Neliökilometri-taulukko Taiteilijan käsitys Etelä-Afrikan sivustosta.
Tyyppi | Vaiheistettu ryhmäantenni |
---|---|
Rakentaminen | 2023-2030 |
Ensimmäinen valo | 2028 (?) |
Verkkosivusto | skatelescope.org |
Osoite | Etelä-Afrikka |
---|---|
Yhteystiedot | 30 ° 43 ′ 16 ″ eteläistä leveyttä, 21 ° 24 ′ 40 ″ itäistä pituutta |
Tyyppi | Radiointerferometri ( d ) , vaiheistettu ryhmäantenni |
---|---|
Rakentaminen | Siitä asti kun 2020 |
Osoite |
Länsi- Australia Australia |
---|---|
Yhteystiedot | 26 ° 42 ′ 15 ″ eteläistä leveyttä, 116 ° 39 ′ 32 ″ itäistä leveyttä |
Neliökilometriä Array (lyhennettynä SKA , ranskaksi "verkosto neliökilometrin") on jättiläinen radioteleskooppiprojekti , jonka keräilyala on yhtä neliökilometri (kuten nimestään käy ilmi), joka koostuu useista interferometrisista verkoista metri- ja senttimetrillisillä aallonpituuksilla. SKA: n on suunnitellut kansainvälinen tieteellinen konsortio tutkimaan keskeisiä tieteellisiä kysymyksiä maailmankaikkeuden syntymästä elämän alkuperään .
Sen käyttöönotto suunnitellaan peräkkäin kahdessa paikassa, Etelä-Afrikassa ja sitten Australiassa:
Vaiheesta 1 lähtien SKA on yksi kaikkien aikojen pelottavimmista koneista, ja ylivoimaisesti vaikuttavin tiedonsiirron ja kytketyn laskentatehon suhteen. Verrattuna erittäin suureen ryhmään, tämän taajuusalueen parhaimpaan instrumenttiin, SKA1-MID: n resoluutio on neljä kertaa suurempi, viisi kertaa herkempi ja 60 kertaa nopeampi peittämään suuret kentät (mittaustila). Samoin SKA1-low on kahdeksan kertaa herkempi ja 125 kertaa nopeampi kuin LOFAR , nykyinen paras instrumentti SKA: n matalien taajuuksien alueella.
SKA havaita alhaisen taajuuden radio- aaltoja , ja se kattaa ennennäkemättömän alueella aallonpituuksilla , noin 50 MHz: n (6 m aallonpituus) yli 20 GHz: n (1,5 cm aallonpituus). Tämä suuri alue, joka on verrattavissa pehmeään X - UV - näkyvään - lähi-infrapunasarjaan, sekä odotettavissa oleva lukunopeuden ja kuvan laadun voitto verrattuna nykyisiin radioteleskoopeihin, tarjoaa pääsyn muutostutkimukseen pituuksina. metriset aallot.
Euroopassa SKA on tunnustettu merkittäväksi tutkimusinfrastruktuuriksi ja tutkimusinfrastruktuurien eurooppalaisen strategiafoorumin (ESFRI) lippulaivahankkeeksi.
Hanketta pilotoi parhaillaan brittiläinen voittoa tavoittelematon yritys SKA Organization ( SKAO ), jota seuraa hallitustenvälinen järjestö , SKA Observatory. Tämä olisi pantava täytäntöön asteittain vuoden 2018 lopusta.
SKAOn pääkonttori sijaitsee Jodrell Bankissa Isossa-Britanniassa.
Koska Espanja liittyi 19. kesäkuuta 2018, SKA-organisaation jäsenet numero 11.
Tarkkailijoita SKAO-hallituksessa ovat: Saksa, Ranska, jota edustaa CNRS-INSU, Japani, Malta, Portugali ja Sveitsi.
