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阿雷西博望遠鏡塌了,“凝視”宇宙的故事還在繼續

2020-12-14 09:27
來源:科技日報

當地時間12月1日,位于波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡坍塌了。一時間,關于阿雷西博的各種報道鋪天蓋地。據悉,阿雷西博望遠鏡坍塌是因為3個支撐塔全部斷裂,重達900噸的接收平臺直接墜落到望遠鏡的反射盤上。天線被砸壞,望遠鏡已無修復可能。

阿雷西博為何會坍塌?500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)和阿雷西博同屬于射電望遠鏡,二者有何異同?阿雷西博曾向宇宙發出信號,會收到回音嗎?

早已預見的一場坍塌

遭受過地震和颶風,經歷過搖晃和動蕩,直徑為305米的大型射電望遠鏡阿雷西博“久經沙場”,卻終究還是在一夜之間倒下了。

實際上,這次坍塌并非毫無征兆。今年8月,阿雷西博塔架上的一根輔助鋼纜脫落。此后,工程師一直在給阿雷西博“體檢”,美國國家科學基金會(NSF)授權美國佛羅里達大學(UCF)采取相應措施。在評估過程中,UCF考慮了阿雷西博的使用年限、設計復雜性及繼續使用的潛在風險。

11月6日,阿雷西博天文臺正準備交付用于替換的輔助鋼纜時,望遠鏡的一根主要鋼纜又在同一塔架上斷裂。工程師預判,其余的鋼纜可能比最初預計的還要脆弱。

來自工程評估公司的桑頓·托馬塞蒂(Thornton Tomasetti)提交了一份行動建議書,他說:“盡管令人沮喪,但我們認為,應盡快以可控的方式有計劃地拆除阿雷西博望遠鏡。”

在NSF天文科學部主任拉爾夫·高梅(Ralph Gaume)看來,安全是讓阿雷西博退役的唯一考量因素。“在對阿雷西博進行評估前,我們考慮的并非是否應該修復天文臺,而是如何修復。但大量數據表明,修復它,安全無法得以保證,而確保安全是無法逾越的底線。”

在阿雷西博正式“退役”的新聞鋪天蓋地之前,工作人員就都明白,阿雷西博坍塌必然發生,只是不知何時到來。科學家和工程師不得不提前撤離,也正因為如此,這次坍塌沒有造成人員傷亡。

當地時間12月1日,波多黎各的山間發出了驚人的巨響——阿雷西博等不及“有計劃地”被拆除,便自行坍塌,與世界來了場悲壯的告別。

“一方面,望遠鏡本身‘疲勞’了,一臺射電望遠鏡通常使用30年左右就算‘老’了,而阿雷西博已服役57年;另一方面,阿雷西博項目的科學經費不夠,不足以做好日常維護,比如結構件的加固和更換,部件的除銹、潤滑等。”中國科學院上海天文臺研究員、65米天馬射電望遠鏡總工程師劉慶會告訴科技日報記者,阿雷西博的坍塌并不令人意外。

不同望遠鏡需要相互配合

阿雷西博倒下的那一天,很多人想起了被喻為“中國天眼”的FAST。

FAST和阿雷西博都是射電望遠鏡,可以用于接收天體發射出的無線電波。20世紀60年代天文學取得了非常重要的發現——脈沖星、類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子,而這“四大發現”都與射電望遠鏡有關。

射電望遠鏡各式各樣。根據天線總體結構不同,射電望遠鏡按設計要求可以分為連續和非連續孔徑射電望遠鏡兩大類。

連續孔徑射電望遠鏡分為全可轉型或可跟蹤型、部分可轉型、固定型。阿雷西博和FAST都屬于固定型射電望遠鏡。非連續孔徑射電望遠鏡大致分為甚長基線干涉儀和綜合孔徑射電望遠鏡兩類,世界上最大的綜合孔徑射電望遠鏡是位于美國的甚大天線陣(VLA)。

與光學望遠鏡不同,射電望遠鏡既沒有高高豎起的望遠鏡鏡簡,也沒有物鏡、目鏡,它主要由天線和接收系統兩大部分組成。射電望遠鏡的天線,就是通俗說的“鍋”,接收系統就是“饋源”。阿雷西博的“大鍋”就是被900噸的“饋源”砸壞了。

