平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）澳大利亞臺址

2019年3月12日，中國與澳大利亞、意大利、荷蘭、葡萄牙、南非、英國七個參與平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）項目的國家齊聚意大利羅馬，共同作為創(chuàng)始成員國，正式簽署了平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）天文臺公約，由此成立了這個旨在交付及運營SKA的政府間組織。

填補對宇宙認識的空白

作為一項國際大科學工程，平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）是國際天文界計劃建造并運行50年的世界最大綜合孔徑射電望遠鏡項目，致力于回答關于宇宙的一些基本問題，如天體形成、星系演化、引力本質、暗能量、暗物質等，涉及天文、無線電、信息科學、系統(tǒng)科學等基礎與高新技術領域。

SKA不是單臺望遠鏡，而是一系列被稱為陣列的、綿延數(shù)公里的望遠鏡網(wǎng)絡，其對于天空的監(jiān)測將顯示前所未有的細節(jié)，其繪制天空圖譜的速度也將數(shù)倍于現(xiàn)有設施。目前SKA兩大臺址建在澳大利亞和南非，后續(xù)在兩國及其他非洲國家都會進行擴建。

世界上最快的兩臺超級計算機將被用于處理SKA產(chǎn)生的史無前例的數(shù)據(jù)量——每年全球科學界將存儲并分發(fā)約600拍字節(jié)（1拍字節(jié)=1015字節(jié)）的數(shù)據(jù)量，合50多萬臺筆記本電腦的數(shù)據(jù)量。

一旦建成，SKA將成為地球上最大的科學工程，其設施遍布南北半球、三個大洲。加上詹姆斯·韋伯太空望遠鏡、歐洲粒子物理研究所（CERN）大型強子對撞機、LIGO引力波探測器、新一代大型光學望遠鏡和ITER聚變反應堆等設施，SKA將成為人類在21世紀進行物理學研究的支柱工程設施之一。

SKA將幫助我們填補對于宇宙基本認知的空白，助力來自參與國家的天文學家研究引力波，檢測愛因斯坦的相對論，研究神秘瞬變源的本質，提升我們對于宇宙數(shù)十億年演化歷程的認知，繪制數(shù)億河外星系的地圖，并尋找地外文明的跡象。

領導望遠鏡設計的SKA組織總干事菲利普·戴蒙德（Philip Diamond）教授表示：“就像當年的伽利略望遠鏡一樣，SKA也將顛覆我們對周圍世界及人類在其中所處位置的認識。公署的簽約彰顯了這一愿景背后的全球承諾，為未來數(shù)代人的突破性發(fā)現(xiàn)打開了大門?！?/p>

國際合作奠定SKA現(xiàn)實基礎

SKA由全球多個國家參與籌建，項目建設準備階段由2011年正式成立的非營利的獨立法人科研組織——SKA組織（SKAO）管理。 SKAO總部設在英國，兩個臺址國分別為澳大利亞和南非（南非聯(lián)合其他8個非洲國家作為臺址），數(shù)百個反射面天線及數(shù)千個小天線組成的兩套天線網(wǎng)絡在兩個臺址國綿延數(shù)百公里。

目前，澳大利亞、加拿大、中國、法國、印度、意大利、荷蘭、新西蘭、南非、西班牙、瑞典和英國等12個成員國參與了SKA建設準備階段（2012—2019年）。

SKA采取分階段逐步建設、邊建設邊運行的方式，其優(yōu)勢在于可根據(jù)資金技術情況分階段建造，建成部分可獨立運行工作，具有很強的可擴展性。SKA第一階段（以下簡稱SKA-1）預計完成10%的SKA建設任務（2020—2029年），其余建設任務擬在第二階段（以下簡稱SKA-2）完成（2029年以后）。

為保證各成員國政府提供穩(wěn)定的經(jīng)費支持，確保SKA項目長期有效地運行，并享有特權與豁免待遇，各成員國擬通過談判建立一個具有法律約束力的國際組織，協(xié)調(diào)管理未來SKA項目的建設和運行。經(jīng)過三年多的談判磋商，2019年3月12日，中國與澳大利亞、意大利、荷蘭、葡萄牙、南非、英國七個國家共同作為創(chuàng)始成員國在意大利羅馬正式簽署了平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）天文臺公約。SKA董事會主席凱瑟琳·薩斯基（Catherine Cesarsky）博士表示：“羅馬不是一天建成的。同樣，設計、建造及運營世界最大望遠鏡也需要數(shù)十年的努力、專業(yè)積累、創(chuàng)新、毅力及全球協(xié)作。而今天，我們已經(jīng)奠定了使SKA成為現(xiàn)實的基礎?！?/p>

