中國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 國際SKA科學(xué)白皮書簡介 12
第2章 中國參與SKA科學(xué)研究基礎(chǔ) 19
2.1 中國射電天文學(xué)歷史回顧 19
2.2 中國單口徑射電望遠(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 中國射電干涉陣列 23
2.3.1 國際大環(huán)境簡述 23
2.3.2 未來發(fā)展規(guī)劃 25
2.3.3 國內(nèi)現(xiàn)狀 25
2.4 中國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 中國射電天文學(xué)研究隊(duì)伍和方向 39
2.7 中國參加SKA的歷史必然性 41
2.8 中國天文參與SKA的國際競爭力分析 41
2.9 中國射電天文設(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 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 114
3.2.7 引力透鏡 121
3.2.8 中國部署 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 主要研究內(nèi)容和意義 133
3.3.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 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組建脈沖星測時(shí)陣列探測引力波 154
3.4.2 利用SKA觀測脈沖星開展引力檢驗(yàn) 159
3.4.3 利用SKA開展世界頂尖精度的脈沖星距離測量并提供對引力常數(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)觀測研究 164
參考文獻(xiàn) 166
3.5 研究方向五：宇宙磁場探索 168
3.5.0 概況 168
3.5.1 背景 169
3.5.2 宇宙磁場研究的理論基礎(chǔ) 170
3.5.3 宇宙磁場的數(shù)值模擬研究 171
3.5.4 射電觀測數(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與磁場 175
3.5.6 銀河系磁場與脈沖星偏振觀測 179
3.5.7 鄰近星系的磁場 183
3.5.8 星系團(tuán)磁場的探測 184
3.5.9 鄰近宇宙尺度的磁場探測 185
3.5.10 宇宙磁場研究的中國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)處理及特定天體識別 213
3.6.9 中國部署 214
參考文獻(xiàn) 214
3.7 研究方向七：暫現(xiàn)源的科學(xué)探測 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)和中國觀測設(shè)備 241
3.7.7 中國部署 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 冷氣體觀測和AGN對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觀測研究的科學(xué)問題 293
3.9.3 我國SKA團(tuán)隊(duì)的重點(diǎn)突破方向與觀測研究課題 307
3.9.4 中國部署 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 326
3.10.3 星際有機(jī)分子的譜線搜尋 328
3.10.4 射電探測地外行星及褐矮星 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 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 射電探測方法和國際現(xiàn)狀 340
3.11.3 SKA的突破方向 342
3.11.4 我國的研究基礎(chǔ) 344
參考文獻(xiàn) 345
第4章 中國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 國際化的中國SKA人才培養(yǎng)平臺(tái)建設(shè) 348
4.3 國際合作項(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 國內(nèi)配套系統(tǒng)建設(shè) 355
4.5 中國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