地球的“一只眼睛”壞了

Vincent

57年的“世界最大單口徑望遠鏡”頭銜

提到單一口徑射電望遠鏡，很多人第一個想到的可能就是中國貴州的FAST，這座2016年落成的500米全口徑射電望遠鏡，是目前世界上最大的單口徑望遠鏡。

不過在FAST出現(xiàn)之前，從1963年到2016年的57年間，“世界最大單口徑望遠鏡”的頭銜，一直被一個305米口徑的射電望遠鏡“霸占”，它就是美國位于波多黎各阿雷西沃的阿雷西博射電望遠鏡。

阿雷西博射電望遠鏡于1963年落成，是利用一個天然的凹形地建立的。整座望遠鏡由底層直徑305米的接收盤面，以及懸掛于此之上，重達900噸的接收平臺組成。三個鋼筋混凝土高塔拉撐的18根電纜，幫助接收平臺懸吊在盤面之上。

阿雷西博射電望遠鏡主要被用于射電天文學(xué)、大氣科學(xué)和雷達天文學(xué)三個主要研究領(lǐng)域。自1963年正式開啟觀測以來，數(shù)千位科學(xué)家利用它觀測了宇宙，其中最激動人心的成果是1974年泰勒和赫爾斯發(fā)現(xiàn)第一個射電脈沖雙星系統(tǒng)PSR191316。

根據(jù)廣義相對論，這兩顆脈沖星的公轉(zhuǎn)周期會因為相互的引力而變化，因此阿雷西博射電望遠鏡在上千次的觀測后證明了愛因斯坦預(yù)言是對的。憑借這一發(fā)現(xiàn)，泰勒和赫爾斯一起榮獲了1993年諾貝爾物理學(xué)獎。

1991年，天文學(xué)家沃斯贊和弗雷爾用這個望遠鏡發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星PSR125712的行星系統(tǒng)，又一次轟動科學(xué)界。這是天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)太陽系外的行星系統(tǒng)。

2001年，美國電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）認定阿雷西博射電望遠鏡作為在電機工程領(lǐng)域重要的發(fā)明與貢獻，將其列入IEEE里程碑列表中；2008年阿雷西博射電望遠鏡又被列入美國的國家史跡名錄，足以看出阿雷西博在美國人心目中的地位。

不僅如此，阿雷西博射電望遠鏡還是世界上最耀眼的“文化明星”之一，廣泛出現(xiàn)在各種電影、游戲和電視劇中。美國天文學(xué)家卡爾·薩根（Carl Sagan）的著名小說《接觸》就曾寫到了它，而根據(jù)這部小說其改編的著名科幻電影《超時空接觸》（contact）也在此取景。

另外，1995年上映的007系列電影《黃金眼》中，最后高潮戲份也都集中在阿雷西博射電望遠鏡的巨大接收盤面上，當(dāng)時給全世界影迷帶來巨大的震撼！

命運多舛，近年多次遭受“重創(chuàng)”

阿雷西博射電望遠鏡自建成后到2011年，一直由美國康奈爾大學(xué)負責(zé)管理和運行，此后由中佛羅里達大學(xué)等和波多黎各城市大學(xué)根據(jù)與美國國家科學(xué)基金會的合作協(xié)議管理和營運。每年運行費用大約為1200萬美元，主要由美國國家科學(xué)基金會（NSF ， National Science Foundation）承擔(dān)相應(yīng)支出。

2016年5月23日，NSF發(fā)表了聲明，稱阿雷西博天文臺可能對環(huán)境造成了巨大的影響，似乎要為拆除它而做輿論準(zhǔn)備。不過還沒有等到被拆除，望遠鏡平臺就已倒塌。而阿雷西博天文臺將被關(guān)閉的消息宣布后，還曾有3.5萬人參與了網(wǎng)絡(luò)簽名活動，請求拯救天文臺。

事實上，自2017年來，阿雷西博射電望遠鏡就接連“受傷”，絕對是命運多舛。

2017年，颶風(fēng)“瑪莉亞”帶來的強風(fēng)導(dǎo)致430兆赫線路饋送斷裂，并掉到主鏡盤上，損壞了接收盤面上38000塊鋁板中的約30塊。由于阿雷西博的觀測資料，主要依賴于位于圓頂中的饋送和接收器傳送，而不使用線路饋送，因此，颶風(fēng)造成的傷害并不是很大。

但今年阿雷西博受到的兩次損害，卻是非常嚴(yán)重。

2 0 2 0年8月，熱帶風(fēng)暴“伊薩亞斯”過境波多黎各，造成一根輔助電纜脫線，并在接收盤面上開了一道約30米長的口子，對望遠鏡的運作造成了很大的影響。