SKA: n tarina alkaa 1980-luvun puolivälissä. Erilaisia jättimäisiä radioteleskooppeja koskevat ehdotukset perustuvat tavoitteisiin, jotka vaihtelevat 21 cm: n HI-linjan havaitsemisesta kosmologisilla etäisyyksillä tai maan ulkopuolisten sivilisaatioiden ( SETI ) lähettämien signaalien radio- etsinnällä, jotka vaativat merkittävän määrän herkkyyden kasvu ja siten suuri keräyspinta. Pinta-ala on 1 km 2 on erityisen keskusteltiin konferenssissa IAU motivoi 10 : nnen vuosipäivän Very Large Array vuonna 1990 Soccorro New Mexico.
1993: Kansainvälinen radiotieteiden liitto ( URSI ) perustaa suuren teleskooppityöryhmän.
1994: Kansainvälinen tähtitieteellinen unioni perustaa työryhmän tähtitieteen erittäin suurista tulevaisuuden infrastruktuureista.
1997: Kuuden maan (Australia, Kanada, Kiina, Intia, Alankomaat ja Yhdysvallat) kahdeksan laitoksen välinen yhteisymmärryspöytäkirja tulevan erittäin suuren radioteleskoopin teknisen opinto-ohjelman toteuttamiseksi.
1998: nimen "SKA" valinta.
2000: yhteisymmärryspöytäkirjan allekirjoittaminen yksitoista maan edustajien välillä: Saksa, Australia, Kanada, Kiina, Intia, Italia, Alankomaat, Puola, Iso-Britannia, Ruotsi ja Yhdysvallat SKA: n kansainvälisen ohjauksen sijasta komitea.
2001: logon valinta.
2003: SKA-projektitoimiston perustaminen.
2005: Pöytäkirja SKA: n kehittämiseksi; Ohjauskomitea on laajennettu 21 jäseneen (7 Eurooppaan, 7 Yhdysvaltoihin ja 7 muuhun maailmaan).
2007: Manchesterin yliopiston valinta isännöimään SKA-projektitoimistoa.
Sisään Toukokuu 2012, lopullinen päätös tehdään SKA: n rakentamisesta kahteen tuotantolaitokseen Etelä-Afrikassa ja Australiassa. Australiassa, matalien taajuuksien osa SKA asennetaan alueella Mileura (in) lähellä Meekatharra länsimaissa. Etelä-Afrikassa hankkeen keskitaajuinen osa sijoitetaan Karoo-autiomaan lounaaseen.
Neliökilometriryhmän idea juontaa juurensa 1980-luvun loppupuolelle. Alun perin kyse oli kosmologisilla etäisyydellä sijaitsevien esineiden 21 cm: n neutraalin vedyn (HI) mittaamisesta, jonka päästöt siirtyvät kohti punainen, siis kohti matalampia taajuuksia (Ekers 2012 ja sen viitteet). Nykyisessä versiossaan SKA on edelleen voimakas "HI-kone", jonka avulla voimme tutkia, kuinka galaksit hankkivat ja menettävät vetykaasunsa, miten se muuttuu tähdiksi, miten se liittyy aktiivisen ytimen mahdolliseen läsnäoloon. ja ympäristön tiheys. Siirtymällä nykyisistä kaukoputkista SKA1: een voimme suorittaa tämäntyyppisiä havaintoja suuressa osassa maailmankaikkeuden historiaa: mitataan satojen tuhansien galaksien HI-pitoisuus, noin 5 viipymäajaksi. 6 miljardiin vuoteen, kun taas nykyisillä teleskoopeilla havainnointi rajoittuu hyvin pieneen määrään havaittuja kaasurikkaita galakseja, korkeintaan noin 2–2,5 miljardia vuotta sitten (Staveley-Smith & Oosterloo 2015).
