上一代“火鍋”望遠鏡要被拆掉了

位于加勒比地區(qū)波多黎各的阿雷西博望遠鏡口徑305米，從1963年起，直到FAST建成的2016年，這53年間，它一直都是世界上最大的單口徑望遠鏡。它幫助人類取得了一系列意義非凡的天文學發(fā)現(xiàn)，它發(fā)現(xiàn)了脈沖雙星系統(tǒng)，并由此間接證明了引力波的存在;首次對小行星進行成像;發(fā)現(xiàn)了首批系外行星;還參與了外星人搜尋，向太空發(fā)射信號，試圖和潛在的外星生命交流……而現(xiàn)在，它卻因為兩根鋼纜斷裂造成的損壞，不得不面臨關停的命運。

在中國建成 500 米口徑球面射電望遠鏡（FAST）前， 305 米口徑的阿雷西博一直是世界上最大的單口徑射電望遠鏡。它建成于 1963 年，利用山谷中石灰?guī)r受到流水腐蝕后形成的碗形大坑作為底座，主要部件包括一個直徑 305 米的主反射面，和一個懸吊在這口“大鍋”上方 137 米處、重約 900 噸的儀器平臺。這個儀器平臺中安置了阿雷西博的第二和第三反射面，以及雷達發(fā)射機和微波接收機，主要依靠周圍三座索塔架設的十幾根直徑約 8 厘米的鋼纜支撐。

雖然305米口徑算得上是龐然大物，但龐大的面積帶來的是防護的困難。對于新建成的FAST，尚且需要貴州氣象部門用高炮、火箭彈人工除雹來保護;而對于缺乏經(jīng)費，已經(jīng)50多歲并且在海島上常常遭遇颶風的阿雷西博望遠鏡來說，情況更加危急。

2020年11月19日，美國國家科學基金會（NSF）宣布，單口徑射電望遠鏡阿雷西博（Arecibo）將被永久關停并拆除。今年8月和11月，阿雷西博望遠鏡兩根關鍵性支撐鋼纜先后斷裂，造成的損壞已經(jīng)無法確保修復作業(yè)安全進行，也不能保證在天文臺中工作的學者們的安全。作為阿雷西博的上級部門，NSF 表示將在接下來的幾周內(nèi)制定望遠鏡的拆除計劃，其中可能包含使用爆破技術(shù)拆除懸吊在其巨型主反射面上的儀器平臺。

消息一出，一場以#WhatAreciboMeansToMe為標簽的活動在推特上立即興起。大量天文學家、工程師還有其他科學家，都在分享他們職業(yè)生涯中和阿雷西博望遠鏡的故事。而在阿雷西博57年的歷史中，它也為天文學做出了許多貢獻。

開創(chuàng)性的天文發(fā)現(xiàn)

1963年，美國國防部出于發(fā)展彈道導彈防御系統(tǒng)的目的，資助了阿雷西博望遠鏡的建設。因此，阿雷西博和FAST在結(jié)構(gòu)上存在顯著差異：前者懸掛在反射面上方的科學平臺具有發(fā)射無線電波的能力，因此重量達到了900噸，對結(jié)構(gòu)強度產(chǎn)生了巨大的挑戰(zhàn)。

不過也正是因為發(fā)射無線電波的能力，阿雷西博望遠鏡可以按照雷達模式工作——發(fā)射無線電波，并檢測返回的無線電波——也正因此，它成為了第一個可以直接對小行星成像的望遠鏡。除了雷達天文學，在射電天文學的范疇，即單純接收電磁波的方式進行工作，它也是世界上最優(yōu)秀的望遠鏡之一。

1964年4月，在望遠鏡剛剛投入使用時，戈登·佩滕吉爾（Gordon Pettengill）的團隊就利用它將水星的自轉(zhuǎn)周期從59天修正到88天。

1968年，洛夫萊斯（Lovelace）等人發(fā)現(xiàn)了蟹狀星云脈沖星33毫秒的周期，為證實中子星的存在提供了堅實的證據(jù)。

1974年，赫爾斯（Hulse）和泰勒（Taylor）用它發(fā)現(xiàn)了包含PSR B1913+16的脈沖雙星系統(tǒng)，這個脈沖雙星系統(tǒng)的公轉(zhuǎn)周期存在慢慢減小的趨勢。他們利用引力波輻射能量的說法成功解釋了這種現(xiàn)象，間接證明了引力波的存在。赫爾斯和泰勒也因此獲得了1993年諾貝爾物理學獎。

