Preguntas frecuentes (FAQs)

Introducción
Los avances en el proyecto del Square Kilometre Array (SKA) en los últimos años han sido enormes y cada vez está más próximo el inicio de su construcción, prevista para 2018. El cronograma del proyecto proporciona una buena idea de los logros y de los principales hitos completados por la Organización del SKA hasta la fecha.

Estos avances están generando un creciente interés en el que será el mayor radiotelescopio del mundo por parte de los gobiernos regionales y nacionales, tanto de aquellos que ya participan formalmente como de los que están considerando unirse al proyecto. Este interés está creciendo también en la comunidad científica, en el mundo de la ingeniería, en el de la industria, así como en la población local de los países de acogida, en los medios de comunicación y entre el público general.

La Organización del SKA mantiene un firme compromiso con la comunicación de las novedades sobre el proyecto a través de una amplia gama de canales y recursos, como son los anuncios en las plataformas online del SKA, el boletín mensual y a través de esta lista de preguntas frecuentes (FAQs).

¿Qué el SKA y qué va a hacer?
El Square Kilometre Array (SKA) es un proyecto internacional destinado a construir un radiotelescopio que en última instancia será decenas de veces más sensible y miles de veces más rápido en la observación del cielo que cualquiera de las instalaciones radioastronómicas actuales. En pocas palabras: el SKA será radiotelescopio más grande del mundo.

El SKA no es un solo telescopio, sino un conjunto de telescopios – un array – que se extenderá a lo largo de grandes distancias.

El SKA se construirá en dos fases: la Fase 1 (SKA1) que se construirá en Sudáfrica y Australia. Durante la Fase 2 (SKA2) se extenderá geográficamente. En concreto, en el nodo africano se instalarán antenas a lo largo de otros países del continente.

El SKA generará datos a una velocidad diez veces superior al tráfico mundial actual de Internet. Será lo suficientemente potente como para detectar señales de radio muy débiles emitidas por fuentes cósmicas situadas a miles de millones de años luz de distancia, lo que permitirá vislumbrar los primeros mil millones de años del universo (hace más de trece mil millones de años) periodo en el que las primeras galaxias y las estrellas comenzaron a formarse.

El SKA se utilizará para buscar respuestas a preguntas fundamentales de la ciencia actual: ¿cómo se formó el universo? ¿y las estrellas y galaxias? ¿es correcta la teoría de la relatividad de Einstein? ¿cuál es la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura? ¿cuál es el origen del magnetismo cósmico? ¿hay vida en algún otro lugar en el universo? Pero, seguro los descubrimientos más importantes que realizará el SKA serán aquellos que actualmente son impredecibles.

¿Qué significa SKA?
Las siglas SKA responden a Square Kilometre Array (array de un kilómetro cuadrado). Su nombre refleja el deseo original de construir un telescopio de un kilómetro cuadrado de área colectora a través de un conjunto de antenas distribuidas en un área geográficamente mucho más grande.

Esta idea se remonta a principios de la década de los noventa del siglo pasado y aunque el nombre original permanece, el concepto se ha ampliado. De hecho, la superficie colectora total del SKA será en última instancia mucho mayor que un kilómetro cuadrado. De hecho, el área de la primera fase del SKA (SKA1), que representa solo una fracción del proyecto, ya es casi la mitad de un kilómetro cuadrado. SKA2, la segunda fase del telescopio, superará ampliamente este límite.

¿Qué apariencia tendrá el SKA?
El SKA será un enorme conjunto de antenas. Constará de dos tipos diferentes de antena: antenas parabólicas (o platos, similares a las antenas de satélite domésticas pero mucho más grandes) y antenas dipolo que recuerdan a las antenas de televisión.

Se han desarrollado dos diseños diferentes porque cada uno resulta más adecuado para recibir señales a diferentes frecuencias: las antenas dipolo reciben frecuencias muy bajas, similares a aquellas con las que sintonizamos emisoras FM. Los platos operan a frecuencias más altas, parecidas a las utilizadas para transmitir las señales de los teléfonos móviles.

En la segunda fase de la construcción podría añadirse un tercer tipo de antena para frecuencias intermedias.