2000-luvun alkupuolella alkoi näkyä SKA-mittausten toinen poikkeuksellinen tieteellinen sovellus HI-tutkimuksessa: kosmisen aamunkoiton ("Kosminen aamunkoitto") ja uudelleenionisaation aikakauden (Re-ionisaation aikakausi) tutkimus. Nämä maailmankaikkeuden vaiheet alkoivat noin 100 ja 280 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, kun "pimeän keskiajan" jälkeen, jolloin universumin ainetta hallitsi täysin neutraali vety, alkoivat ensimmäiset lähteet (tähdet, galaksit ...) muodostamaan. Nämä valo-esineet pystyivät ionisoimaan ympärillään olevan kaasun, mutta niitä on erittäin vaikea havaita, koska niiden emissio on luonnostaan heikko ja ympäröivän ympäristön absorboima. SKA pystyy kartoittamaan HI-kaasun, jossa nämä lähteet muodostuvat, rakenteen, jonka jakautumiselle on tunnusomaista tyhjät tilat: ionisoidun materiaalin kuplat, jotka ympäröivät valoisia esineitä. Nämä mittaukset, jotka vaativat hienoa herkkyyttä ja kykyä erottaa signaali kaikenlaisista etualan päästöistä, ovat erittäin vaikeita. Panokset ovat kuitenkin korkeat ja niiden arvo on selvästi kaukoputken ajan ja merkittävien resurssien sijoittamisen arvoinen , koska tähtitieteilijöillä on siten ainutlaatuinen pääsy maailmankaikkeuden historian vaiheisiin, joiden aikana muiden kaukoputkien kosmisen mikroaaltotaustan havaitsemat hyvin alkurakenteet. kuten Planck, ovat muuttuneet kaikentyyppisiksi lähteiksi, joita havaitsemme paikallisemmassa maailmankaikkeudessa (Koopmans ym. 2015).
Kolmas merkittävä tieteellinen tapaus SKA-projektille on pulsaarien tutkimus .
Nämä erittäin magneettiset neutronitähdet lähettävät radiosäteilyä, joka havaitaan pulssina joka kerta, kun säde ylittää näköyhteyden. Siksi pulsari on ”kosminen majakka”, jonka valo syttyy ja sammuu vakiona ja erittäin lyhyellä jaksolla (havaitut arvot vaihtelevat 1,4 ms: sta alle 10 sekuntiin).
Pulsaritutkimuksen merkitys on kasvanut ajan myötä. Ensimmäinen syy on se, että ne ovat todellisia fysiikan laboratorioita äärimmäisissä olosuhteissa, hyvin kaukana siitä, mitä voimme saavuttaa maapallolla, ja joilla on erittäin voimakkaat painovoimakentät, ydintiheyksiä korkeammat aineen tiheydet ja magneettikentät. Toinen syy, jonka merkitys on täysin ilmeinen tänään, kun tieteellinen yhteistyö LIGO ja Virgo havaitsivat ensimmäisen kerran gravitaatioaallot vuosina 2015 ja 2016, on se, että pulsariverkostoa voidaan käyttää jättimäisenä gravitaatioaaltojen ilmaisimena . Pulssit Näiden neutroni tähdet ovat erittäin säännöllisesti (niiden vakaus voidaan saavuttaa 10 -16 ). Tämä tarkoittaa, että jopa pienet häiriöt avaruus-aikakehyksessä, kuten ne, jotka syntyvät gravitaatioaallon etenemisestä, voidaan havaita pulsarin etäisyysmittauksilla. Kun ne etenevät pulsariverkon läpi, nämä painovoima-aallot voivat todellakin lisätä etäisyyttä yhdestä näistä neutronitähdistä ja vähentää etäisyyttä muista, mikä siten lisää tai vähentää impulssin saapumisaikoja. Gravitaatioaaltojen etenemisen havaitsemiseksi avaruudessa on siksi mahdollista käyttää erittäin tarkkoja pulssien saapumisaikojen mittauksia.
