-阿雷西博望远镜塌了,“凝视”宇宙的故事还在继续
来源:科技日报
作者:代小佩
发布时间:2020-12-14
浏览次数:585
-阿雷西博望远镜塌了,“凝视”宇宙的故事还在继续
图片来源:nsf.gov
1974年,阿雷西博望远镜向距离地球25000光年的球状星团M13发射了一系列二进制代码信息,包含人类DNA结构、太阳系结构等。
图片来源:阿雷西博天文台官网

  当地时间12月1日,位于波多黎各的阿雷西博射电望远镜坍塌了。一时间,关于阿雷西博的各种报道铺天盖地。据悉,阿雷西博望远镜坍塌是因为3个支撑塔全部断裂,重达900吨的接收平台直接坠落到望远镜的反射盘上。天线被砸坏,望远镜已无修复可能。

  阿雷西博为何会坍塌?500米口径球面射电望远镜(FAST)和阿雷西博同属于射电望远镜,二者有何异同?阿雷西博曾向宇宙发出信号,会收到回音吗?

  早已预见的一场坍塌

  遭受过地震和飓风,经历过摇晃和动荡,直径为305米的大型射电望远镜阿雷西博“久经沙场”,却终究还是在一夜之间倒下了。

  实际上,这次坍塌并非毫无征兆。今年8月,阿雷西博塔架上的一根辅助钢缆脱落。此后,工程师一直在给阿雷西博“体检”,美国国家科学基金会(NSF)授权美国佛罗里达大学(UCF)采取相应措施。在评估过程中,UCF考虑了阿雷西博的使用年限、设计复杂性及继续使用的潜在风险。

  11月6日,阿雷西博天文台正准备交付用于替换的辅助钢缆时,望远镜的一根主要钢缆又在同一塔架上断裂。工程师预判,其余的钢缆可能比最初预计的还要脆弱。

  来自工程评估公司的桑顿·托马塞蒂(Thornton Tomasetti)提交了一份行动建议书,他说:“尽管令人沮丧,但我们认为,应尽快以可控的方式有计划地拆除阿雷西博望远镜。”

  在NSF天文科学部主任拉尔夫·高梅(Ralph Gaume)看来,安全是让阿雷西博退役的唯一考量因素。“在对阿雷西博进行评估前,我们考虑的并非是否应该修复天文台,而是如何修复。但大量数据表明,修复它,安全无法得以保证,而确保安全是无法逾越的底线。”

  在阿雷西博正式“退役”的新闻铺天盖地之前,工作人员就都明白,阿雷西博坍塌必然发生,只是不知何时到来。科学家和工程师不得不提前撤离,也正因为如此,这次坍塌没有造成人员伤亡。

  当地时间12月1日,波多黎各的山间发出了惊人的巨响——阿雷西博等不及“有计划地”被拆除,便自行坍塌,与世界来了场悲壮的告别。

  “一方面,望远镜本身‘疲劳’了,一台射电望远镜通常使用30年左右就算‘老’了,而阿雷西博已服役57年;另一方面,阿雷西博项目的科学经费不够,不足以做好日常维护,比如结构件的加固和更换,部件的除锈、润滑等。”中国科学院上海天文台研究员、65米天马射电望远镜总工程师刘庆会告诉科技日报记者,阿雷西博的坍塌并不令人意外。

  不同望远镜需要相互配合

  阿雷西博倒下的那一天,很多人想起了被喻为“中国天眼”的FAST。

  FAST和阿雷西博都是射电望远镜,可以用于接收天体发射出的无线电波。20世纪60年代天文学取得了非常重要的发现——脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子,而这“四大发现”都与射电望远镜有关。

  射电望远镜各式各样。根据天线总体结构不同,射电望远镜按设计要求可以分为连续和非连续孔径射电望远镜两大类。

  连续孔径射电望远镜分为全可转型或可跟踪型、部分可转型、固定型。阿雷西博和FAST都属于固定型射电望远镜。非连续孔径射电望远镜大致分为甚长基线干涉仪和综合孔径射电望远镜两类,世界上最大的综合孔径射电望远镜是位于美国的甚大天线阵(VLA)。

