中國(guó)SKA科學(xué)報(bào)告

目錄
前言
第1章 SKA及其科學(xué)目標(biāo) 1
1.1 SKA概況 1
1.2 SKA主要科學(xué)目標(biāo) 2
1.3 SKA主要技術(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo) 5
1.4 國(guó)際SKA科學(xué)白皮書簡(jiǎn)介 12
第2章 中國(guó)參與SKA科學(xué)研究基礎(chǔ) 19
2.1 中國(guó)射電天文學(xué)歷史回顧 19
2.2 中國(guó)單口徑射電望遠(yuǎn)鏡 20
2.2.1 佘山25m射電望遠(yuǎn)鏡 20
2.2.2 青海德令哈13.7m毫米波望遠(yuǎn)鏡 21
2.2.3 新疆天文臺(tái)南山25m射電望遠(yuǎn)鏡 21
2.2.4 北京密云50m口徑和云南昆明 40m口徑射電望遠(yuǎn)鏡 22
2.2.5 天馬望遠(yuǎn)鏡（上海65m射電望遠(yuǎn)鏡） 22
2.2.6 500m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST） 22
2.3 中國(guó)射電干涉陣列 23
2.3.1 國(guó)際大環(huán)境簡(jiǎn)述 23
2.3.2 未來(lái)發(fā)展規(guī)劃 25
2.3.3 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 25
2.4 中國(guó)SKA低頻探路者：21CMA 28
2.4.1 科學(xué)背景 28
2.4.2 21CMA設(shè)備和臺(tái)址 29
2.4.3 21CMA天線系統(tǒng) 30
2.4.4 21CMA信號(hào)接收系統(tǒng) 31
2.4.5 21CMA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 32
2.4.6 技術(shù)難關(guān)和挑戰(zhàn) 33
2.4.7 21CMA數(shù)據(jù)處理流程 34
2.4.8 展望 35
2.5 中國(guó)SKA中頻探路者：天籟 35
2.5.1 科學(xué)目標(biāo) 36
2.5.2 基本設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀 37
2.5.3 天籟發(fā)展計(jì)劃與SKA 39
2.6 中國(guó)射電天文學(xué)研究隊(duì)伍和方向 39
2.7 中國(guó)參加SKA的歷史必然性 41
2.8 中國(guó)天文參與SKA的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力分析 41
2.9 中國(guó)射電天文設(shè)備發(fā)展戰(zhàn)略 45
參考文獻(xiàn) 45
第3章 中國(guó)SKA科學(xué)團(tuán)隊(duì)及目標(biāo) 47
3.0 引言 47
3.1 研究方向一：宇宙黎明和再電離探測(cè) 49
3.1.0 研究隊(duì)伍和課題概況 49
3.1.1 基礎(chǔ)理論 50
3.1.2 數(shù)值模擬 53
3.1.3 低頻觀測(cè)設(shè)備 56
3.1.4 低頻干涉陣列核心技術(shù) 65
3.1.5 數(shù)據(jù)處理 70
3.1.6 前景去除 74
3.1.7 前景大尺度彌散源 76
3.1.8 中國(guó)部署 81
參考文獻(xiàn) 82
3.2 研究方向二：中性氫巡天和宇宙學(xué)研究 86
3.2.0 研究隊(duì)伍和課題概況 86
3.2.1 巡天設(shè)計(jì) 87
3.2.2 數(shù)據(jù)處理 91
3.2.3 數(shù)值模擬 92
3.2.4 中性氧宇宙學(xué) 99
3.2.5 中性氧模型檢驗(yàn) 108
3.2.6 連續(xù)譜觀測(cè) 114
3.2.7 引力透鏡 121
3.2.8 中國(guó)部署 127
參考文獻(xiàn) 127
3.3 研究方向三：脈沖星搜尋 131
3.3.0 研究隊(duì)伍和課題概況 131
3.3.1 引言 132
3.3.2 主要研究?jī)?nèi)容和意義 133
3.3.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 137
3.3.4 技術(shù)挑戰(zhàn)和突破方向 140
3.3.5 預(yù)期目標(biāo) 145
3.3.6 實(shí)施方案和國(guó)內(nèi)部署 146
3.3.7 現(xiàn)有工作基礎(chǔ)與分工 149
參考文獻(xiàn) 150
3.4 研究方向四：脈沖星計(jì)時(shí)和引力檢驗(yàn) 152
3.4.0 研究隊(duì)伍和課題概況 152
3.4.1 利用SKA組建脈沖星測(cè)時(shí)陣列探測(cè)引力波 154
3.4.2 利用SKA觀測(cè)脈沖星開(kāi)展引力檢驗(yàn) 159
3.4.3 利用SKA開(kāi)展世界頂尖精度的脈沖星距離測(cè)量并提供對(duì)引力常數(shù)G的時(shí)間穩(wěn)定性的嚴(yán)格約束 162
3.4.4 脈沖星時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)研究 164
參考文獻(xiàn) 166
3.5 研究方向五：宇宙磁場(chǎng)探索 168
3.5.0 概況 168
3.5.1 背景 169
3.5.2 宇宙磁場(chǎng)研究的理論基礎(chǔ) 170
3.5.3 宇宙磁場(chǎng)的數(shù)值模擬研究 171