SKA on myös ainutlaatuinen väline magneettikenttien tutkimiseen kaikentyyppisistä lähteistä, alueellisissa mittakaavoissa, jotka vaihtelevat muutamasta miljoonasta kilometristä (auringon koronaaliset massapurkaukset) kymmeniin Mpc: iin (10 21 km, 1 parsekki (pc)). 3 10 13 km) kosmisten säikeiden kohdalla, jotka yhdistävät galaksit ja galaksijoukot maailmankaikkeudessa. Tämä tutkimus tehdään pääasiassa Faradayn kierrosmittauksen (RM) avulla. Hyvin yksinkertaistetulla tavalla radiolähteiden synkrotronisignaali polarisoituu lineaarisesti ja sen polarisaatiosuunta pyörii kulkiessaan etualalla magnetoidun plasman läpi ennen kuin se saavuttaa maapallon kaukoputket. Tämä kierto riippuu havaitun aallonpituuden neliöstä ja suuruudesta ("Rotation Measure", RM), joka riippuu ylitetyn magneettikentän voimakkuudesta. Joten jos voimme havaita suuren määrän taustalähteitä, usean aallonpituuden havainnot antavat meille mahdollisuuden rekonstruoida etualan magneettikentän 3D-rakenne. SKA: n suuri etu nykypäivän parhaisiin radioteleskooppeihin verrattuna on, että se lisää radiolähteiden määrää RM-mittauksella 40 000: sta useisiin miljooniin (Johnston-Hollitt ym. 2015).
Vaikka nämä ovat tärkeimmät alat, joilla SKA mahdollistaa transformaatiotieteen, joka voidaan saavuttaa vain tällä instrumentilla, muut astrofyysiset sektorit hyötyvät siitä valtavasti. Galaksien evoluutioon ei lähestytä vain HI-linjatutkimuksia, vaan myös analysoidaan diffuusioradiopäästö, joka on voimakas aktiivisten galaksien jäljitin riippumatta siitä, ovatko ne tähtien muodostumista vai keskellä olevan mustan aukon läsnäoloa. Molemmissa tapauksissa havaitsemme jatkuvan synkrotronisäteilyn, joka liittyy relativististen elektronien ja magneettikenttien läsnäoloon. Aktiivisissa tähtiä muodostavissa galakseissa supernovaräjähdykset ovat vastuussa kosmisten säteiden kiihdyttämisestä, kun taas aktiivisen ytimen galakseissa (AGN) relativistinen plasma työntyy mustasta aukosta koteloidusta kompaktista keskushermosta. Radiohavaintojen ansiosta voimme siis paljastaa galaksien sisällä olevat magneettikentät, tutkia tähtien muodostumista Linnunradaltamme galakseihin, joilla on suuri spektrin muutos (<4), mutta myös analysoida mustien aukkojen roolia galaksien evoluutiossa kosmologisiksi etäisyydet (Prandoni & Seymour 2015; Umana ym. 2015).
Hyvin paikallisessa maailmankaikkeudessa yksi SKA: n mielenkiintoisimmista tieteellisistä tapauksista, jossa se täydentää muita instrumentteja, on "elämän kehto". SKA: n pitäisi pystyä tutkimaan protoplaneettalevyjä nuorten tähtien ympärillä, maapallon kaltaisten maanpäällisten planeettojen orgaanista kemiaa ja jopa havaita mahdollisen maan ulkopuolisen elämän merkkejä naapurimaiden aurinkokuntien planeetoilla (Search for Extraterrestrial Intelligence kokeilu ( SETI )).
Uudet tieteelliset löydöt samoin kuin teknologinen kehitys ovat sen vuoksi merkittävästi laajentaneet SKA: n tieteellisiä tavoitteita, jotka käsittelevät avoimia kysymyksiä, jotka kattavat astronomian ja fysiikan eri alat, laajalla skaalalla ja suurella osalla maailmankaikkeuden historiaa. .
Matalataajuisessa osassaan (50-350 MHz) teleskooppi koostuu sadoista tuhansista alkuantenneista (kuten dipoleista tai jaksollisista log-elementeistä), jotka sijoitetaan satoihin muutaman metrin läpimitaltaan . Aseman kaikkien elementtien signaali yhdistetään digitaalisesti ja kaikki asemat toimivat yhdessä muodostaen interferometrisen verkon . Asemien välinen etäisyys vaihtelee muutamasta kymmenestä metristä keskivyöhykkeellä useisiin kymmeniin, jopa satoihin kilometreihin ulommalla vyöhykkeellä. Tämä kaukoputken matalataajuinen osa rakennetaan Murchisonin autiomaan Länsi-Australiaan.
