SQUARE KILOMETRE ARRAY / 百万平⽶電波望遠鏡
赤堀卓也（国立天文台水沢VLBI観測所）他日本SKAコンソーシアム
お問い合わせ：inquiry@ska-jp.org ウェブサイト：http://ska-jp.org
2017秋版

SKAとは⼈類史上最⼤の⼤陸望遠鏡計画

SKA計画は南アフリカとオーストラリアに建設するセンチ波・メートル波で世界唯⼀の⼤型科学事業です。2020年代に運⽤を予定しています。

SKA第⼀期

建設費: 670 M€ / 運⽤費: 100 M€
建設：2018- / 初期運⽤: 2021-

SKA第⼆期

建設費: 試算中 / 運⽤費: 試算中
建設：2023- / 運⽤: 2028-■SKA1 LOW:
オーストラリアに約13万基のログペリオディックアンテナを設置します。観測周波数は50 MHzから350MHz、アンテナ範囲は70 kmです。

■SKA2 LOW:
アンテナ数を約50万基、アンテナ範囲を約300 kmにまで拡⼤します。

■SKA1 MID:
南アフリカに約200台のパラボラアンテナを設置します。観測周波数は350 MHzから17 GHz、アンテナ範囲は150 kmです。

■SKA2 MID:
アンテナ数を約2500台、観測周波数上限を25 GHz、そしてアンテナ範囲は3000 kmまで、それぞれ拡⼤します。受信機も広視野または広帯域フィードに更新します。

世界10カ国がSKAのメンバー国です。主要国は、ジョドレル・バンク観測所内にSKA本部を置く英国と、望遠鏡を設置する南アフリカとオーストラリアです。⽇本はまだメンバー国ではなく、オブサーバー国として研究者レベルで貢献しています。約200名の科学者・技術者が集まる⽇本SKAコンソーシアム(SKA-JP)が、国⽴天⽂台と協⼒しながら、⽇本の正式参加に向けた検討を進めています。

SKA望遠鏡と切り開く⼈類未踏の宇宙

科学技術

SKA計画では、この波⻑帯でしか解明できない、あるいはこの波⻑帯の観測が極めて重要となる、さまざまな宇宙の謎に取り組みます。
SKAの科学⽩書: http://pos.sissa.it/cgi-bin/reader/conf.cgi?confid=215

SKA望遠鏡を実現させる技術
SKAは相関処理とビームフォーミングによって宇宙を観測します。それに必要な信号処理装置や、砂漠の中を⻑距離信号伝送するシステム、スーパーコンピューターセンター、そしてもちろん多数のアンテナが、かつてないスケールで建設される予定です。

SKA第一期からの日本の開発貢献項目は？

⽇本が⻑年培ってきた広帯域技術や⼲渉計技術は、SKA第⼀期において直ちに役⽴つものです。少なくとも以下の３項⽬について直ちに貢献していく準備をしています。
■SKA MID ⾼周波広帯域受信機の開発（Band 5c à 5a+5b+5c à 3+4+5）■SKA MID VLBI⽤バックエンドシステムの開発■SKA LOW/MID 組み⽴て・統合・実証 (AIV)
ディジタルビームによる宇宙観測

SKA第二期では？

SKA第⼆期では、その規模を第⼀期の10倍に拡⼤することを⽬指しています。
そのような巨⼤な装置を砂漠の遠隔地に設置することから、建設コストだけでなく運⽤コストも重要な要素です。
⾼信頼性・低消費電⼒・低コストの技術⾰新が求められています。
たとえば・・・■UHF全帯域受信システム■超伝導フィルタと⼩型冷凍機■光電⼦融合回路

ビーム形成を⾏う
信号処理装置*

データ解析を⾏う
スーパーコンピュータ

低電⼒な信号伝送システム*

広帯域なアンテナフィード

地球 2 周分の光ファイバー

世界のインターネットトラフィックの 10 倍のデータ量*クレジット: CSIRO
らせん状に配置されるアンテナ（直径およそ 100 km）

極限宇宙への挑戦■宇宙の夜明け：他の波⻑では観測することのできない、宇宙で最初の星やブラックホールが誕⽣する世界がどうなっているのかを解明します。
■銀河進化・AGN：銀河の中で星が⽣まれる割合やガスの組成を、歴史をさかのぼり明らかにします。巨⼤ブラックホールや活動的銀河の系譜を明らかにします。
■宇宙論：
暗⿊エネルギーや重⼒理論に迫ります。原始⾮ガウス性と呼ばれる宇宙の物質分布のパターンを、他波⻑での研究を凌駕する精度で明らかにします。

