SKA布局

  如何将SKA望远镜分布在两个大陆上?

一个巨大的后勤挑战

  SKA的总接收面积将超过一平方公里,或者说1,000,000平方米。这将使SKA成为远超过其他望远镜的有史以来建造的最大射电望远镜。为了达成此目标,SKA将使用数千个反射面天线(高频率)和更多的低频和中频孔径阵列望远镜。

  望远镜并不是仅仅成群地集中在核心区域,而是将按多个螺旋臂构造分布。天线将从中央核心起分布到广阔地域,组成众所周知的长基线干涉阵列

  在这样一个阵列中,物理距离分开了这些望远镜,他们之间的距离是通过射电信号到达每个接收机的时差精确计算出来的。计算机就可以计算出如何组合这些信号来合成相当于这两个区域之间宽度那么大的单个天线所接收的信号。

  如此,干涉测量技术使天文学家可以在阵列中模拟出一个和天线最大分布距离一样尺寸的望远镜,如果需要的话,可以使用几个子阵列来模拟一个小望远镜,甚至可以模拟多个小望远镜。

  这样胜于建一个巨型天线,这种干涉测量构造的适应性在某些方面超过了单个巨型天线的性能。这个系统可以用作一个巨型望远镜或多个小型望远镜,或在两者之间任意组合。

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SKA天线在一个大陆上延伸。图片来源:SKA组织

  科学家们在详细研究如何优化配置来获得最好的结果后选择了螺旋形布局设计。

  螺旋形配置给出了天线之间不同的长度(基线)和角度使得SKA有非常高分辨率的成像能力。

  完美的布局其实是天线之间按照不同基线和角度的数量最大化随机分布。然而建设和用电缆把天线连接的实际性意味着螺旋形配置是在图像分辨率和成本上最好的折中。

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位于澳大利亚的一个低频阵列的效果图

 

  高频反射面天线将分布在非洲数千平方公里的土地上,孔径阵列天线将从非洲和澳大利亚核心区域延伸200公里。

  每一个望远镜将连接至中央核心,中央核心将通过相关器组合来自每一个望远镜的数据并整合成易于处理的大小的数据包。这些数据将通过高速网络在全球范围传递到科学家的电脑屏幕上,这些科学家会处理从将成为世界上最大射电望远镜获取的极大量信息。

有趣的事实

• 目前在世界上分布了若干长基线网络,他们位于欧洲、加拿大、美国、俄国、日本和澳大利亚。
非洲甚长基线网络(AVN)将把已有的闲置大型(30米)射电通讯天线改作天文用途。
• 在欧洲的JIVE(欧洲VLBI联合研究院)是一个建于1993年的SKA探路者。
甚长基线阵列(VLBA)使用了十个在5351英里跨度上横穿美国的专用25米望远镜。作为一个天文设施,它是最大的全年运行的射电望远镜阵列。
LOFAR望远镜,由ASTRON射电天文台在荷兰建设,作为SKA探路者,它是目前存在最大的跨国连接的射电望远镜。