SKA: n kattamilla korkeimmilla taajuuksilla (yli 350 MHz) verkko koostuu sadoista 15 metrin halkaisijoista astioista, aluksi Karoo-autiomaassa Etelä-Afrikassa (noin 500 km Kapkaupungin pohjoispuolella) ja levisi sitten muihin osavaltioihin Keski-Afrikasta Pohjois-Afrikkaan, suurin perusviiva satoja tai jopa tuhansia kilometrejä. Teknisen jatkokehityksen on suunniteltu kattavan SKA: n välitaajuudet.
Nämä luvut antavat käsityksen siitä, miksi SKA: ta pidetään Big Data -projektina. Projektin ensimmäisestä vaiheesta alkaen (SKA1) nämä hyvin lukuisat elementit tuottavat valtavan datanopeuden: useita teratavuja sekunnissa. Jopa tietojenkäsittelyn jälkeen niiden tähtitieteelliseen käyttöön arkistoitavien tietojen määrä on luokkaa 50-300 petatavua vuodessa. Tietojen käsittely ja tallentaminen 2020-luvun alkupuolella vaatii supertietokoneita, jotka ovat noin 10 kertaa tehokkaampia kuin nykyisin nopeimmat koneet.
Bernie Fanaroffin (Etelä-Afrikan projektin johtaja) mukaan tämän radioteleskooppiverkon herkkyys on sellainen, että "henkilö, joka käyttäisi SKA: ta Maan suuntaan 50 valovuoden päässä olevasta tähdestä, olisi lentokenttätutkat ja televisiolähettimet ympäri maailmaa ”.
Kuten useimpien suurten tieteellisten hankkeiden kohdalla, SKA: n suunnittelu jaettiin useisiin työpaketteihin, joita hallinnoivat kansainväliset yhteenliittymät, jotka vastaavat lopullisen observatorion tietyistä osista.
Nämä yhteenliittymät perustettiin vuoden 2013 jälkeen, jolloin SKAO lähetti ehdotuspyynnön kaikille mahdollisesti kiinnostuneille tutkimuslaitoksille ja teollisuuskumppaneille. Kaikkien ehdotusten johtavan organisaation tai yksikön oli sijaittava SKA-organisaation jäsenmaassa. ehdotuksen muille kumppaneille tai alihankkijoille ei asetettu rajoituksia.
Vaikka SKA: n hallituksella ja SKAO: lla on ollut keskeinen rooli yhteenliittymien valinnassa ja koordinoinnissa, viimeksi mainitut toimivat itsenäisesti ja ovat täysin vastuussa työnsä rahoittamisesta.
SKAO on määrittänyt 11 WP: tä, jotka on lueteltu alla ja ryhmitelty kahteen pääryhmään. On huomattava, että muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta kunkin konsortion nimi on sama kuin vastaavan työryhmän nimi.
SKA1-ohjelman elementitSuurin osa näistä projektin osista on yksityiskohtaisessa suunnitteluvaiheessa ja vuoden 2018 puoliväliin mennessä oli käynnissä yksityiskohtaiset suunnittelutarkastukset. Niiden edistymistä voi seurata SKAO: n verkkosivuilla.
Edistynyt instrumentointiohjelmaEsiasteet ovat instrumentteja, jotka toimivat samalla SKA-aallonpituudella ja tulevilla kaukoputken paikoilla, joihin osa niistä integroidaan.
Australiassa nämä ovat:
Etelä-Afrikassa:
Nämä ovat välineitä, jotka mahdollistavat SKA: han liittyvän tieteellisen ja / tai teknisen tutkimuksen. Ne on merkitty SKAO: lla. Voimme lainata:
SKA: n perustajajäsen Ranska jätti organisaation vastuulleen rakentamisen valmistelun vuonna 2011 talousarviosta ja ohjelmallisista syistä. Tieteellinen toiminta projektin ympärillä ei kuitenkaan pysähtynyt Ranskassa. Ranskan tähtitieteellinen yhteisö vahvisti suurta kiinnostustaan SKA-hanketta kohtaan viisivuotisessa ennakointiharjoituksessaan vuonna 2014, ja vuodesta 2016 lähtien se on järjestänyt tieteellisen ja teknisen valmistelunsa kansallisen koordinointirakenteen SKA France ympärille . Tätä rakennetta hallinnoi viisi laitosta (CNRS-INSU, Pariisin ja Côte d'Azurin observatoriot, Bordeaux'n ja Orleansin yliopistot).