1989年9月，阿雷西博望遠鏡利用它的雷達模式對小行星4769 Castalia成像，而這也是人類首次對小行星成像。

1990年，它又根據(jù)脈沖星PSR 1257 + 12的異常周期，發(fā)現(xiàn)了繞其旋轉(zhuǎn)的三顆行星，這也是人類首次發(fā)現(xiàn)系外行星。

尋找外星生命

除了這些傳統(tǒng)的科學內(nèi)容，阿雷西博望遠鏡在尋找外星人方面也下足了功夫。1974年，阿雷西博望遠鏡向球狀星團M13發(fā)射了著名的阿雷西博消息，期望可以被潛在的外星文明接收到。該消息由七個部分組成，自上向下分別代表了：數(shù)字1到10（白色）;構(gòu)成DNA的氫碳氮氧磷的原子序數(shù)（紫色）;DNA核苷酸中堿基和糖的分子式（綠色）;DNA中核苷酸數(shù)量，以及DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（白色和藍色）;人形圖案、尺寸以及地球人口（紅色、藍色和白色）;太陽系的形態(tài)，其中標注了地球（黃色）;阿雷西博望遠鏡的形態(tài)及尺寸（紫色、白色和藍色）。

自1999年5月起，阿雷西博望遠鏡還參與了SETI@home，旨在使用分布式計算分析天文臺數(shù)據(jù)，尋找外星人存在的證據(jù)。普通人利用家用電腦就能參與計算，因此更多人有機會參與科研項目。

而阿雷西博本身經(jīng)過57年的歲月，也成為流行文化的一部分。電影《超時空接觸》（1997年）和《黃金眼》（1995年）中，阿雷西博望遠鏡都有出鏡。位于加勒比海島嶼上的它，也被美國國家公園管理局列入了《國際史跡名錄》，并且是波多黎各的主要旅游景點之一，每年大約吸引9萬名游客。

被迫退役

但不幸的是，阿雷西博望遠鏡近些年不斷遭受颶風、地震、老化的損壞。

2017年9月21日，與颶風瑪麗亞相關的強風導致其一根饋源天線斷裂并掉落到反射面上，損壞了構(gòu)成其反射面的38000個面板中的30個，好在面板隨后得到修復。

2020年8月10日，其中一條支撐鋼纜從索塔的插孔中滑脫，將下方的主反射面邊緣砸出一道 30米長的缺口，阿雷西博暫停運作。在事故調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)望遠鏡近半數(shù)支撐鋼纜都有滑脫的跡象。就在工程師們研究如何修復這次損壞，并評估整體結(jié)構(gòu)的完整性時，11月7日，阿雷西博再次遭到損壞，又有1根主要支撐鋼纜斷裂并損毀了望遠鏡的主反射面。

技術(shù)人員在之后的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，鋼纜發(fā)生事故時的受力情況僅為其預期最小斷裂強度的60%，這說明其他鋼纜的強度也可能低于預期。如果有更多的鋼纜斷裂，整個900噸的科學平臺可能會從 137 米的高空砸向下方的反射面，這無疑將是災難性的。負責評估阿雷西博整體結(jié)構(gòu)的第三方工程公司表示，考慮到其他鋼纜可能會發(fā)生故障，望遠鏡的整體維修工作將是不安全的。該公司的工程師 Thornton Tomasetti 稱，對余下的支撐鋼纜進行強度測試可能會導致結(jié)構(gòu)坍塌。根據(jù)上述技術(shù)性評估的結(jié)果，NSF 決定關停阿雷西博望遠鏡并開始計劃性拆除，規(guī)避意外倒塌的風險。

在11月19日的媒體簡報上，NSF的天文學部主任拉爾夫·高梅（Ralph Gaume）說：“僅僅是試圖穩(wěn)定或測試鋼纜，都可能促使災難的發(fā)生?！?/p>

對科學、文化和波多黎各都非常重要的阿雷西博望遠鏡，因為不幸遭受損壞而被迫提前退役，實在是令人惋惜。

（本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自“把科學帶回家”微信公眾號，有刪節(jié)）