2020-11-20 20:17
1974 年，阿雷西博望遠鏡向地外星系發(fā)射了世界首條星際信息。但是，今年兩根先后斷裂的支撐鋼纜，令這個(gè)為天文學(xué)研究貢獻良多的射電望遠鏡遭到了無(wú)法被修復的損傷，這個(gè)科學(xué)界的傳奇被迫走上了終結之路。本文來(lái)自微信公眾號：科研圈（ID：keyanquan），來(lái)源：美國國家科學(xué)基金會(huì )、《自然》新聞、《科學(xué)》新聞等，編譯：魏瀟、李姍珊
當地時(shí)間 11 月 19 日，美國國家科學(xué)基金會(huì )（National Science Foundation, NSF）宣布，位于加勒比海波多黎各的 305 米單口徑射電望遠鏡阿雷西博（Arecibo）將被永久關(guān)停并拆除。
今年 8 月和 11 月，阿雷西博望遠鏡兩根關(guān)鍵性支撐鋼纜先后斷裂，造成的損傷已經(jīng)無(wú)法確保修復作業(yè)安全進(jìn)行，也不能保證在天文臺中工作的學(xué)者們的安全。
作為阿雷西博的上級部門(mén)，NSF 表示將在接下來(lái)的幾周內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。
圖片來(lái)源：JidoBG
致命打擊
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，利用山谷中石灰巖受到流水腐蝕后形成的碗型大坑作為底座，主要部件包括一個(gè)直徑 305 米的主反射面，和一個(gè)懸吊在這口“大鍋”上方 137 米處、重約 900 噸的儀器平臺。這個(gè)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?chē)魉茉O的十幾根直徑約 8 厘米的鋼纜支撐。
阿雷西博望遠鏡的儀器平臺。圖片來(lái)源：Mario RobertoDuránOrtiz
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(cháng)的缺口，阿雷西博的正常運作就此暫停。
NSF 發(fā)布的消息稱(chēng)，第一次事故發(fā)生后，阿雷西博天文臺及其運營(yíng)方中佛羅里達大學(xué)（University of Central Florida）開(kāi)始著(zhù)手維修，并表示僅在第一階段就需要一千多萬(wàn)美元的經(jīng)費支持，此外事故調查還發(fā)現望遠鏡近半數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，并評估整體結構的完整性時(shí)，11 月 6 日，又一根支撐鋼纜斷裂，“大鍋”的中央部分也遭到了損壞。
第二次事故徹底打破了阿雷西博的修復計劃，技術(shù)人員在之后的調查中發(fā)現，鋼纜發(fā)生事故時(shí)的受力情況僅為其預期最小斷裂強度的 60%，這說(shuō)明其他鋼纜的強度也可能低于預期。進(jìn)一步的調查發(fā)現，多根主要支撐鋼纜上出現了新的纜線(xiàn)斷裂痕跡。
上世紀 90 年代，阿雷西博的儀器平臺曾有過(guò)一次改裝導致的重量增加，當時(shí)添加上去的一些輔助鋼纜的插孔也出現了明顯的滑脫。如果再有鋼纜出現問(wèn)題，那么重達 900 噸的儀器平臺可能會(huì )從 137 米的高度墜入主反射面，給阿雷西博天文臺帶來(lái)災難性的毀滅。
負責評估阿雷西博整體結構的第三方工程公司表示，考慮到其他鋼纜可能會(huì )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(chēng)，對余下的支撐鋼纜進(jìn)行強度測試可能會(huì )導致結構坍塌。根據上述技術(shù)性評估的結果，NSF 決定關(guān)停阿雷西博望遠鏡并開(kāi)始計劃性拆除，規避意外倒塌的風(fēng)險。
傳奇閉幕
NSF 的決定震驚了天文學(xué)界。不少天文學(xué)家、工程師以及其他學(xué)者紛紛在社交媒體發(fā)起了 #WhatAreciboMeansToMe 活動(dòng)，分享阿雷西博如何影響自己的職業(yè)生涯的故事。
這個(gè)活躍了半個(gè)多世紀的射電望遠鏡不僅幫助科學(xué)家在 1992 年發(fā)現了首個(gè)太陽(yáng)系系外行星存在的證據，還是宇宙的神秘信號——重復快速射電暴（repeating Fast Radio Burst）的首個(gè)“記錄者”。1974 年，阿雷西博天文臺向一個(gè)距地球 12000 光年的星系發(fā)射了世界首條星際信息，這也讓它成為了探索外星文明的象征與符號。
