的國際天文工程，該項(xiàng)目對帶動選址國的經(jīng)濟(jì)、科教的作用是非常明顯的。不過，他認(rèn)為：“不管望遠(yuǎn)鏡放在哪兒，中國既是首創(chuàng)國，又是參與國，最后望遠(yuǎn)鏡完成后的指標(biāo)如何，取決于大家的合作，對于科學(xué)上的貢獻(xiàn)，將是全人類的成果。”
事實(shí)上，SKA的各個成員國將充分參與這一項(xiàng)目。財新記者獲悉，中國電子科技集團(tuán)54所將參與碟形接收器的建設(shè)。另外，SKA組織目前還與成員國之外的印度，在高性能數(shù)據(jù)處理和電腦系統(tǒng)上展開了合作。申建成功后，納萊蒂·潘多爾在接受財新記者采訪時稱，她知道中國建設(shè)了射電望遠(yuǎn)鏡FAST以爭取SKA。她表示，中國落選臺址競爭并不等于FAST與SKA就沒有了任何聯(lián)系，SKA建成后，F(xiàn)AST可以與其進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)并成為一個觀測站。 代寫論文 http://m.78375555.com
非洲的福音
2011年財新記者在美國首都華盛頓參加美國科學(xué)促進(jìn)會年會期間，曾看到來自南非的政府工作人員在分發(fā)南非申建SKA的材料，并盛情邀請各國記者參加他們的發(fā)布會。與非洲國家的熱情相比，SKA在中國的熱度并不大。
“有人已經(jīng)將 SKA 項(xiàng)目對于南非的意義與剛剛過去的南非世界杯相提并論，這絕非沒有道理。”南非國際營銷理事會首席執(zhí)行官米勒·馬托拉（Miller Matola）說，正如2010年南非世界杯一樣，SKA 項(xiàng)目不僅再次將南非推到世界舞臺的聚光燈下，還會推動南非進(jìn)一步改善基礎(chǔ)設(shè)施，而從長遠(yuǎn)來看，能夠令世界各地的科研團(tuán)體獲益，同時拉動經(jīng)濟(jì)增長、提高教育水平和技能，最終造福于南非以至整個非洲大陸。
納萊蒂·潘多爾告訴財新記者，借申建 SKA 項(xiàng)目的契機(jī)，南非政府推出了一項(xiàng)全面的人才培養(yǎng)計劃，支持物理學(xué)、天文學(xué)、工程學(xué)和信息通信技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)生，2005年至今，共批準(zhǔn)了263 筆獎學(xué)金。此外，據(jù)她所知，非洲其他國家的大學(xué)，如博茨瓦納大學(xué)、馬達(dá)加斯加安塔那利佛大學(xué)和莫桑比克愛德華·孟德蘭大學(xué)等也專門開設(shè)了天文學(xué)和天體物理學(xué)方面的專業(yè)課程。 代寫論文 http://m.78375555.com
她表示，SKA帶來的挑戰(zhàn)，提高了南非學(xué)術(shù)界在科技領(lǐng)域的競爭力；人才發(fā)展項(xiàng)目激勵了南非學(xué)生學(xué)習(xí)物理、數(shù)學(xué)和工程學(xué)，有人甚至修到了博士學(xué)位。“更長遠(yuǎn)地看，人才發(fā)展項(xiàng)目將會把南非的勞動力帶上另一個層次，南非的發(fā)展將受益于這些有知識的人。”她說：“我們希望修建SKA不止對南非有益，更畢業(yè)論文網(wǎng)http://m.78375555.com是對整個非洲大陸起到積極的作用。從更宏觀的層面上說，SKA將南非的科研水平帶到了更高的層次。這同時也是全球SKA項(xiàng)目的重要里程碑——在此刻，最大的贏家是全球的科學(xué)事業(yè)。對南非和我們的非洲合作伙伴們來說，這標(biāo)志著進(jìn)入了一個新紀(jì)元——非洲的科研能力已經(jīng)進(jìn)入了國際領(lǐng)先水平。”
獲悉申建SKA成功后，南非工商業(yè)協(xié)會主席內(nèi)仁·勞（Neren Rau）表示，作為世界最大的望遠(yuǎn)鏡，SKA建設(shè)將極大推動南非知識經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其是在高端工業(yè)技術(shù)上，國際上的先進(jìn)技術(shù)將幫助南非解決制造業(yè)上的許多困難。
南非總統(tǒng)祖馬也在申建SKA成功后發(fā)表了賀詞，并著重指出，非洲確實(shí)在崛起，南非有信心幫助非洲大陸和整個世界實(shí)現(xiàn)這個夢想。
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