為了滿足觀測弱射電源的需要,射電望遠鏡必須有較大直徑,并能對射電目標進行長時間跟蹤或掃描。劉慶會表示,由于射電望遠鏡接收的無線電波波長較長,對望遠鏡的面精度要求沒那么高,所以“鍋”可以做得比較大。

“‘鍋’越大,接收信號就越多,靈敏度就越高。就像下雨時,盆子越大,接住的水就越多。”劉慶會說,天文學家都想要又大又精密的望遠鏡,但必須綜合考慮設備造價和工藝的現實性。

“在接收射電信號方面,FAST完全可以替代阿雷西博而且比它的性能更強。但FAST不能發射信號,阿雷西博原本可以跟FAST互補,現在這一互相配合的組合不復存在了。”劉慶會不無遺憾地說。

盡管FAST和阿雷西博這類大型射電望遠鏡可以捕捉更微弱的信號,但由于它們是固定型望遠鏡,覆蓋天區有限,其他射電望遠鏡仍起著重要作用。

不同大小、波段、位置的望遠鏡就像不同的“眼睛”,從多個角度凝視宇宙,捕捉各式各樣的信息。如同盲人摸象,每一個望遠鏡只能“摸”清天體的一個側面。中國科學院國家天文臺研究員戴昱接受科技日報記者采訪時表示,天文學家的理想是用所有波段的望遠鏡把感興趣的天區或天體都“掃描”一遍,達到“全信使、多波段”的效果。

探索宇宙是場接力賽

阿雷西博對射電天文學的重要發現以及行星和太陽系的研究貢獻巨大,曾繪出第一幅金星表面雷達圖,并在1992年首次發現太陽系外的行星系統……

不過,阿雷西博一項更為著名的成就是向宇宙發射信號。1974年,阿雷西博望遠鏡向距離地球25000光年的球狀星團M13發射了一系列二進制代碼信息,包含人類DNA結構、太陽系結構和阿雷西博望遠鏡本身信息等,以期被潛在外星文明接收到。

“雖然阿雷西博不在了,FAST也可以接收這個信號的反饋。就好像你收到一封信,到底是寄信人本人查收,還是給他的親戚朋友查收,都沒關系。”劉慶會說。

重要的是,這封信會以什么形式回復。“如果是可見光信號,就用光學望遠鏡接收,如果是射電信號,就用射電望遠鏡接收……不過,很難說阿雷西博信號會有反饋。即便有,宇宙尺度那么大,說不定也要等幾十年或幾百年,甚至更長時間才有可能收到。”劉慶會說。

在人類仰望星空的史冊上,阿雷西博書寫了光輝的一頁,卻沒能迎來“壽終正寢”。

類似事件其實也發生過。1988年11月15日,沒有一點點征兆,美國的91米綠岸射電望遠鏡(Green Bank Telescope,GBT)忽然坍塌,留在地面的是一團殘骸。不過,在這廢墟附近,新的GBT望遠鏡很快拔地而起。

據NSF官網,阿雷西博倒塌后,有一部分工程會保留,并應用于教育和旅游等。劉慶會認為,曾在阿雷西博射電天文臺工作的工程師和科學家或許會轉行,或許會尋找下一個射電天文研究項目,“來‘中國天眼’,也不是沒有可能”。

英雄總有謝幕時。因冷卻物質耗盡而結束任務的“赫歇爾”望遠鏡,鞠躬盡瘁垂垂老矣的哈勃太空望遠鏡,轟然坍塌的阿雷西博……時運或許能讓挽歌推遲響起,但滾滾歷史長河中,大浪淘沙,優勝劣汰,是不變的法則。

從誕生到暮年,一臺望遠鏡最多“活”幾十年,但還有下一臺望遠鏡接著往前走。對浩瀚宇宙的探索,有著一代又一代望遠鏡接力而向前。

阿雷西博遠去了。倘若很久后的某一天,外星生命對阿雷西博信號的回復被人類捕捉到,我們一定會再次想起它。(記者 代小佩)

責任編輯:常磊

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