以英国、澳大利亚和南非为中心建造全球最大的射电望远镜的国际联合项目即将启动。作为项目母体的天文台预定于1月15日投入运行,将着手建设接收灵敏度达到原来50倍以上的设施。日本的参与方法尚未确定,不过,该项目有望揭开各种谜团,比如观测宇宙第一颗恒星诞生带来的“宇宙黎明”、探索星系的演化以及文明的进程。
在南非设置的中高频用抛物面天线示意图=图片由SKA机构提供
项目名称为“SKA(平方公里阵列)计划”,将组合使用大量射电望远镜。之所以叫这个名字,是因为所有望远镜加在一起的面积达到1平方公里左右,为全球最大。射电望远镜计划分2期建设。
除英国、澳大利亚和南非外,欧洲各国、印度及中国等也成立非营利组织“SKA机构”(总部:英国)进行了讨论。政府之间为实现稳定运营而签订的天文台条约将于2021年1月15日生效。SKA天文台近期将召开首次评议会,确定项目计划。预计日本也将以观察员的身份出席。
SKA的研究主题之一是探测地球以外的智慧生命体。假如靠近太阳的1万颗恒星上存在文明,并且使用机场雷达,那么凭借SKA的灵敏度就可以捕捉到。据说在2期计划中还可以接收电视电波。
通过观测已知的恒星物质——氢原子释放的21厘米波长电波来探索宇宙诞生后的世界的方法也备受关注。目前的理论认为,宇宙诞生后形成的氢为离子状态,但冷却后变成普通的氢聚集,由此形成了最初的恒星。研究认为,这些恒星释放的紫外线使氢再次变成离子,直到现在。
通过进行观测,有望获得了解初期宇宙是如何形成的等线索。观测氢还能调查星系的演化等谜团。
另外,还有望开展详细调查接收到的电波的性质变化的研究。也许还能探索遍布星系的“宇宙磁场”的起源。
此外,通过调查名为“脉冲星”的中子星发出的信号,有望验证爱因斯坦的广义相对论以及观测超大质量黑洞合体产生的引力波。据说还可以检测到宇宙诞生后不久发生的快速膨胀现象——“暴胀”的痕迹。
SKA的1期计划预定在南非设置约200台抛物面天线、在澳大利亚设置约13万台类似于电视天线的线状天线。还将与南非的射电望远镜“Meer KAT”等一起运行,计划2028年前后全面投入使用。预计建设运营费用约为2300亿日元。2期计划打算将天线数量增至1期的10倍。
在澳大利亚设置低频用天线(示意图)=图片由SKA机构提供
观测的电波为厘米波~米波。波长与收音机、电视和手机等使用的波长相同。日本也参加的、位于南美智利的射电望远镜“ALMA”以波长较短的毫米波~亚毫米波为观测对象。二者属于互补关系,通过不同的波长观测相同的天体。
与SKA相同的射电望远镜中目前全球性能最高的是美国的“JVLA”。SKA的灵敏度在1期计划中就达到JVLA的10倍,表示天体识别能力的分辨率同样达到JVLA的10倍,都非常高。可以更加精确地观测以前难以观测的宇宙结构和星系等。
日本的研究人员也对SKA计划表现出极大的兴趣。研究人员联合成立了“日本SKA协会”。位于国立天文台水泽VLBI观测所等的“VERA望远镜”被认证为推进SKA计划的装置,观测所成立了研究团队,正在讨论参与体制和规模等。
非洲的科学振兴
SKA计划是非洲基础科学领域的第一个大规模国际联合项目,对南非以外的地区也可能产生重大影响。非洲的沙漠地带等不容易受到噪声影响,适合设置天线。2期计划还将在博茨瓦纳和加纳等地建造天线。
全球的研究人员联合成立的国际天文学联盟2011年在南非设置了“促进社会发展的天文学推进室”,致力于天文学的普及活动。还积极支援参与SKA计划的年轻研究人员。另外还举行了以分析观测电波产生的大数据为主题的会议。除此之外,还在推进将数据分析引入大学教育课程的活动。
日文:竹内雅人,《日本经济新闻》,2021年1月4日
中文:JST客观日本编辑部