  与光学望远镜不同,射电望远镜既没有高高竖起的望远镜镜简,也没有物镜、目镜,它主要由天线和接收系统两大部分组成。射电望远镜的天线,就是通俗说的“锅”,接收系统就是“馈源”。阿雷西博的“大锅”就是被900吨的“馈源”砸坏了。

  为了满足观测弱射电源的需要,射电望远镜必须有较大直径,并能对射电目标进行长时间跟踪或扫描。刘庆会表示,由于射电望远镜接收的无线电波波长较长,对望远镜的面精度要求没那么高,所以“锅”可以做得比较大。

  “‘锅’越大,接收信号就越多,灵敏度就越高。就像下雨时,盆子越大,接住的水就越多。”刘庆会说,天文学家都想要又大又精密的望远镜,但必须综合考虑设备造价和工艺的现实性。

  “在接收射电信号方面,FAST完全可以替代阿雷西博而且比它的性能更强。但FAST不能发射信号,阿雷西博原本可以跟FAST互补,现在这一互相配合的组合不复存在了。”刘庆会不无遗憾地说。

  尽管FAST和阿雷西博这类大型射电望远镜可以捕捉更微弱的信号,但由于它们是固定型望远镜,覆盖天区有限,其他射电望远镜仍起着重要作用。

  不同大小、波段、位置的望远镜就像不同的“眼睛”,从多个角度凝视宇宙,捕捉各式各样的信息。如同盲人摸象,每一个望远镜只能“摸”清天体的一个侧面。中国科学院国家天文台研究员戴昱接受科技日报记者采访时表示,天文学家的理想是用所有波段的望远镜把感兴趣的天区或天体都“扫描”一遍,达到“全信使、多波段”的效果。

  探索宇宙是场接力赛

  阿雷西博对射电天文学的重要发现以及行星和太阳系的研究贡献巨大,曾绘出第一幅金星表面雷达图,并在1992年首次发现太阳系外的行星系统……

  不过,阿雷西博一项更为著名的成就是向宇宙发射信号。1974年,阿雷西博望远镜向距离地球25000光年的球状星团M13发射了一系列二进制代码信息,包含人类DNA结构、太阳系结构和阿雷西博望远镜本身信息等,以期被潜在外星文明接收到。

  “虽然阿雷西博不在了,FAST也可以接收这个信号的反馈。就好像你收到一封信,到底是寄信人本人查收,还是给他的亲戚朋友查收,都没关系。”刘庆会说。

  重要的是,这封信会以什么形式回复。“如果是可见光信号,就用光学望远镜接收,如果是射电信号,就用射电望远镜接收……不过,很难说阿雷西博信号会有反馈。即便有,宇宙尺度那么大,说不定也要等几十年或几百年,甚至更长时间才有可能收到。”刘庆会说。

  在人类仰望星空的史册上,阿雷西博书写了光辉的一页,却没能迎来“寿终正寝”。

  类似事件其实也发生过。1988年11月15日,没有一点点征兆,美国的91米绿岸射电望远镜(Green Bank Telescope,GBT)忽然坍塌,留在地面的是一团残骸。不过,在这废墟附近,新的GBT望远镜很快拔地而起。

  据NSF官网,阿雷西博倒塌后,有一部分工程会保留,并应用于教育和旅游等。刘庆会认为,曾在阿雷西博射电天文台工作的工程师和科学家或许会转行,或许会寻找下一个射电天文研究项目,“来‘中国天眼’,也不是没有可能”。

  英雄总有谢幕时。因冷却物质耗尽而结束任务的“赫歇尔”望远镜,鞠躬尽瘁垂垂老矣的哈勃太空望远镜,轰然坍塌的阿雷西博……时运或许能让挽歌推迟响起,但滚滚历史长河中,大浪淘沙,优胜劣汰,是不变的法则。

  从诞生到暮年,一台望远镜最多“活”几十年,但还有下一台望远镜接着往前走。对浩瀚宇宙的探索,有着一代又一代望远镜接力而向前。

  阿雷西博远去了。倘若很久后的某一天,外星生命对阿雷西博信号的回复被人类捕捉到,我们一定会再次想起它。



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