能探索整個宇宙，甚至是外星生命！全球最強大的陣列望遠鏡將於2028年完工

蔡娪嫣

歷時數十年籌畫，世界上最大的天文觀測設施「平方公里陣列望遠鏡」（Square Kilometre Array）5日在澳洲西部正式開工，預計建造超過13萬支聖誕樹形狀的SKA-Low天線，2028年完工。未來合併該計畫位於南非卡魯盆地的197座碟形天線陣列，將形成跨越兩大洲、能捕捉整個可觀測宇宙的超大望遠鏡。

科學家盼藉此窺視數十億年前宇宙大爆炸早期，揭開第一批恆星和星系形成的謎團，研究暗物質和宇宙膨脹的成因，並尋找地外生命的蹤跡。澳洲天體物理學權威達菲（Alan Duffy）表示，此類新一代電波望遠鏡的最大發現將是「當今科學完全未知的事物」。

SKA-Low望遠鏡負責人皮爾斯（Sarah Pearce）表示，這將定義未來50年的電波天文學，「SKA望遠鏡的靈敏度足以探測，環繞數十光年外恆星的行星上是否存在機場雷達，因此甚至能期待它回答最重要的問題『宇宙中的生命體只有我們嗎？』」

「平方公里陣列望遠鏡」是一項政府間國際電波望遠鏡計畫，被譽為本世紀最宏大的科學合作計畫。為共同建設和運營望遠鏡，7個發起國──澳洲、中國、義大利、荷蘭、葡萄牙、南非和英國──2019年3月成立「平方公里陣列望遠鏡天文台」（SKAO）。截至目前，瑞士、法國、西班牙、德國、加拿大、印度、瑞典、南韓和日本也表示願意加入SKAO計畫。

多座天線組成陣列擴大觀測力

電波望遠鏡收集的訊號是來自宇宙的電磁波，可以探測光學望遠鏡看不到的許多東西。上個世紀，天文學界借助電波望遠鏡發現了脈衝星（pulsar）、宇宙微波背景輻射（CMB）等重大成果。

天文望遠鏡的口徑越大，越有利於觀測，電波望遠鏡也是如此，由於它所收集電磁波的波長較長，往往需要百公尺口徑以上才方便觀測。現在世界最大單口徑電波望遠鏡「500米口徑球面射電望遠鏡」（FAST）就位於中國貴州。

世界最大單口徑電波望遠鏡——500公尺口徑球面射電望遠鏡（FAST）（AP）
世界最大單口徑電波望遠鏡——500公尺口徑球面射電望遠鏡（FAST）（AP）

世界最大單口徑電波望遠鏡——500公尺口徑球面射電望遠鏡（FAST）（AP）

然而電波望遠鏡的口徑再大也有極限，單個望遠鏡要蒐集更大規模的訊號也很難。為此，科學家們想出了一個方法，就是用多座天線組成一個陣列（array），分布在遼闊的地理空間，對收集的訊號進行綜合分析，就相當於有了一個超大的望遠鏡。

這就是國際天文學界設法在澳洲、南非建設「平方公里陣列望遠鏡」的原因。由名稱可知，它建成後單是收集訊號的面積就可達到一平方公里，觀測能力是現有其他設備無可比擬的。

歷時數十年籌畫，世界上最大的天文觀測設施「平方公里陣列望遠鏡」（Square Kilometre Array）12月5日在澳洲西部正式開工。（取自skao官網）
歷時數十年籌畫，世界上最大的天文觀測設施「平方公里陣列望遠鏡」（Square Kilometre Array）12月5日在澳洲西部正式開工。（取自skao官網）

歷時數十年籌畫，世界上最大的天文觀測設施「平方公里陣列望遠鏡」（Square Kilometre Array）12月5日在澳洲西部正式開工。（取自skao官網）

敏銳收集輻射訊號，有助尋覓地外智慧生命

「平方公里陣列望遠鏡」的構思最早在1990年代被提出，並於2010年代後期進一步開發、設計和籌措資金。由於從南半球觀看銀河的視野較佳，專家最終選擇在澳洲建設低頻天線，在南非設立中頻天線。原計劃於 2021年1月開工，但受到成本上漲與新冠疫情爆發而推遲到現在。

2022年末終於開工，研究人員充滿期待。新南威爾斯大學（University of New South Wales）天文學家哈維-史密斯（Lisa Harvey-Smith）稱這一天對全球天文學界具有重要意義，「超過1000人為實現這一目標付出逾20年的努力，每個人都會為今日的集體成就感到自豪」。

澳洲天體物理學權威達菲（Alan Duffy）表示，SKA將使天文學家能夠看到「整個可觀測宇宙」，科學家訂定的目標與望遠鏡本身一樣宏大，希望從中尋找正在形成的行星和地外生命跡象，並尋找看不見的暗物質、研究宇宙膨脹的成因。

據悉，銀河當中大約有2000億顆恆星，500億到1000億個星系，然而這些星體全部加起來，竟只占宇宙所有東西的比例4％。天文學家經過長久研究，推論剩下的96％由暗物質和暗能量組成，然而透過各種常規觀測方法，卻都無法證明暗物質的存在。

因此，雪梨天文學院副院長墨菲（Tara Murphy）將「平方公里陣列望遠鏡」視為改變遊戲規則者，她相信超大望遠鏡落成後，不僅電波天文學界，人類對宇宙的認識也會出現天翻地覆的變化。「SKA將對宇宙進行最敏銳的調查，」她說道，「我們將能夠識別出宇宙發生的罕見事件，包括大質量恆星死亡時的劇烈爆炸。」

科廷電波天文學研究所（Curtin Institute of Radio Astronomy）高級博士後研究員普萊斯（Danny Price）形容，SKA的探測靈敏度強大到，可以檢測出2.25億公里外的火星太空人口袋裡的手機，「更令人興奮的是，如果附近的恆星上，存在技術與人類相似的『智能社會』（intelligent societies），SKA就可以檢測到他們無線電和電信網絡『洩漏』出的訊號輻射——這是第一台足夠靈敏的望遠鏡，可以實現這一壯舉。」

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