SKA1 constará así de dos telescopios complementarios –formados por conjuntos de antenas- que proporcionarán una cobertura continua: un telescopio de baja frecuencia en Australia (desde 50 MHz a 350 MHz) y otro de frecuencia media en Sudáfrica (desde 350 MHz a 14 GHz).

Ambos instrumentos realizarán ciencia de vanguardia y abordarán una serie de emocionantes y sugerentes líneas de investigación en astrofísica, como es el estudio de los púlsares, el magnetismo en el cosmos, la época de reionización (cuando las primeras estrellas comenzaron a ionizar el gas a su alrededor), las ondas gravitacionales, el origen de los planetas, la vida en el universo, etc.

Más concretamente, las antenas serán:

Antenas parabólicas o “Platos”: El SKA al completo (SKA1 + SKA2) incluirá varios cientos de platos (hasta dos mil, aunque el número exacto no está aún completamente definido) cada uno de quince metros de diámetro. La mayoría de estos platos se situarán en Sudáfrica. Una buena parte se instalará en los países socios africanos del SKA durante la Fase 2.  Estas antenas serán capaces de soportar condiciones ambientales variables (fuertes vientos y variaciones térmicas) con requerimientos de mantenimiento y costes bajos.
Antenas de baja y media frecuencia: Se trata de conjuntos formados por un gran número de pequeñas antenas dipolo dispuestas directamente sobre el suelo.  Las antenas tipo “plato” sirven para apuntar a fuentes cósmicas específicas, con el receptor situado en un punto focal del plato (al igual que el receptor en el extremo del brazo de una antena parabólica de televisión). En cambio, en el caso de las antenas dipolo, se retira el plato y la antena se coloca directamente en el suelo.

Una vez este el SKA operativo, ya sea total o parcialmente, las señales de radio de todos los receptores serán transmitidas y procesadas en un supercomputador que las correlacionará. Esto permitirá el apuntado electrónico de todo el conjunto de antenas a cualquier región del cielo como si de una única gran antena se tratara. La porción de cielo que podrá observarse de manera simultánea por todas las antenas vendrá determinada por la capacidad final de computación que se obtenga.

Con una suficiente capacidad de cálculo, todas las direcciones se podrán observar simultáneamente, lo que aumentará de forma significativa la velocidad del telescopio para apuntar y cartografiar el cielo y permitirá detectar fenómenos transitorios e imprevisibles como las supernovas o los Fast Radio Burst (estallidos rápidos en radio) que ocurren en intervalos de tiempo extremadamente cortos. Con SKA1, la parte del cielo accesible a las antenas de baja frecuencia será comparable con las de una antena tipo plato, pero el cambio de un objeto a otro será mucho más ágil ya que el apuntado se hace electrónicamente y no moviendo físicamente la antena.

¿Cómo funcionará el SKA?
Un gran número de fuentes cósmicas emiten señales en radio, una longitud de onda que no pueden ver nuestros ojos. Los radiotelescopios son capaces de observar esta emisión y convertirla en una imagen, que los astrónomos estudiarán y analizarán. El problema es que una única antena no puede proporcionar una imagen con mucho detalle: el grado de detalle de la imagen es proporcional al tamaño de la antena, es decir, cuanto mayor sea la antena, mejor será la imagen que obtenemos. Sin embargo, construir antenas muy grandes es costoso y muy complicado desde un punto de vista técnico. Alternativamente, un gran número de antenas más pequeñas operando conjuntamente puede ofrecer una mayor sensibilidad. Además, si se extienden sobre un área grande, el conjunto (o array) tendrá una muy buena resolución, es decir, será capaz de distinguir detalles muy finos en los objetos que observe. Estas características son las que harán del SKA un extraordinario instrumento a la hora de captar señales de radio extremadamente débiles y con una sensibilidad y un detalle nunca alcanzados por radiotelescopio alguno.

¿Qué hace que el SKA sea tan especial?
El SKA es un proyecto de ciencia de vanguardia que pondrá a prueba los límites de la ingeniería en las próximas décadas. La construcción del SKA requerirá el desarrollo de tecnología punta y de una capacidad de supercomputación que sea capaz de procesar datos a velocidades mucho mayores que el tráfico global de Internet actual.

El SKA utilizará miles de antenas de radio con diferentes tecnologías, lo que permitirá estudiar el universo con un detalle y sensibilidad sin precedentes.

