中南在SKA框架下协同探索宇宙奥秘

图为平方公里阵列射电望远镜（SKA）先导项目MeerKAT射电望远镜与其观测到的银河系中心的巨大射电频段气泡示意图（合成照片）。新华社发

◎本报驻南非记者 冯志文

2025年，被誉为“地球巨眼”的平方公里阵列射电望远镜（SKA）将迎来关键建设节点。南非科学院院士、斯坦陵布什大学天文学讲席教授马寅哲及其团队与中国科研力量的深度合作，正在为这一全球大科学装置注入创新动能。近日，科技日报记者对话马寅哲院士团队，探究中国南非科学家在SKA框架下的协同攻关愿景。

今年关键节点：建设64盏天线

SKA首期工程计划在2025年完成64盏天线建设，作为南非MeerKAT项目的技术跃升，这是实现一期197盏天线阵列目标的重要里程碑。“这个节点将奠定SKA第一阶段的基础观测能力，非常关键。”马寅哲强调。其团队工作分为两大主线：中频阵列的交叉验证与低频阵列的数据革命。

在中频阵列领域，中国空间巡天望远镜（CSST）将成为关键变量。来自中国科学院国家天文台的团队成员姜雨儿介绍：“如果SKA一期的观测能达到我们计划的观测面积和观测时间，将来同时结合CSST对相同天区的观测数据进行交叉相关研究工作，宇宙学参数限制误差将达到千分之几的水平。”这种天地协同模式，将为绘制更精细的宇宙图谱、测量宇宙学参数提供助力。

在低频阵列领域，或将掀起一场数据处理的范式变革。团队成员王国建博士毕业于北京师范大学，2021年来到南非，他正在研发的人工智能数据处理管道，将大大提高海量数据的处理能力，还能挖掘出用传统方法挖掘不到的物理信号，大大加速了科学发现的过程。“人工智能有三要素：大数据、强算力、大模型，天文学有大数据的优势。所以，天文学是人工智能发展的一片沃土。”王国建说，他们的目标是找到一种方法，借助人工智能从观测数据中提取宇宙再电离时期的信号。毕业于中国科学院紫金山天文台的国文清博士后补充道，团队正通过模拟数据预研，追踪宇宙诞生10亿年时的中性氢信号，揭示宇宙早期的演化历史。

多波段联合：解码宇宙演化

面对138亿年的宇宙史，团队采取“观测+数值模拟+理论预言”三位一体策略。他们通过理论计算预判中性氢和星系的演化信号，并融合SKA与我国巡天数据，追踪连接星系团的“宇宙纤维结构”。“这种多波段联合作战已初见成效。”马寅哲说，“我们在中频和低频阵列领域都会有新的研究亮点闪现。”

前瞻的巡天数据处理研究是第一个可能取得突破的科研亮点，团队目前正在做的MeerKAT和CSST的交叉相关研究工作，基于数值模拟，探索更好的数据处理方法。当SKA第一阶段正式运行和CSST发射上天获得巡天数据后，可基于现在的研究，直接处理观测数据，更快更好地出成果。

第二个可能取得突破的科研亮点是端到端的人工智能数据处理自动化管道。王国建说，传统的数据处理方法步骤很多，很难确定是否会带来统计的偏差。人工智能数据处理模型能提高探测的信噪比，也可以让参数的误差降到最小。

中南合作：人才与技术双向奔赴

自2013年南非成为SKA骨干成员以来，中国持续深度参与建设。马寅哲院士团队成为中南科研合作的缩影：10年来获批2项国家级重点合作课题（包括与FAST中国天眼的合作）；2018年参加中南科学家高级别对话会；10年来培养了10余名中国青年学者，其中很多人已经回到国内各大高校和科研院所并且崭露头角。

利用MeerKAT开展研究与人才培养是双边实现的双重丰硕成果。比如，中国紫金山天文台已利用MeerKAT数据开展了成果丰硕的研究，而中国—南非天文联合中心已成为人才培养枢纽。

面对未来，马寅哲院士期待合作机制创新。他建议为SKA设立定向人才培养通道，让更多中国青年参与到这场世纪工程。

随着SKA首期阵列逐渐点亮，中南科学家正携手破解宇宙演化的终极密码。从第一缕星光到星系长城，从暗物质分布到时空本质，人类认知的边界将在这次合作中不断拓展。