阿雷西博的安魂曲

編譯 李威

2020年12月，位于波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡垮塌。這個龐然大物身上被砸出了一個洞，相應(yīng)地，整個天文學(xué)界都出現(xiàn)了這樣一個破洞。

在長達半個世紀的時間內(nèi)，阿雷西博望遠鏡始終是全球最大的單體望遠鏡，直到500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）的出現(xiàn)。阿雷西博望遠鏡直徑達到305米，傾聽著來自全宇宙的射電信號——其中既有恒星的，也有脈沖星、行星、小行星等天體的——以尋找地外智慧生命、對地球存在潛在威脅的天體以及可能解釋引力及時空之謎的線索。

阿雷西博的覆滅也讓波多黎各雪上加霜，沉重打擊了這個國家的自豪感和經(jīng)濟。在此之前，波多黎各就反復(fù)受到颶風(fēng)、地震以及大面積停電的困擾。自阿雷西博望遠鏡于1963年建立、開放以來，波多黎各一代又一代學(xué)生成群結(jié)隊穿過群山，來到這個科幻小說中才有的場景：巨大的凹面天線陣列如一只巨碗，嵌在山谷之中，巨碗上方懸掛著900噸重的射電接收器。在那里，無數(shù)青年學(xué)生同科學(xué)家直接接觸，親眼見證他們?nèi)绾喂ぷ?，由此萌發(fā)了對科學(xué)（尤其是天文學(xué)）的好奇與向往。其中有很多學(xué)生，后來自己也成了天文學(xué)家。

2003年7月，維修工人站在阿雷西博望遠鏡上方的天線陣列上。當(dāng)時，這架望遠鏡還是全球最大的射電望遠鏡

這樣的學(xué)生科普教育活動還會以某種形式繼續(xù)下去。2022年10月，阿雷西博望遠鏡的所有者美國國家科學(xué)基金會（NSF）表示會撥出500萬美元在望遠鏡原址建立一個世界級科學(xué)教育中心，名叫“阿雷西博科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）教育研究中心”，下設(shè)安吉爾·拉莫斯科學(xué)與游客中心、一塊展示空間、一間實驗室、辦公區(qū)域、宿舍、禮堂和自助餐廳。

唯一缺少的就是阿雷西博望遠鏡本身。美國國家科學(xué)基金會在公布這項計劃并征求更多建議時，明確表示不會重建這架望遠鏡，并且也不會為目前仍可以使用的科學(xué)設(shè)施（如12米射電望遠鏡和激光雷達設(shè)備）提供運營支持。

加州大學(xué)伯克利分校天文學(xué)家丹·維爾海默（Dan Werthimer）整個科研生涯都在使用阿雷西博望遠鏡搜尋可能來自地外文明的射電信號。對于美國國家科學(xué)基金會不重建望遠鏡的決定，他當(dāng)然是嘆息不已：“阿雷西博是整個宇宙中我最喜愛的望遠鏡。”

“對于波多黎各人民來說，這同樣是個悲傷的時刻，”維爾海默補充說，“阿雷西博望遠鏡是他們的驕傲?！?/p>

美國國家科學(xué)基金會在宣布不重建阿雷西博望遠鏡的決定后，失落感在整個天文學(xué)界蔓延開來。

2020年11月，尚未徹底垮塌時的阿雷西博望遠鏡

2006年，幾位游客和阿雷西博望遠鏡的合影。于1963年落成的阿雷西博望遠鏡除了研究宇宙射電信號之外，也研究在地球大氣中翻滾的那些物質(zhì)。實際上，阿雷西博望遠鏡的官方名稱就是美國國家天文學(xué)和電離層研究中心

“他們宣布計劃把整個設(shè)施都變成教育基地，并且剝離幾乎所有科研功能時，我相當(dāng)驚訝，”佛蒙特大學(xué)射電天文學(xué)家喬安娜·蘭金（Joanna Rankin）在一封電子郵件中寫道，“事態(tài)發(fā)生如此之大的意外轉(zhuǎn)變，讓很多使用過這架望遠鏡并且知曉其諸多優(yōu)點的科研工作者錯愕、惋惜不已。”