El SKA también será capaz de observar todo el cielo de una manera mucho más rápida que cualquier instalación radioastronómica existente.

¿Qué hace que el SKA sea tan potente?
La percepción más popular de un radiotelescopio suele ser la de una gran antena parabólica, es decir, con forma de plato. Pero tanto los costes como la mecánica imponen límites a cómo de grande puede ser una única antena de este tipo.

Para construir radiotelescopios más grandes y potentes se recurre a una técnica llamada interferometría. La interferometría emplea un gran número de antenas más pequeñas conectadas entre sí por redes de fibra óptica y que trabajan como si formaran un solo gran telescopio virtual. Cuantas más antenas conformen el instrumento, mayor será el área de recolección eficaz y, por tanto, mayor será la sensibilidad para detectar señales de radio muy débiles procedentes de cualquier punto del cosmos.

Si además las antenas están distribuidas a lo largo de grandes distancias, también se logrará una mejor resolución en las observaciones, proporcional a la mayor separación existente entre antenas. Esta técnica es la que hace que el SKA sea el radiotelescopio más grande y potente del mundo. En la primera fase del SKA ya será al menos cinco veces más sensible y sesenta veces más rápido que cualquier radiotelescopio actual.

¿Por qué el SKA se va a desarrollar en fases?
La decisión de adoptar un enfoque por fases para la construcción del SKA fue principalmente tomada con el fin de gestionar de manera más óptima los potenciales riesgos y permitir un desarrollo y evolución tecnológica a lo largo del proyecto. La Fase 1 del SKA (SKA1) supondrá una importante mejora en la capacidad actual de los mejores radiotelescopios actuales. Su construcción comenzará en 2018, y se espera que ofrezca la primera ciencia en 2020.  La construcción de las dos fases del SKA requerirá más de una década y el pleno desarrollo de la Fase 2 (SKA2) implicará un mayor refinamiento de toda la tecnología puesta al servicio del SKA.

¿Cuál es el estado actual del proyecto SKA?
El proyecto SKA ha entrado en la fase final previa a la construcción, lo que se conoce como fase de diseño detallado. Consiste en afinar al detalle el diseño del telescopio antes de la construcción de la primera fase del SKA (SKA1) que comenzará en 2018. El objetivo es lograr que todas las piezas de este rompecabezas gigante encajen de la mejor manera posible antes de empezar a construirlo.

Paralelamente, la comunidad científica internacional está trabajando para definir y refinar los proyectos de ciencia clave que se abordarán en los primeros años de operación del telescopio, a partir de 2020. Por último, pero no menos importante, en el ámbito político se sigue trabajando en el establecimiento de la Organización del SKA como una organización internacional de tratados, similar al CERN o a ESO,  lo que garantizará una ágil contratación de bienes y servicios y una gestión sólida durante la vida útil del proyecto.

¿Se ha terminado el diseño del telescopio?
El diseño de la primera fase del proyecto -llamada SKA1- está siendo refinado por ingenieros y hasta el final de la pre-construcción, los números pueden variar ligeramente. Una vez construido, el SKA1 corresponderá aproximadamente al 10 % de la totalidad del SKA en términos de capacidad. El SKA1 constará de dos instrumentos: uno en Sudáfrica y otro en Australia.

Sudáfrica será la sede del instrumento de frecuencias medias del SKA, un versátil conjunto de cientos de antenas parabólicas que abordarán distintas áreas científicas, como la búsqueda de signos de vida en la Galaxia o la observación de púlsares y agujeros negros para la posible detección de las ondas gravitacionales predichas por Einstein, en una de los más importantes pruebas sobre la validez de la relatividad general.

Por otro lado, Australia será la sede del instrumento de baja frecuencia del SKA, compuesto por más de cien mil antenas. Este instrumento sondeará una época clave en la historia del universo -la época de reionización-, cuando el universo apenas tenía mil millones de años, momento en el que nacieron las primeras estrellas y galaxias. Al cartografiar el universo a lo largo de sus más de trece mil millones de años, el SKA aportará información esencial sobre la naturaleza de la materia y la energía oscura, así como sobre la futura evolución del Universo.

