科技日報駐南非記者 馮志文

2025年，被譽(yù)為“地球巨眼”的平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA）將迎來關(guān)鍵建設(shè)節(jié)點。南非科學(xué)院院士、斯坦陵布什大學(xué)天文學(xué)講席教授馬寅哲及其團(tuán)隊與中國科研力量的深度合作，正在為這一全球大科學(xué)裝置注入創(chuàng)新動能。近日，科技日報記者對話馬寅哲院士團(tuán)隊，探究中南科學(xué)家在SKA框架下的協(xié)同攻關(guān)愿景。

2025關(guān)鍵節(jié)點：64盞天線的科學(xué)突圍

SKA首期工程計劃在2025年完成64盞天線建設(shè)，作為南非MeerKAT項目的技術(shù)躍升，這是實現(xiàn)一期197盞天線陣列目標(biāo)的重要里程碑?！斑@個節(jié)點將奠定SKA第一階段的基礎(chǔ)觀測能力，非常關(guān)鍵?！瘪R寅哲強(qiáng)調(diào)。其團(tuán)隊工作分為兩大主線：中頻陣列的交叉驗證與低頻陣列的數(shù)據(jù)革命。

在中頻陣列領(lǐng)域，中國空間巡天望遠(yuǎn)鏡（CSST）將成為關(guān)鍵變量。來自中國科學(xué)院國家天文臺的團(tuán)隊成員姜雨兒介紹，“如果SKA一期的觀測能達(dá)到我們計劃的觀測面積和觀測時間，將來同時結(jié)合CSST對相同天區(qū)的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉相關(guān)研究工作，宇宙學(xué)參數(shù)限制誤差將達(dá)到千分之幾的水平?！边@種天地協(xié)同模式，將為繪制更精細(xì)的宇宙圖譜、測量宇宙學(xué)參數(shù)提供助力。

在低頻陣列領(lǐng)域，或?qū)⑾破鹨粓鰯?shù)據(jù)處理的范式變革。團(tuán)隊成員王國建博士畢業(yè)于北京師范大學(xué)，2021年來到南非，他正在研發(fā)的人工智能數(shù)據(jù)處理管道，將大大提高海量數(shù)據(jù)的處理能力，還能挖掘出用傳統(tǒng)方法挖掘不到的物理信號，大大加速了科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程?！叭斯ぶ悄苡腥兀捍髷?shù)據(jù)、強(qiáng)算力、大模型，天文學(xué)有大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，所以，天文學(xué)是人工智能發(fā)展的一片沃土?！蓖鯂ㄕf，他們的目標(biāo)是找到一種方法，借助人工智能從觀測數(shù)據(jù)中提取宇宙再電離時期的信號。畢業(yè)于中國科學(xué)院紫金山天文臺的國文清博士后補(bǔ)充道，團(tuán)隊正通過模擬數(shù)據(jù)預(yù)研，追蹤宇宙誕生10億年時的中性氫信號，揭示宇宙早期的演化歷史。

多波段聯(lián)合：解碼宇宙演化

面對138億年的宇宙史，團(tuán)隊采取“觀測+數(shù)值模擬+理論預(yù)言”三位一體策略。他們通過理論計算預(yù)判中性氫和星系的演化信號，并融合SKA與我國巡天數(shù)據(jù)，追蹤連接星系團(tuán)的“宇宙纖維結(jié)構(gòu)”。“這種多波段聯(lián)合作戰(zhàn)已初見成效。”馬寅哲說，“我們在中頻和低頻陣列領(lǐng)域都會有新的研究亮點閃現(xiàn)”。

前瞻的巡天數(shù)據(jù)處理研究是第一個可能取得突破的科研亮點，團(tuán)隊目前正在做的MeerKAT和CSST的交叉相關(guān)研究工作，基于數(shù)值模擬，探索更好的數(shù)據(jù)處理方法。當(dāng)SKA1正式運(yùn)行和CSST發(fā)射上天獲得巡天數(shù)據(jù)后，可基于現(xiàn)在的研究，直接處理觀測數(shù)據(jù)，更快更好地出成果。

第二個可能取得突破的科研亮點是端到端的人工智能數(shù)據(jù)處理自動化管道。王國建說，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法步驟很多，很難確定是否會帶來統(tǒng)計的偏差。人工智能數(shù)據(jù)處理模型能提高探測的信噪比，也可以讓參數(shù)的誤差降到最小。

中南合作：人才與技術(shù)雙向奔赴

自2013年南非成為SKA骨干成員以來，中國持續(xù)深度參與建設(shè)。馬寅哲院士團(tuán)隊成為中南科研合作的縮影：10年來獲批2項國家級重點合作課題（包括與FAST中國天眼的合作）；2018年參加中南科學(xué)家高級別對話會；10年來培養(yǎng)了10余名中國青年學(xué)者，其中很多人已經(jīng)回到國內(nèi)各大高校和科研院所并且嶄露頭角。

利用MeerKAT開展研究與人才培養(yǎng)是雙邊實現(xiàn)的雙重豐碩成果。比如，中國紫金山天文臺已利用MeerKAT數(shù)據(jù)開展了成果豐碩的研究，而中國—南非天文聯(lián)合中心已成為人才培養(yǎng)樞紐。

面對未來，馬寅哲院士期待合作機(jī)制創(chuàng)新。他建議為SKA設(shè)立定向人才培養(yǎng)通道，讓更多中國青年參與到這場世紀(jì)工程。

隨著SKA首期陣列逐漸點亮，中南科學(xué)家正攜手破解宇宙演化的終極密碼。從第一縷星光到星系長城，從暗物質(zhì)分布到時空本質(zhì)，人類認(rèn)知的邊界將在這次合作中不斷拓展。