Julkaisu lokakuu 2017 Lähes 200 ranskalaisen kirjoittajan ja yli 40 tutkimuslaboratorion osallistuneen valkoisen kirjan tulos osoitti ranskalaisen tähtitieteellisen yhteisön sekä kasvavien merkittävien tieteellisten ja teknologisten toimijoiden panostuksen suurten tietojen ja erittäin korkean suorituskyvyn tietojenkäsittelyn aloilla. .
SKA Francen koordinoinnin aloittamat toimet, jotka liittyvät yhtä lailla SKA: n tieteelliseen valmisteluun kuin sen kehittämiseen tarvittaviin T & K-toimiin, toteutetaankin sekä SKA Francea hallinnoivissa laitoksissa että niiden ulkopuolella. Toimivat partiolaitteet kuten LOFAR ja nenufar Ranskassa ja Euroopassa tai edeltäjinä MeerKAT, ASKAP, MWA Etelä-Afrikassa ja Australiassa, osoittavat hyvin selvästi, että XXI - vuosisadan tähtitiede sisältää koko tähtitieteellisen yhteisön hyödyntämällä tehtyjä supistettuja ja kalibroituja tietoja saatavilla. Siten konservatiivinen arvio SKA1: n hyväksikäyttöön osallistuvien tutkijoiden määrästä on Ranskassa 400 ja maailmanlaajuisesti yli 4000. Tämä arvio kattaa tutkijat ranskalaisesta tähtitieteellisestä yhteisöstä, HPC-yhteisöstä ja muilta sovellusalueilta sekä teollisuuden, joka on valmis investoimaan pitkäaikaisia ponnisteluja SKA: han.
17. toukokuuta 2018, SKA rekisteröitiin korkea-asteen koulutus-, tutkimus- ja innovaatioministeriön julkaisemaksi kansalliseksi etenemissuunnitelmaksi erittäin suurille tutkimusinfrastruktuureille.
26. heinäkuuta 2018Konsortion "Home SKA-Ranskassa" tulee 12 : nnen jäsenen SKA järjestön hyväksymisen jälkeen sen jäsenyyden johtokunnan SKA. CNRS: n koordinoimassa konsortiossa on tällä hetkellä viisi tutkimuslaitosta ja -organisaatiota sekä seitsemän valmistajaa.
Ensimmäinen SKA France Day pidettiin 16. lokakuuta 2017 Pariisissa.
Tämän tapahtuman yhteydessä SKA France Coordination esitti virallisesti ministeriöiden, järjestöjen ja laitosten edustajille ja teollisuuskumppaneille sekä asianomaisille tiedeyhteisöille:
Päivä oli 120 osallistujan kanssa tilaisuus keskusteluihin ja kysymyksiin SKA-projektista ja osoitti onnistuneesti ranskalaisen yhteisön kasvavan kiinnostuksen.
SKA France Coordination on yksityisten kumppaneidensa kanssa päättänyt kehittyä kohti "Maison SKA France" -tapahtumaa, jonka on tarkoitus olla paitsi foorumi jäsenille järjestää osallistumistaan SKA: n valmistelutyöhön, myös "uuden" edeltäjä. teollisuusmaailman ja tutkimuksen suhteiden paradigma, jolla on sama aikataulu ja samat tavoitteet, mutta joilla on erilaiset näkökulmat loppukäyttöön.
Maison SKA France sisältää nyt viisi tutkimuslaitosta (CNRS, Observatoire de Paris, Observatoire de la Côte d'Azur, Orléansin yliopisto ja Bordeaux'n yliopisto) ja seitsemän yksityistä yritystä (AirLiquide, ATOS-Bull, Callisto, CNIM, FEDD, Kalray , TAS).
Maison SKA Francen käynnistyskokous pidettiin 1 kpl helmikuu 2018.