中國天眼不再是世界第一? 全球最大射電望遠鏡開建, 造價151億

人的眼睛只能看到波長介於380至750奈米的可見光，宇宙中還有很多波長比可見光長得多的電磁波，比如無線電波。為了觀測宇宙中的無線電波源，就需要透過射電望遠鏡。口徑越大，射電望遠鏡就越靈敏，解析度也會越高，這樣可以探測到更加微弱的宇宙訊號。

作為全球最大的單一口徑射電望遠鏡，中國天眼（FAST）的口徑達到了500米。憑藉著超高的靈敏度，FAST開機執行後不久，很快就觀測到了神秘的快速射電暴（FRB），以及數百顆脈衝星。

脈衝星其實就是恆星死亡後留下的緻密中子星，它們輻射出的無線電訊號極其穩定，在未來可以被用於星際飛行的導航星。此外，FAST還有一個讓普通人非常感興趣的目標，那就是搜尋外星文明發出的無線電波。

射電望遠鏡已經展現出了強大的觀測能力，此前直接拍攝到的M87超大質量黑洞照片，就是利用了位於全球的射電望遠鏡。因此，天文學家還在不斷追求建造更加強大的射電望遠鏡。

目前，新一代的巨型射電望遠鏡陣列——平方公里陣列（SKA）已經正式開建，中國也參與其中。那麼，這個新的射電望遠鏡究竟有多強大？FAST不再是世界第一了嗎？

30年前，天文學家提出了構建巨型射電望遠鏡陣列的設想。經過多年的全球選址，SKA最終落戶南非和澳大利亞，這兩個國家都有理想的無線電靜區，受到的干擾較少，這可以讓射電望遠鏡接收到來自宇宙深處的微弱無線電波。

與單口徑射電望遠鏡不同的是，SKA是一組射電望遠鏡陣列。按照計劃，南非臺將會建造數千個獨立射電望遠鏡，而澳大利亞臺將會建造100萬個有線天線。綜合而言，這些天線的總接收面積可達1平方公里，這也是平方公里陣列名稱的由來。

雖然SKA的每臺天線不大，解析度有限。但透過所有天線接收相同的無線電波，再對這些波進行干涉，這樣可以得到等效口徑相當於射電望遠鏡之間距離的綜合孔徑射電望遠鏡。事件視界望遠鏡就是利用這種干涉技術，使得等效口徑相當於地球直徑，這樣才有能力直接觀測到5400萬光年外的黑洞。

憑藉著巨大的接收面積和基線長度，SKA將成為全世界最大的射電望遠鏡，其靈敏度是目前最強射電望遠鏡陣列的50倍，而速度則要快上1萬倍，每秒收集多達13 TB的資料，它將能捕捉到比哈勃太空望遠鏡解析度更高50倍的影象。

按照計劃，SKA將耗資20億歐元，摺合人民幣151億元。目前，SKA已經正式開建，我國積極參與這個國際合作專案，提供了各項技術支援。SKA預計在2028年全面建造完成，並且將會持續執行50年。

SKA被天文學家寄予厚望，它將有望回答一些重大的宇宙問題：

（1）廣義相對論的極端測試

引力透鏡、引力波、黑洞、引力時間膨脹效應，諸如此類的引力現象，都是愛因斯坦廣義相對論的預言，這個引力理論已經經受住了各種嚴苛測試。透過SKA搜尋脈衝星，使其作為引力波探測器，或者觀測繞行黑洞的脈衝星，天文學家可以非常極端地檢驗廣義相對論的極限。

（2）窺探宇宙起源

SKA可以觀測到宇宙的最深處，接收到宇宙中第一批恆星和星系發出的光。不僅如此，SKA還能看到第一批恆星和星系誕生之前的宇宙黑暗時代，那時距離宇宙大爆炸才過去30萬年，距離現在已經過去了138億年。

（3）揭示神秘的暗物質和暗能量

要說當今宇宙學中最重大的兩個未解之謎，無疑是暗物質和暗能量。我們在宇宙中所能直接觀測到的物質和能量只佔宇宙質能總和的5%，另外95%都是神秘莫測的暗物質和暗能量。

暗物質提供了星系、星系團結構所需的額外引力，而暗能量推動宇宙空間加速膨脹。SKA有能力探測到可觀測宇宙邊緣的數十億個星系，由此可以揭示宇宙的大尺度結構，進而準確測量出暗物質和暗能量所造成的效應。

（4）尋找外星生命和文明

SKA不但可以探測到遙遠宇宙中的複雜有機化合物，比如氨基酸，而且還有能力接收到外星文明發出的無線電波。理論上，如果50光年（473萬億公里）之外的行星上有外星人用了機場雷達，SKA將能直接探測到這種外星訊號。

根據德雷克方程的估計，擁有2000億顆恆星的銀河系，很可能存在成千上萬個智慧文明。如果外星文明也用無線電波進行通訊，或者他們也像人類一樣主動向外發射訊號聯絡其他文明，那麼，SKA將有望直接探測到。雖然更高等文明可能會用其他方式進行通訊，但總會經歷無線電波階段，當年他們發出的訊號現在可能還在浩瀚的星際空間中傳播，有待SKA去發現。

最後，雖然SKA確實非常強大，但我們的FAST也一點不差。射電望遠鏡的靈敏度本質上還是取決於物理口徑大小，口徑才是王道，單口徑極其巨大的FAST擁有極高的靈敏度，其優勢無法取代，這可以與SKA進行互補。