自2020年年底開始，SKA成員國的公司和供應商將可獲得近7億歐元的SKA建造合同，為這些國家的投資提供可觀的回報。設計并建造SKA還將產(chǎn)生副產(chǎn)品——已有一些初創(chuàng)企業(yè)基于一些設計工作而創(chuàng)立，其影響遠遠超出了天文學的范疇。

在過去五年中，來自20個國家的1000多名工程師和科學家參與了SKA的設計工作，在不同國家設立了新的研究項目、教育計劃及協(xié)作機制，以培訓新一代的科學家和工程師。

2019年3月12日，平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）項目創(chuàng)始成員國正式簽署了平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）天文臺公約

在SKA項目中發(fā)揮積極作用

SKA是繼ITER之后中國參與的第二個國際大科學工程。中方自2012年，通過廣泛的國際合作深度參與SKA的關鍵技術研發(fā)、核心設備研制和科學問題研究，充分展現(xiàn)了中國的科技創(chuàng)新能力，在SKA各項事務中發(fā)揮了積極作用。

首先全面深入?yún)⑴cSKA工作包研發(fā)，提供中國方案、貢獻中國智慧。中方十余家大學、企業(yè)和科研機構自2013年以來參與了SKA建設準備階段反射面天線、低頻孔徑陣列、科學數(shù)據(jù)處理、信號與數(shù)據(jù)傳輸?shù)绕邆€國際工作包聯(lián)盟的工程設計研發(fā)工作。經(jīng)過多年的技術攻關，中方部分研發(fā)團隊實現(xiàn)了技術上從跟跑、并跑向領跑的跨越。其中，中方提出的反射面天線方案被選為SKA中頻天線的唯一設計方案，中方當選SKA國際天線工作包聯(lián)盟新任主席。這是中方第一次正式牽頭SKA工作包國際聯(lián)盟工作，通過國際大協(xié)作全面主持主導工程核心技術研發(fā)，為未來SKA項目的順利實施奠定了堅實的基礎。

二是明確科學目標，深化雙邊科技合作和人員交流。2014年以來，中方確立了SKA“2+1”的首要科學目標，優(yōu)先支持“宇宙黎明和再電離探測”與“脈沖星搜尋和精確引力檢驗”等研究。圍繞核心科學目標，科技部聯(lián)合中科院組織了由150多名天文學家構成的中國SKA科學團隊。通過學科布局、項目設置、國際合作、人才引進等方式加快SKA人才隊伍與科學技術能力建設，推動SKA目標的早日實現(xiàn)。同時，通過多種方式遴選和推送國內(nèi)外優(yōu)秀人才赴SKA組織任職，支持SKA組織運行管理。

近年來我國在包括射電天文在內(nèi)的天文學方面發(fā)展迅速，但我們也清醒地認識到我國在科研實力和人才隊伍等方面距離所確立的SKA科學目標還有差距，中國SKA事業(yè)必須對人才培養(yǎng)予以高度重視。在科技部人事司的大力支持下，國家遙感中心已連續(xù)四年舉辦國際組織培訓班，持續(xù)大力培養(yǎng)具有國際視野和多文化環(huán)境工作能力的高級專業(yè)技術和管理人才，并與專業(yè)的人力資源機構合作，進一步擴充我們選拔人才的數(shù)據(jù)庫。截至目前，中方在SKA組織正式任職人數(shù)為3人，累計派出6人赴SKA組織工作。此外，2017年啟動了中國SKA人才培養(yǎng)專項，旨在選派我國優(yōu)秀博士生赴國外SKA研究機構進行聯(lián)合培養(yǎng)。截至目前共計派出了25名博士生赴澳大利亞和英國進行聯(lián)合培養(yǎng)，中方學生的學習態(tài)度和能力受到了外方的高度認可。

作為SKA全球多元化創(chuàng)新版圖中日益重要的一極，未來中方將繼續(xù)積極融入全球創(chuàng)新網(wǎng)絡，通過廣泛的國際合作共同解決重大全球性科學問題，共同探索人類前沿知識領域的未知世界，為人類文明發(fā)展作出貢獻。（國家遙感中心供稿）