宇宙物理学への挑戦■パルサー：
パルサーを⻑期に渡り監視し、重⼒波を検出します。膨⼤な数のパルサーを精査して、宇宙検閲官仮説や脱⽑定理と呼ばれる重⼒理論を検証します。
■宇宙磁場：
宇宙の様々な天体に普遍的に存在する巨⼤な磁場が、いつ⽣まれどのように進化してきたか探ります。ミッシング・バリオンを調査します。
■星間物質・星惑星形成：
私たちの銀河の中で多相な状態にある⽔素のうち、⽔素原⼦の分布を詳細に解明します。星が⽣まれて進化する環境を調べます。

未知への挑戦■宇宙⽣命：
惑星の源となる領域で、⽣命の誕⽣につながるアミノ酸などの有機分⼦を探査します。地球外知的⽂明からの信号がないか探査します。
■突発現象：
新発⾒の⾼速電波バースト(FRB)を始めとする突発的な現象を探ります。
誰もが予想しないような将来の新現象の発⾒に備えます。

SKA1クイックリファレンス
帯域

周波数 (MHz)LOW 50 - 350
1350 - 1050

2950 - 1760

31650 - 3050

42800 - 5180

5a4000 - 9250

5b9000 - 16700

5c14000 - 24000

A1600 - 5200

B4600 - 24000

LOWとLOFAR■⾓度分解能：同等かそれ以上■感度：10倍近く向上■サーベイ速度：100倍以上
MIDとJVLA■⾓度分解能：10倍近く向上■感度：点源で数倍から10倍(~20μJy/beam/hr1/2/MHz1/2@1.4GHz)イメージではさらに4倍■サーベイ速度：10から100倍
⽐類なき性能■パルサー・突発天体の捜索⼒：数100倍(マルチビーム)

産業

SKAが期待する産業界からの貢献
SKAが求める技術要求を達成するだけでなく、それを現実的に安定して⽣産・供給するために、産業界の積極的な計画への参加が不可⽋です。

SKA計画は、最先端デバイス、超⾼速コンピューティング、ビックデータを活⽤するICTやIoTなど、⾼品質で挑戦的な技術を、製品だけでなく開発段階のものまで活⽤します。ハイテクな発電送電システム、リモートアクセス、遠隔制御など、天⽂学と関係性の低い産業分野でのソリューションも求めています。
SKA計画はSKA第⼀期の最終設計段階にあります。その設計と開発のために、国際的な組織ワークパッケージコンソーシア(WPC)が結成されています。約500名のエンジニアや研究者が所属する約100の企業が、巨⼤なジグソーパズルの全ての駒の設計と開発を進めています。SKA計画への企業の参画は、開発企業と⼤量⽣産企業と協⼒するような多様な組み合わせの組織を形成することを意味します。

SKAで期待される業種（例）■観測局設置現場調査、光熱⽔などの基盤施設技術とその整備■電⼒設計や電⼒⼯学■広帯域・能動素⼦構成の開⼝⾯及び焦点⾯位相合成アンテナ■パラボラアンテナ⽤の⽐帯域10の広帯域給電部を持つ開⼝⾯アンテナ■低価格・⼤量⽣産型の⼩/中⼝径パラボラアンテナ■常温及び冷却環境で動作可能な低雑⾳・⾼集積化受信機■コヒーレントと⾮コヒーレント技術を⽤いた⼈⼯電波の⼲渉軽減対策■低価格な⾼速(Gs/s)アナログ・デジタル・コンバータ■中⻑距離(100m-3000km)の超低消費電⼒・超⾼速(Tbps)デジタル光データリンク■超⾼速デジタル信号処理エンジン(Pbps)と超⾼速スーパーコンピュータ(ExaFlops)■位相合成制御や観測データ処理を⾏う⾼性能ソフトウェア技術■ダイナミックレンジが70dB以上の⾼品質画像合成技術■プロジェクトの⼯程管理、運⽤、維持管理のモデル化■システム・エンジニアリング

こちらもご覧ください(1) SKA⽇本版サイエンスブック
http://ska-jp.org/ws2015/SKA-JP/talks/SKAJP_Science_Book_2015.pdf(2) SKAエンジニアリングレポート
http://milkyway.sci.kagoshima-u.ac.jp/
skajp-ewg2016/contents/
SKAJP_Engineering_Report_2016.pdf(3) SKA計画紹介パンフレット
http://milkyway.sci.kagoshima-u.ac.jp/
skajp-ewg2016/contents/
SKAJP_Booklet_2016.pdf

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