對于研究小行星的天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，失去阿雷西博望遠鏡意味著(zhù)失去一個(gè)重要的研究陣地。它的儀器平臺包含一臺強大的無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機，能夠將無(wú)線(xiàn)電波聚集成非常小的輻射束發(fā)射出去。這些電波碰上太陽(yáng)系中的天體（例如小行星）后會(huì )被反射回來(lái)，但回波的能量很小，只有阿雷西博這樣口徑巨大、靈敏度非常高的射電望遠鏡才能接收。
通過(guò)研究這些物體反射的無(wú)線(xiàn)電信號，行星科學(xué)家能夠獲得行星軌道的信息，構造出行星表面的地圖，還能研究它們的構成成分。事實(shí)上，阿雷西博在 NASA 的行星防御計劃中扮演了重要角色——他們的目標是對那些可能威脅地球安全的天體進(jìn)行監測和處置。
阿雷西博望遠鏡的主反射面。圖片來(lái)源：Mario RobertoDuránOrtiz
NSF 天文學(xué)部門(mén)負責人 Ralph Gaume 表示，望遠鏡的一些科研項目或許能被轉移到其他研究設施上去，相關(guān)學(xué)者應該會(huì )有類(lèi)似的轉移提議或申請。但是由于一些設備組僅在阿雷西博望遠鏡上運行，因此也有一些項目找不到備用的觀(guān)測設施。
何去何從
在關(guān)停之前，阿雷西博望遠鏡一直在接受常規性更新與升級。如果沒(méi)有出現今年這兩次鋼纜損毀事故，它的儀器平臺上將多出一架價(jià)值 580 萬(wàn)美元（約合人民幣 3812 萬(wàn)元）的天線(xiàn)，能夠大幅提升望遠鏡的靈敏度?，F在，負責這個(gè)天線(xiàn)項目的美國楊百翰大學(xué)團隊表示，將和 NSF 商討這架天線(xiàn)到底應該何去何從。但比起天線(xiàn)，他們更擔心阿雷西博天文臺眾多優(yōu)秀的科學(xué)、技術(shù)、管理和支持人員未來(lái)的出路。
作為波多黎各主要的科教中心，天文臺為許多天文學(xué)家和工程師提供了職業(yè)支持，還是一個(gè)著(zhù)名的流行文化圣地。一位來(lái)自波多黎各大學(xué)的天文學(xué)家在接受《自然》新聞的采訪(fǎng)時(shí)表示，失去阿雷西博望遠鏡對科學(xué)、行星防御計劃以及波多黎各都會(huì )造成重大損失。
不過(guò)，望遠鏡并不是阿雷西博天文臺的全部。根據 NSF 發(fā)布的消息，一些小型科學(xué)項目仍然可以在阿雷西博天文臺的其他設施內繼續進(jìn)行，例如兩個(gè)激光雷達（LiDAR）設施仍會(huì )通過(guò)向大氣層發(fā)射激光來(lái)研究大氣現象；天文臺運營(yíng)方中佛羅里達大學(xué)通過(guò)與微軟合作，對相關(guān)數據進(jìn)行云端儲存與分析，現在正在努力將現場(chǎng)數據遷移至未受影響的服務(wù)器上。此外，NSF 還在探討將天文臺的資源用于教育目的的可能性。
阿雷西博天文臺標志。圖片來(lái)源：Mutante
拆除阿雷西博望遠鏡所需的成本目前尚不明確。NSF 數學(xué)和物理科學(xué)部門(mén)副主任 Sean Jones 表示：“我們明白阿雷西博對天文學(xué)界和波多黎各有多么重要，這是個(gè)艱難的決定?！?/strong>
主要參考資料：
https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=301674
https://www.nature.com/articles/d41586-020-03270-9
https://www.sciencemag.org/news/2020/11/famed-arecibo-telescope-brink-collapse-will-be-dismantled
https://www.linkresearcher.com/information/e4bb7359-c675-47f4-9ad7-86e770554d67
本文來(lái)自微信公眾號：科研圈（ID：keyanquan），來(lái)源：美國國家科學(xué)基金會(huì )、《自然》新聞、《科學(xué)》新聞等，編譯：魏瀟、李姍珊
聯(lián)系客服
