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

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」。

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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」。

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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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