主要報道科技新聞的在線雜志《注冊》（The Register）以頭條新聞的方式抱怨美國國家科學(xué)基金會計劃把阿雷西博望遠鏡原址變成一所學(xué)校。

阿雷西博望遠鏡的官方名稱是美國國家天文學(xué)和電離層研究中心。顧名思義，它最初的建造目的除了充當(dāng)行星際雷達之外，還有研究在地球大氣中翻滾的各種物質(zhì)。多年以來，阿雷西博望遠鏡始終是人類好奇心和宇宙樂觀主義（認為宇宙中的智慧生命絕不止我們?nèi)祟悾┑南笳?，在諸多影視作品中都有出鏡，比如朱迪·福斯特（Jodie Foster）主演的科幻電影《超時空接觸》（Contact）和007電影《黃金眼》（Goldeneye）。

在科研層面，阿雷西博望遠鏡助力射電天文學(xué)家觀測到了一對釋放引力波（愛因斯坦預(yù)言的時空漣漪）的脈沖星，從而為他們贏得了諾貝爾物理學(xué)獎。另外，它還加入了美國宇航局（NASA）的新行星防衛(wèi)計劃，追蹤那些對地球存在潛在威脅的小行星。

2022年9月，阿雷西博望遠鏡此前收集的數(shù)據(jù)還幫助美國宇航局的“飛鏢”任務(wù)證明，“飛鏢”航天器在擊中1 100多萬公里外的一枚小行星時，可以令另一枚小行星的軌道發(fā)生變化。10月，由赫爾辛基大學(xué)天文學(xué)家安妮·維爾基（Anne Virkki）領(lǐng)導(dǎo)的一個阿雷西博望遠鏡科研小組公布了他們在2017—2019年間借助阿雷西博雷達系統(tǒng)分析191枚小行星得到的詳盡數(shù)據(jù)。按照他們的說法，這是真正的“寶庫”。

這些觀測結(jié)果揭示了部分對地球存在潛在威脅的小行星的重要信息，包括它們的大小、組成等特性。

然而，隨著時間的推移，逐漸下滑的預(yù)算經(jīng)費和糟糕的維修養(yǎng)護工作讓阿雷西博望遠鏡神奇不再。

2020年11月，支撐碟形天線上方900噸重射電接收器平臺的一根纜繩斷裂，導(dǎo)致接收器懸在半空中。美國國家科學(xué)基金會本已開始制定計劃取下這件儀器?？上В觳凰烊艘?。2020年12月1日上午，剩下的纜繩也全部斷裂，整個接收器平臺墜落，直接砸壞了下方的碟形天線以及周圍的一切。

全球各地的天文學(xué)家心都碎了。不過，科學(xué)最關(guān)鍵的特征就是它的恢復(fù)力。早在最后的致命一擊發(fā)生之前，許多科學(xué)家就聚在一起商討如何重建或是替代這架心愛的望遠鏡。

他們的努力最后匯集成了一篇有70多名作者署名的論文，主旨是下一代阿雷西博望遠鏡（NGAT）的建造計劃，并且作為下一個十年美國天文學(xué)發(fā)展路線的一部分提交給了美國科學(xué)院。

