SKAのテクノロジー

SKA望遠鏡規模の恐るべき技術課題に挑戦すること

SKAが完成するとSKAは天文学分野ではかつて構想されたことのないほど高速なネットワークで繋がれた数千台のパラボラアンテナと100万基にも及ぶ低周波アパーチャアンテナによって100万平方メートル以上の集光力をもたらすでしょう。そのデータ転送速度は現代のインターネットによるデータ転送が小さく見えるほどでしょう。

この規模の大きな増加は、伝統的な電波望遠鏡の設計からの革新的な変化、データ処理とコンピューターの高速化、そしてそれらを支える技術的社会基盤の急進的な開発を必要としています。

SKA computers

SKAの演算、技術、そして社会基盤は地球上最も早くそして複雑なものに劣ることはないでしょう

各アンテナからの信号を集めると非常に大きなデータを生成するでしょう。そのため各局は、スーパーコンピュータそして世界中の科学者にデータを送るために、それらを純粋に束ねてより扱いやすいデータ束に減らすことが求められるでしょう。

オーストラリアアフリカの2つの用地に建設されて、SKAは配置の中心部分に密に分布したアンテナと、渦巻きの腕にそって集合で位置するアンテナによって、高感度と高分解能撮像の両方が実現されるでしょう。その集合は中心から離れるに従ってより間隔が広がっていく予定です。

段階的アプローチ: SKAの建設は段階的に進められる予定です。 第1期 (SKA1) では完全な望遠鏡の10%を構成し2つの装置からなります: アフリカのパラボラアンテナ(SKA1 MID) と、オーストラリアの低周波アパーチャアンテナ(SKA1 LOW) です。

第2期 (SKA2) では両方の装置を拡張する予定で、アフリカには中間周波数のアパーチャアレイの追加があるでしょう。この望遠鏡の段階的な建設はSKAが全体の建設が完了する前に運用を開始して価値のある科学的成果を生み出すことができることを意味します。

第1期は2018年から2023年までにかけて建設され、一部のアンテナを使って早ければ2020年から初期科学運用を行います。第2期は並行して進み建設は2020年代の後半に終わる予定です。

SKAは技術開発とりわけ情報通信技術を発展させるでしょう。

この分野で派生する技術革新は、地理的に離れた場所から来る巨大データを処理するような他のシステムにも利益を及ぼします。SKAに必要とされる演算処理は、2015年現在利用可能な最速のスーパーコンピューターを凌駕し、データ処理と全データ量は、全世界のインターネット全体から発生するものに匹敵します。新しい種類の高速ネットワークの必要性を促進しています。

主要な電力供給源から離れた場所の遠隔地を含むSKAのエネルギー要求は、大規模化に対応できる再生可能エネルギーの生成、分配、蓄積、そして消費電力の削減といった技術的発展を加速する機会も示しています。

重要なSKAの技術はいつくかの先行機と開拓機望遠鏡プロジェクトと世界中のSKAグループによる設計研究によって検証されつつあります。SKAの鍵となる技術はこれらの研究からもたらされ、多くの解決策が最終的な装置の設計に選ばれた生かされることとなるでしょう。

要素 仕様
周波数帯域 50 MHz (波長6 m) から 20 GHz (波長1.5 cm)
感度(有効面積/システム雑音温度) 70から300 MHzで5,000 m²/K (1分で400 μJy)
掃天観測性能指数 4×107から2×1010 m4K-2 deg2 (検出器技術や周波数に依存)
視野角 200平方度(70-300 MHz)、1-200平方度(0.3-1 GHz)、最大1平方度(1-10 GHz)
角分解能 未定
同時帯域幅 中心周波数から ± 50%
スペクトル (周波数) チャンネル 1バンド、1基線あたり16,384チャンネル
較正後の偏光純度 10 000:1
合成画像のダイナミクレンジ >1 000 000
画像処理の演算能 1018 演算/秒 (1エクサフロップス)
最終処理後のデータ出力量 10 GB/秒