¿Cuál fue el diseño de referencia inicial (baseline design) y por qué el diseño final será diferente?
El proyecto SKA comenzó muchos años atrás con el objetivo de dar respuesta a una serie de cuestiones científicas clave en la astronomía actual. Por ello se desarrolló un diseño inicial con estos objetivos científicos en mente.

Este diseño de referencia de base (baseline design) se fue refinando para adecuar el proyecto al presupuesto disponible sin renunciar a los objetivos científicos planteados. Este proceso, denominado re-baselining, se ha desarrollado a lo largo de varios meses y ha contado con la participación de la comunidad de científicos e ingenieros de todo el mundo, así como del asesoramiento de expertos en otras grandes instalaciones astronómicas líderes en el mundo.

El proceso concluyó con una definición detallada y real de lo que será el SKA1: un telescopio varias veces mejor que cualquier instalación existente y que comprenderá dos instrumentos, uno en Australia y otro en Sudáfrica. Este proceso de redefinición con respecto al concepto original es una práctica común en los proyectos de la envergadura del SKA, como el telescopio ALMA, el Very Large Telescope (VLT) o el telescopio LOFAR.

¿Supone el diseño definitivo para SKA1 una minoración respecto al planteado originalmente?
Hablar de una minoración no es apropiado en este contexto. El concepto inicial no implicaba la construcción del SKA1 hasta que no existiera el presupuesto adecuado. Básicamente era un esbozo general de lo que se debería conseguir con el tiempo para lograr cumplir los objetivos científicos del SKA.
Gracias a un trabajo detallado de ingeniería, este concepto inicial se ha concretado y adaptado para satisfacer las necesidades de la comunidad científica y llevar a cabo los proyectos científicos claves del SKA, pero adecuándose al presupuesto existente.
En cualquier caso, el SKA superará con creces las capacidades tecnológicas y científicas de cualquier instalación similar existente actualmente además de mantener sus objetivos científicos intactos.

¿Sigue siendo SKA1 un telescopio revolucionario?
¡Por supuesto! SKA 1 LOW, que será construido en la Australia Occidental, será ocho veces más sensible y 135 veces más rápido que LOFAR, actualmente el mejor radiotelescopio en esas mismas frecuencias.

Por otro lado, SKA1 MID, que será construido en Sudáfrica, será casi cinco veces más sensible y sesenta veces más rápido que el VLA (Very Large Array), la instalación más importante en radiofrecuencias en la actualidad.

Esto abre la puerta a descubrimientos revolucionarios para 2020, pero sobre todo es importante destacar que SKA1 es solo el punto de partida para el SKA, y que tan solo dispondrá de una pequeña fracción de todas las capacidades que ofrecerá cuando esté completamente terminado.
¿En qué situación se encuentra actualmente el SKA y cuándo se construirá?
El SKA ya ha superado con éxito una serie de hitos importantes en el camino hacia su construcción. Actualmente se están concluyendo toda una serie de revisiones de diseño para cada uno de los componentes del telescopio (las denominadas “Revisiones de Diseño Preliminar”).

Esta es una fase muy importante dentro del desarrollo de un proyecto de la envergadura del SKA. Es clave a la hora de asegurar que el diseño inicial cumple todos los requisitos con un riesgo aceptable y dentro de las limitaciones de costos y horarios. Además, establece una base sólida para avanzar hacia el diseño detallado.

En el caso del SKA, este diseño detallado se definirá en la llamada Revisión Crítica del Diseño (CDR) a finales de 2016, y que será la última etapa antes de pasar al proceso de licitación e inicio de la construcción.

Las fases más importantes son:

–    2012–2017: Fase de diseño del SKA1
–    2018–2023: Construcción del SKA1
–    2020: Primera ciencia con el SKA1
–    2023–2030: Construcción del SKA2
–    2030: Operaciones científicas con el instrumento totalmente completado.

¿Por qué al SKA se le denomina un proyecto BIG DATA? ¿Qué significa?
El proyecto SKA implicará el desarrollo de tecnología puntera en la era del Big Data, ya que será el proyecto público que mayor número de datos genere durante su funcionamiento, eclipsando por ejemplo al actual flujo de datos del CERN.