近地雙小行星1999 KW4的圖像，由阿雷西博望遠鏡的雷達系統(tǒng)和位于加利福尼亞的美國宇航局70米戈德斯通天線聯(lián)合拍攝

2020年12月的一場颶風(fēng)導(dǎo)致阿雷西博的一座支撐塔墜落，并且砸壞了下方的碟形天線，留下了一個不可修復(fù)的洞

從地面上看望遠鏡被砸出的那個30米寬的大洞

2016年，中國建成了一架比阿雷西博更大的射電望遠鏡，即FAST。不過，在如今的射電天文觀測領(lǐng)域，單個龐大的碟形鏡面已經(jīng)不是主流，大家都更喜歡由諸多小得多的碟形天線組成的觀測陣列。借助干涉技術(shù)，這樣的陣列能收集和大口徑單面射電望遠鏡同樣多的射電信號，但在功能和形式上要多樣一些。按照NGAT團隊的構(gòu)想，阿雷西博的繼任者應(yīng)該由1 112個口徑為9米左右的小碟形天線構(gòu)成?？梢园堰@些小天線安裝在一個巨大的可移動平臺上或是許多小一點的可移動平臺上，這樣他們就能傾斜或轉(zhuǎn)動，從而指向天空中的不同方向。這是原來的阿雷西博望遠鏡沒有的優(yōu)點，因為原阿雷西博望遠鏡是固定在地面上的，能觀測的天區(qū)就相對有限。

如果NGAT項目能夠順利通過并實現(xiàn)，有很多值得它研究的目標——實際上，天文學(xué)家早就想好了——其中包括：圍繞著銀河系中心超大質(zhì)量黑洞運動的脈沖星；早期宇宙的分子；空間碎片和空間天氣；暗物質(zhì)和暗能量。

“NGAT的高超性能將會極大程度提升它的應(yīng)用范圍，從而讓它成為未來幾十年里研究最前沿科學(xué)的絕佳利器?！庇砂⒗孜鞑┩h鏡高級科學(xué)家阿尼什·羅希（Anish Roshi）領(lǐng)導(dǎo)的作者團隊在計劃中這樣寫道。

不過，射電天文學(xué)家也都承認，要想讓NGAT充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，那么最好的選址一定不是波多黎各多雨、潮濕的山區(qū)，更可能是干燥的高海拔沙漠。只不過，這樣一來，科學(xué)界對波多黎各的道德愧疚感就更強了。

另外，NGAT項目的科學(xué)家開出了4.54億美元的預(yù)算，這對美國國家科學(xué)基金會也是一筆不小的負擔(dān)。畢竟，后者現(xiàn)在還要處理引力波探測器、一對地基光學(xué)大望遠鏡等其他野心勃勃的項目（按照科學(xué)界的說法，這些都是讓美國科研工作者跟上世界腳步的必需）需要的數(shù)十億美元的撥款計劃。

美國國家科學(xué)基金會的一名官員在接受美聯(lián)社采訪時表示，政府已經(jīng)擁有其他設(shè)備能夠覆蓋原阿雷西博望遠鏡的部分職能了。

NGAT項目的帶頭人羅希博士在一封電子郵件中寫道，天文學(xué)家都很喜歡在阿雷西博望遠鏡原址上興建STEM教育中心的想法，但他們同時也質(zhì)疑在沒有配套研究設(shè)施的前提下造這樣一個教育中心是否真的有意義。

羅希博士表示，如果學(xué)生有機會參與真正的科學(xué)研究，那他們一定會收獲更多，但在美國國家科學(xué)基金會現(xiàn)在的規(guī)劃中，這部分內(nèi)容完全缺失。

他還補充說，是否有希望在阿雷西博原址上重建望遠鏡或是在環(huán)境條件更合適的其他地方重啟研究項目，取決于誰拿到這份負責(zé)教育中心的合同。

“在我看來，阿雷西博望遠鏡項目成員以及更廣大的科學(xué)界同仁應(yīng)該抓住這次機會，繼續(xù)倡導(dǎo)以某種形式重建這架望遠鏡，而不是支持徹底棄用望遠鏡并停止一切目前仍在原址上進行的科研活動。”羅希博士說道。

然而，屬于阿雷西博的時代終究還是要畫上句號。就在天文學(xué)家弗蘭克·德雷克（Frank Drake）——1974年，為了尋找地外文明并嘗試與其聯(lián)系，德雷克用阿雷西博望遠鏡向全宇宙發(fā)送了一條具有歷史意義的信息——逝世僅僅一個月后，美國國家科學(xué)基金會就公布了不重建這架望遠鏡的決定。

天文學(xué)家的宇宙樂觀主義需要金錢和纜繩的支撐。另外，無論是火星探測器，還是空間望遠鏡，任何優(yōu)秀的科學(xué)構(gòu)想都無法在缺少維護的前提下存活。

資料來源 The New York Times