3.5.4 射電觀測(cè)數(shù)據(jù)的RM合成與法拉第深度 173
3.5.5 脈澤源的塞曼分裂觀測(cè)與磁場(chǎng) 175
3.5.6 銀河系磁場(chǎng)與脈沖星偏振觀測(cè) 179
3.5.7 鄰近星系的磁場(chǎng) 183
3.5.8 星系團(tuán)磁場(chǎng)的探測(cè) 184
3.5.9 鄰近宇宙尺度的磁場(chǎng)探測(cè) 185
3.5.10 宇宙磁場(chǎng)研究的中國(guó)策略和天線偏振性能校準(zhǔn)的核心技術(shù) 189
參考文獻(xiàn) 190
3.6 研究方向六：星際介質(zhì)物理 194
3.6.0 研究隊(duì)伍和課題概況 194
3.6.1 引言 195
3.6.2 星際介質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 198
3.6.3 星際介質(zhì)的多波段協(xié)同研究 200
3.6.4 數(shù)值模擬 204
3.6.5 綜合孔徑技術(shù) 206
3.6.6 虛擬觀測(cè)及應(yīng)用 209
3.6.7 吸收線成像技術(shù) 212
3.6.8 大數(shù)據(jù)處理及特定天體識(shí)別 213
3.6.9 中國(guó)部署 214
參考文獻(xiàn) 214
3.7 研究方向七：暫現(xiàn)源的科學(xué)探測(cè) 217
3.7.0 研究隊(duì)伍和課題概況 217
3.7.1 暫現(xiàn)源科學(xué)概述 219
3.7.2 暫現(xiàn)源連續(xù)科學(xué)和核心技術(shù) 221
3.7.3 暫現(xiàn)源譜線科學(xué)和核心技術(shù) 229
3.7.4 脈沖星暫現(xiàn)源科學(xué)和核心技術(shù) 233
3.7.5 暫現(xiàn)源成像科學(xué)和核心技術(shù) 237
3.7.6 暫現(xiàn)源科學(xué)和中國(guó)觀測(cè)設(shè)備 241
3.7.7 中國(guó)部署 245
參考文獻(xiàn) 246
3.8 研究方向八：AGN和黒洞 249
3.8.0 研究隊(duì)伍和課題概況 249
3.8.1 AGN噴流的SKA 1觀測(cè)研究 251
3.8.2 高紅移AGN的搜尋 255
3.8.3 低光度AGN的風(fēng) 260
3.8.4 射電噪AGN的演化 263
3.8.5 銀河系與近鄰星系中的“費(fèi)米氣泡” 268
3.8.6 黑洞雙星的態(tài)躍遷、間歇性噴流的研究 272
3.8.7 超大質(zhì)量雙黑洞的搜尋和認(rèn)證 275
3.8.8 超亮X射線源和中等質(zhì)量黑洞 277
3.8.9 冷氣體觀測(cè)和AGN對(duì)寄主星系反饋的研究 281
參考文獻(xiàn) 285
3.9 研究方向九：HI星系動(dòng)力學(xué)和星系演化 291
3.9.0 研究隊(duì)伍和課題概況 291
3.9.1 引言 292
3.9.2 星系形成和演化的基本理論及SKA觀測(cè)研究的科學(xué)問(wèn)題 293
3.9.3 我國(guó)SKA團(tuán)隊(duì)的重點(diǎn)突破方向與觀測(cè)研究課題 307
3.9.4 中國(guó)部署 320
參考文獻(xiàn) 321
3.10 研究方向十：生命的搖籃 325
3.10.0 研究隊(duì)伍和課題概況 325
3.10.1 引言 326
3.10.2 原行星盤中厘米尺度塵埃的射電觀測(cè) 326
3.10.3 星際有機(jī)分子的譜線搜尋 328
3.10.4 射電探測(cè)地外行星及褐矮星 333
3.10.5 地外文明的搜尋 336
3.10.6 部署 337
參考文獻(xiàn) 337
3.11 研究方向十一：超高能宇宙射線和中微子的探測(cè) 338
3.11.0 研究隊(duì)伍和課題概況 338
3.11.1 科學(xué)背景 339
3.11.2 射電探測(cè)方法和國(guó)際現(xiàn)狀 340
3.11.3 SKA的突破方向 342
3.11.4 我國(guó)的研究基礎(chǔ) 344
參考文獻(xiàn) 345
第4章 中國(guó)SKA科學(xué)隊(duì)伍和配套設(shè)施建設(shè) 347
4.1 基本原則 347
4.2 國(guó)際化的中國(guó)SKA人才培養(yǎng)平臺(tái)建設(shè) 348
4.3 國(guó)際合作項(xiàng)目和計(jì)劃 349
4.3.1 MWA和LOFAR 349
4.3.2 ASKAP 351
4.3.3 MeerKAT 352
4.4 國(guó)內(nèi)配套系統(tǒng)建設(shè) 355
4.5 中國(guó)SKA科學(xué)隊(duì)伍組織原則和結(jié)構(gòu) 357
參考文獻(xiàn) 359
第5章 SKA區(qū)域中心建設(shè) 360
5.1 概要 360
5.2 背景 360
5.3 需求分析 362
5.4 建設(shè)意義 363
5.5 建設(shè)內(nèi)容 364
5.5.1 數(shù)據(jù)中心運(yùn)維團(tuán)隊(duì) 365
5.5.2 天文軟件研發(fā)發(fā)團(tuán)隊(duì) 370
5.5.3 先進(jìn)技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì) 372
5.6 實(shí)施條件 375
5.7 建設(shè)計(jì)劃 377
5.8 組織管理模式 377
5.9 開(kāi)放共享政策 378
5.10 科學(xué)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析 379
參考文獻(xiàn) 380
致辭 381