Solo en su primera fase, el telescopio producirá unos 160 terabytes de datos en bruto por segundo. Esto es análogo a rellenar un disco duro portátil de 500 Mb de capacidad cada 3 milisegundos. Para hacer frente a este reto, el proyecto SKA se ha asociado con empresas como IBM, Intel, Nvidia, Amazon Web Services, etc. para buscar soluciones innovadoras sobre computación en nube, procesamiento gráfico y chips de alto rendimiento energético.

¿Cuál es el actual estado de la financiación y cuánto costará finalmente el SKA?
La actual fase de diseño del telescopio está completamente financiada, con un coste total de 150 millones de euros. El coste total de la construcción que supondrá el SKA1 ha sido limitado por el Comité de Dirección del SKA a 650 millones de euros.

Conforme a lo dispuesto por dicho comité en marzo de 2015, las negociaciones formales con los gobiernos pueden ponerse en marcha en lo que sería el primer paso para la aprobación de contribuciones nacionales dirigidas al comienzo de la construcción de SKA1 en 2018.

Varios países han expresado ya su compromiso sólido con el proyecto, incluidos los países que albergaran el SKA, lo que corresponde a una significativa porción del coste total. Reino Unido ya comprometió unos 130 millones de euros como contribución al coste total en febrero de 2015.

¿Quién está construyendo el SKA y dónde se va a instalar?
Actualmente diez países conforman la Organización del SKA, la cual es supervisada y coordinada por la oficina central, situada en el Observatorio Jodrell Bank de la Universidad de Manchester en Reino Unido.

Actualmente más de 100 instituciones científicas e industrias, tanto de estos países miembros como de otros, están actualmente participando en el esfuerzo internacional que supone definir el diseño final detallado de SKA1, la primera fase del SKA.

SKA1 se construirá en Sudáfrica y en Australia. En Sudáfrica se situará en Karoo, cerca de Carnarvon, al norte de Cape. En Australia, se situará en Murchison, en Geraldton, en la parte más remota de la Australia Occidental.

La fase completa del SKA será un orden de magnitud mayor que SKA1 y supondrá un incremento exponencial en el número de antenas de baja frecuencia en Australia y en el de parabólicas en Sudáfrica respecto a SKA1.

Además de Sudáfrica, hasta ocho países africanos, como Botswana, Ghana, Kenya, Madagascar, Islas Mauricio, Mozambique, Namibia y Zambia, albergarían antenas del SKA (un 10 % del total).

Durante la segunda fase de construcción del SKA, un nuevo tipo de antena, los llamados conjuntos de apertura (“aperture array”) de media frecuencia se instalarían también en Karoo, Sudáfrica. Este tipo de antena supondrían un tipo de tecnología completamente nuevo en el mundo de la radioastronomía y actualmente están bajo desarrollo y en fase de pruebas.

¿Por qué se está construyendo el SKA en unas zonas tan remotas?
Los aparatos electrónicos que conforman nuestro día a día emiten radiofrecuencias que interfieren con las débiles señales procedentes del universo. Por este motivo es necesario construir los radiotelescopios en zonas libres de la emisión de radioondas generada por la actividad humana. Además,  deben tratarse de lugares especialmente secos y de gran altitud, sobre todo para el caso de las altas frecuencias, las cuales son absorbidas en su mayoría por la atmósfera terrestre.

Después de una exhaustiva búsqueda por todo el planeta y de analizar multitud de factores se seleccionó la zona de Karoo en Sudáfrica y la de Murchison en Australia como los lugares que finalmente albergarían el SKA.

¿Hay otros países interesados en unirse a la Organización del SKA?
La organización del SKA está abierta a la entrada de nuevos socios. Actualmente son varios los países que han expresado su interés en unirse a esta aventura científica, una de las más ambiciosas del siglo XXI. Francia, España, Portugal, Japón y Estados Unidos son algunos ejemplos de estos países que han mostrado iniciativa a la hora de pertenecer al SKA como país miembro.

¿Cuál es la contribución económica de cada miembro del SKA?
La contribución exacta de cada uno de los países miembros SKA se definirá en las negociaciones con los diferentes gobiernos que tendrán lugar entre 2015 y 2016. Como punto de partida para las negociaciones, se ha desarrollado un marco de financiación basado en el tamaño relativo de las comunidades astronómicas nacionales. El marco está diseñado para asegurar que los países que no albergan el SKA pero que forman parte del consorcio reciban un equitativo retorno científico.
Se considera que los países que van a albergar tanto los telescopios del SKA como sus oficinas centrales están ya aportando un 14 % del coste total. En cualquier caso, estos números indicativos solo se aplican a la primera fase de SKA (SKA1). El presupuesto y financiación de la segunda fase estará sujeto al consiguiente acuerdo entre los países miembros.