然而就在工程師們即將展開修復(fù)時，第二根主電纜又于11月6日掉落。工程團隊原本預(yù)估，望遠鏡的結(jié)構(gòu)能夠繼續(xù)承重，但新事故表明他們預(yù)估錯誤，可能危及修復(fù)人員的生命。因此國家科學(xué)基金會決定終止修復(fù)，并于11月19日宣布射電望遠鏡退役并將拆除。

隨后，就是12月1日早上8點左右發(fā)生的坍塌事故。從國家科學(xué)基金會和社交媒體上發(fā)布的圖片來看，該次坍塌造成的損害較為嚴(yán)重。儀器接收平臺完全坍塌，接收平臺部分鋁板脫落，露出盤面下的植被。

目前，工程師們已評估了損壞情況，確定望遠鏡的三個支撐塔全部斷裂，重達900噸的儀器平臺墜落到下面的碟形接收盤面上。除此以外，望遠鏡的支撐鋼纜也斷裂了。

綜合目前情況，最可行的方式還是重建。不過考慮到這一方式所花費的巨大開支，并不是一件容易的事情。

多年前命運早已注定？

阿雷西博射電望遠鏡之所以名噪一時，還在于歷史上，它還曾幫助搜尋危險的近地小行星，并試圖與外星智慧生命進行聯(lián)系。

1960年代，美國天文學(xué)家法蘭克·德雷克（Frank Drake）用西弗吉尼亞州綠岸的美國國家無線電天文臺的射電望遠鏡，開啟了人類從射電波段搜索外星人的事業(yè)。這個計劃被稱為“奧茲瑪計劃”（Project Ozma），名稱取自《綠野仙蹤》里的奧茲國。

1961年，法蘭克·德雷克主持召開了地外文明計劃的會議，他向與會者提出了著名的德雷克方程（Drake Equation），以數(shù)學(xué)的方式評估了宇宙中未來可能與地球接觸的文明數(shù)量。美國天文學(xué)家卡爾·薩根（Carl Sagan）也參與了此方程的研究。

1974年11月16日，阿雷西博射電望遠鏡在弗蘭克·德雷克和卡爾·薩根的主持下，向距離地球25000光年的球狀星團M13中心發(fā)送了一串由1679個二進制數(shù)字組成的信號，試圖與外星智慧生命進行聯(lián)系。

這個信號就是著名的“阿雷西博訊息”，里面包含著二進制表示的1到10十個數(shù)字，構(gòu)成DNA的元素氫、碳、氮、氧和磷的原子序數(shù)，核苷酸的化學(xué)式，DNA的雙螺旋形狀，人類外形，太陽系的組成等。該消息正確解碼后，將獲得一系列的數(shù)字和圖形，可以幫助外星人對地球產(chǎn)生基本的認識。

波多黎各大學(xué)行星宜居性實驗室主任，長期在阿雷西博天文臺工作的亞伯·門德斯（Abel Mendez）認為，一旦放棄阿雷西博射電望遠鏡，也就意味著美國的外星無線電監(jiān)聽計劃的實質(zhì)終止。

除了阿雷西博，美國境內(nèi)還有弗吉尼亞州國家射電天文臺，以及西弗吉尼亞州的綠岸天文臺。雖然它們都可以承擔(dān)阿雷西博的部分數(shù)據(jù)收集任務(wù)，但這兩個天文臺對無線電信號的敏感度，相比阿雷西博，都存在著很大差距。

2016年，中國貴州的“天眼”FAST射電望遠鏡建成。對于世界天文學(xué)研究來說，這是一件非常令人興奮的事情。FAST和阿雷西博被譽為地球射電天文學(xué)上的“兩只大眼睛”。

亞伯·門德斯介紹，“如果你在監(jiān)測一個無線電頻譜較弱的來源，你需要兩個大的無線電望遠鏡：一個在白天指向某物，另一個在夜間指向某物。我們現(xiàn)在唯一在做類似事情的地方是中國的FAST，而且（它）比阿雷西博還要靈敏……如果失去阿雷西博，你就失去了一天24小時監(jiān)控微弱無線電信號的能力，現(xiàn)在我們只有一只眼睛了?！?p>

在25年前上映的《黃金眼》中，曾經(jīng)有過這樣的鏡頭：阿雷西博射電望遠鏡懸掛在球面正中的接收室從高空砸下來，這一幕令影迷印象深刻。令人想不到的是，25年后，阿雷西博射電望遠鏡似乎正在應(yīng)驗當(dāng)初電影中的結(jié)局。