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SKA推動非洲天文學研究大發展

南非


SKA推動非洲天文學研究大發展

南非平方公里陣列天文望遠鏡項目副主任賈斯廷·喬納斯教授
5月25日，世界最大規模的天文望遠鏡平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）的最高決策機構SKA組織宣布，由南非和澳大利亞共同承建SKA ， 其中三分之二的天線將建在南部非洲 。消息傳出后，南非科技部部長娜萊迪·潘多爾用“欣喜若狂”來表達自己的激動之情 。南非SKA項目副主任賈斯廷·喬納斯教授也如釋重負，他激動地說：“我們等待這個決定太久了 ， 這是一段漫長而艱難的路 ?！?br /> 南非為什么能贏得SKA項目？SKA落戶非洲意義何在？南非如何保證SKA項目的順利實施？就這些問題 ， 喬納斯教授接受了科技日報采訪人員的書面采訪 。
占盡地利 構建人和
喬納斯博士畢業于南非羅德斯大學物理學與電子學系，長期從事天文學研究，先后擔任該系系主任、南非HartRAO天文臺主任 。2003年起，成為南非SKA項目科學家；2009年被任命為該項目副主任 ， 主管科學與工程 。喬納斯參與了南非競爭SKA項目的全過程，他認為，南非獨特的地理優勢和開創性的科學探索是南非贏得SKA項目的關鍵 。
喬納斯介紹，SKA天文望遠鏡要捕捉的是來自宇宙遙遠深處的非常微弱的無線電信號，因此對于建設地點有極高的要求 ， 而南非的選址完全滿足這些要求 。南非選定的SKA中心區位于北開普省的卡魯地區，那是一片廣袤荒涼的偏遠盆地，遠離經濟活動中心，人煙稀少 ， 無線電頻率干擾極少，是天然的無線電信號靜默區 。該地區海拔在1千米以上，氣候溫和 ， 沒有出現過極端天氣，空氣干燥（潮濕天氣會影響信號強度） 。這樣一個干燥的高原，為中頻率天文觀測提供了極佳的大氣和對流層條件 。
喬納斯指出，南非政府于2007年通過《天文學地理優勢法》，將北開普省定為天文學優勢地區，并將計劃建設的SKA中心周圍約12.5萬平方公里的區域劃為天文學研究保護區，對該地區及其周圍的無線電信號和人為活動進行嚴格約束 ， 并授權科技部部長采取必要措施，保證在SKA天線覆蓋的區域，無線電頻率干擾處于極低的水平 。
盡管該地區比較偏遠，但道路、電力等基礎設施條件都已具備，光纖網絡也正在鋪設 。目前已有9條海底光纜將非洲與世界其他地區連通，還有數條海底光纜正在建設中，非洲的互聯網帶寬已經得到極大的提升，而且還將成倍增加 ， 完全可以滿足未來天線與數據處理中心、中心與世界各地天文觀測機構之間的數據傳輸需求 。
為了申請SKA，南非首先完成了南部非洲大型望遠鏡項目（SALT） 。SALT目前是南半球也是非洲最大的單一光學望遠鏡 。為了給SKA項目做前期技術準備，南非從2004年開始推出MeerKAT項目一個由64個直徑為13.5米的碟形天線組成的陣列，預計在2016年全部完成 。在SKA建成前，MeerKAT將會成為南半球最龐大最精密的射電望遠鏡 。目前，MeerKAT的前身KAT-7已經完成，7個天線組成的陣列已經開始工作 。
SKA選址咨詢委員會認為 ， 南非提出的候選地址更為優越，但是為了使SKA更加具有包容性，最終采取雙址建設方案 。
推動非洲天文學研究
【SKA推動非洲天文學研究大發展】根據SKA組織的決定，SKA一期工程占總工程量的10%，南非現在正在建設的MeerKAT將作為其中的一部分，同時還要再在南非建設190個碟形天線 。在SKA建設第二階段，大約3000個碟形天線將建在南部非洲，其中50%的天線將建在卡魯地區 ， 部分天線將分建在博茨瓦納、加納、肯尼亞、馬達加斯加、毛里求斯、莫桑比克、納米比亞和贊比亞8國 ， 最遠的天線離中心的距離將超過3000公里；同時所有中頻孔徑天線（具體數目尚未確定）也將建在南部非洲 。
喬納斯認為，SKA主體項目落戶非洲，意味著南非科學家迄今為止所做的工作將為SKA做出直接貢獻 。MeerKAT與SKA項目一期在科學設計方面非常相似 ， 由于參與過MeerKAT碟形天線的研究 ， 南非的科研人員能直接加入到SKA項目第一階段的建設工作中，他們有機會成為未來SKA項目研究的領軍人物 。
喬納斯說，南非為贏得SKA做了長期努力，今天已經得到回報 。在2003年剛開始申請SKA項目時，整個南部非洲只有12位射電天文學家，而到2011年已超過60位，南非有100多位工程師在圍繞SKA項目開展技術研究 。非洲越來越多的大學開設天文學和天體物理學課程，與SKA有關的科學與工程中心在非洲大陸已是星羅棋布 。從2004年開始，南非SKA項目設立“青年科學工程計劃”，目的是提供與射電天文學有關的工程訓練，培育非洲自己的射電天文學研究能力 。目前已經在南非的大學中設立了5名首席研究員和2名教授，資助、培養了400多名學生 ， 其中有22位博士后和43位博士 。隨著SKA落戶非洲，非洲大陸的人力資源將得到更大規模、更高層次的開發，科技創新將使非洲在全球知識經濟領域扮演越來越重要的角色 。
國際合作的大平臺
喬納斯最后談道，SKA不僅僅是建在南非和澳大利亞兩國的天線陣列，還包括分布在各成員國的專家、機構、數據網絡和計算機設施 。SKA是一個大型全球合作項目，依賴于SKA組織各成員國的大力支持，其建設和運營費用也需要各成員國分擔，所有成員國將參與SKA的管理、開發和建設 。
南非已經在空間科學研究方面與眾多國家開展了合作 。比如，南部非洲大型望遠鏡（SALT）就與波蘭、美國、德國、英國、新西蘭和印度等國建立了合作關系 。來自22個國家、121家研究機構的360位科學家，參與了MeerKAT項目研究和建設 。
在談及與金磚國家的合作時，喬納斯指出，南非和印度已在高性能計算機和數據處理方面開展合作，南非和中國正在就碟形天線建設進行密切合作 。中國和南非都是SKA組織成員國，印度、俄羅斯和巴西很可能在將來加入SKA組織 ?？梢灶A期，金磚國家在SKA項目和空間科學研究方面的合作必將更加深入和寬廣 。

科技日報 李學華