¿Cuál será el beneficio de los países participantes y del resto del planeta?
El SKA generará una ingente cantidad de datos que servirán de estímulo para avances punteros en computación de alto rendimiento y en Big Data, especialmente en el procesado, análisis y visualización de grandes conjuntos de datos. Todo el hardware de computación, así como los algoritmos de procesado que se están desarrollado para el SKA supondrá un tremendo avance tecnológico que terminará transfiriéndose a la sociedad.

A su vez, un megaproyecto como este es un estímulo para que gente joven se embarque en carreras científicas y tecnológicas, así como en diversas ingenierías, y desarrolle habilidades que serán especialmente demandadas en el futuro.

Durante la construcción del SKA, compañías y empresas asentadas en los distintos países miembros del SKA recibirán importantes contratos comerciales para el diseño y la construcción de los diferentes elementos del SKA, no solo para infraestructura, sino también para el desarrollo de innovadores componentes de alta tecnología.

Tras su construcción, las operaciones con el SKA así como su mantenimiento implicarán una fuente de oportunidades laborales para los siguientes cincuenta años. En este sentido, Sudáfrica ha invertido muy fuertemente en formación para MeerKAT y para el SKA a través de su Programa de Desarrollo de Capacidades Humanas. Alrededor de 700 personas que van desde artesanos a estudiantes de posgrado y becarios posdoctorales ya han recibido becas y subvenciones de este proyecto. Esto ha causado una oleada de interés en el estudio de matemáticas, de ingenierías y de astrofísica en las universidades locales, así como situar a Sudáfrica como uno de los lugares con más atractivo actual para estudiantes de todo el planeta. Muchos de estos estudiantes utilizarán el SKA para llevar a cabo su futura investigación de vanguardia en Sudáfrica.

¿Quién recibirá contratos comerciales con el SKA?
El dinero se invertirá principalmente en los países miembros del SKA a través de contratos comerciales con las industrias y los sectores de la innovación que van de grandes corporaciones hasta PYMEs. El beneficio obtenido por la industria no será exclusivamente económico, sino también en lo referente a la propiedad intelectual y a la experiencia obtenida en el diseño y construcción de unos de los programas técnicamente más desafiantes del mundo.

La adquisición de contratos se realizará a través de un proceso abierto, competitivo, transparente y controlado centralmente por los miembros del consorcio. Se tomarán las medidas adecuadas para garantizar que los países miembros reciben un nivel de retorno proporcional a su inversión. Los detalles de este mecanismo están actualmente en discusión entre los miembros de la organización

¿Qué spin-off se esperan que surjan de SKA?
Las tecnologías y los sistemas necesarios para poner en marcha el SKA requerirán ingenieros para trabajar en diseño e innovación de tecnología de frontera, tal y como en computación de alto rendimiento, en Big Data, así como en nuevas técnicas y materiales de construcción.

Evidentemente, es imposible predecir qué tipo spin-off e innovaciones tecnológicas saldrán de estos desarrollos, pero podemos nombrar algunos que ya han surgido del campo de la astronomía y de la radioastronomía, como por ejemplo, la tecnología Wi-Fi, las cámaras digitales y los dispositivos de imágenes médicas. Tampoco hay que olvidar que el GPS, utilizado cada día por millones de personas en todo el mundo, no funcionaría sin las correcciones predichas por la Teoría de la Relatividad de Einstein.

¿Cuánto tiempo estará el SKA operando?
Una vez completado se pretende que el SKA esté operativo durante más de cincuenta años. Este es el tiempo de vida típico de este tipo de instalaciones. Es obvio que será necesario incluir nuevos programas de desarrollo de software, de instrumentación, así como otro tipo de mejoras, para mantener al telescopio en primera línea durante un período tan largo. Es muy difícil predecir lo que el SKA será en cincuenta años, pero una cosa es segura: habrá transformado nuestra comprensión del universo y será una parte integral de la cultura popular de la humanidad.

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