锈迹斑斑!美国“天眼”已沦为露天垃圾锅,中国天眼如今怎样了?

2020年1月,中国迎来了一个可以载入世界历史的重大事件,既中国自主研发、建设的“500米口径球面射电望远镜(FAST)”通过验收检验,正式开放使用。这个世界上最大的射电望远镜的建成使用,让中国在世界天文观测工作中占据举足轻重的位置。

中国“天眼”FAST

很多人不知道,在这个被称为“中国天眼”的望远镜建成之前,世界最大的射电望远镜是美国的“阿雷西博望远镜”。然而宿命般的,同年12月,使用了50多年的这个“美国天眼”终因年久失修,轰然倒塌,这座耗资2.6亿元的巨型望远镜就此退出历史舞台,变成露天“垃圾桶”

美国阿雷西博望远镜

这样的结局不免让人好奇,面对中国强势发展的科研水平,美国怎么舍得放弃这个能与中国天眼“较量”的美国天眼呢?

“称霸”50多年的“美国天眼”

作为上一任“世界最大射电望远镜”,阿雷西博望远镜其实早在1963年就已经建成了。

作为“射电望远镜”的它,并不是通过“看”的形式观测外太空,而是类似雷达一样,通过它像大锅盖似的面板接收、反射外太空投射来的电磁波,从而测量出天体射电的强度、频谱及偏振等数据,以此帮助我们了解这些星体,以及它们上面可能存在的“外星人”。

听起来可能觉得有点玄乎,但在它被建成的那个时期,世界各国对宇宙的探索才正在起步阶段。当时最先进的射电望远镜,口径仅有100米,是类似接收电视信号的那种“卫星锅盖”式的,可跟踪信号的射电望远镜。因为“会摇头”,所以这种望远镜具有灵敏度高、分辨本领强、覆盖天区广、跟踪灵活方便等优点

但这些优点并不能满足望远镜接收更弱的电磁波的需求,因此口径达305米的阿雷西博望远镜就此应运而生。翻倍的口径意味着翻倍的电磁波接收面积,阿雷西博望远镜的电磁波接收面积是先前望远镜的10倍,其灵敏度相较先前的望远镜也提高了1个数量级。

庞大的体积除了带来了性能的提升之外,也造成了它一个严重的“硬伤”。修建这样的射电望远镜,按照之前“摇头锅盖”的形式并不现实,所需要的成本过高,技术难度也过大。

因此在设计之初,科学家就决定依赖喀斯特地貌的天然大坑来做“底座”,把阿雷西博望远镜建成了一个嵌在山里的固定望远镜。也因山势限制,它不能转动,只能通过改变收集电磁波的馈源舱的位置,扫描天空中的一个带状区域。

也因为想要更好、更多的接收电磁波,科学家在它建成后的35年内,对其进行过三次改造,第一次改造增加了的它的最短工作波段,第二次改将它的口径扩大至366米,第三次改造扩大了它观测频率的范围。

为了弥补其不能“转头”的缺陷,科学家也曾多次对其馈源舱进行改造。最终通过在周边建起3座铁塔,塔上延伸出承重钢缆,支撑起空中一个重约500吨的三角形形状的平台和可移动馈源臂。平台下方加装一个离地面主反射面约508米,并在内部装有两个反射面、雷达发射机以及微波接收机的一个碗状圆屋,才较好的解决了这个问题。

就此阿雷西博望远镜就开始了它“制霸”式的观测工作,在之后一段时间内观测到了许多有用的数据。

但运气不太好的它,在2017年迎来了第一次“打击”。

阿雷西博望远镜位于美国波多黎各州,该地时常遭受飓风的侵袭,当年一次飓风来袭,就导致固定其馈源舱的承重钢索发生断裂,掉落下来使“锅盖”上的30余块面板直接损坏。这时的它已经工作47年了,但因为这个望远镜对当时天文学研究的重要性,美国还是对它进行了修缮与重建

修好的阿雷西博望远镜并没有继续工作太久,时间来到2020年11月,有消息称,阿雷西博望远镜再次因钢缆断裂导致盘面受损,反射盘被砸出了30米长的裂痕

12月1日,美国国家科学基金会(NSF)确认,继这几次严重电缆事故后,望远镜很可能已不能再使用

12月3日,就像文章开头提到的那样,“年迈”的阿雷西博望远镜,馈源舱三个方向的承重钢索几乎全部断裂,导致先前悬空的约900吨的平台直接掉落砸在反射面板上,可以说它以“自毁”的形式结束了自己长达50多年的工作生涯。

这个被誉为“美利坚之眼”的射电望远镜,就在美国的放任下退出了历史舞台,只剩下破败的残骸,成为了山坳里的超大“垃圾桶”。

耗资高、功劳大的天眼,美国怎么舍得放弃?

在其“在任”期间,阿雷西博望远镜在数千位科学家的运用下,观测到众多重要天文信息。

1974年,天文学家泰勒和赫尔斯用它发现第一个射电脉冲双星系统PSR191316,通过对它的一系列研究,最后证实了引力波的存在,这也使泰勒和赫尔斯一起荣获1993年诺贝尔物理学奖。

1991年,天文学家沃斯赞和弗雷尔又用这个望远镜发现毫秒脉冲星PSR125712的行星系统,这是天文学家首次发现的太阳系外的行星系统。

这些也都是阿雷西博望远镜取得的重要成就。

除此之外,阿雷西博望远镜曾参与一个计划——“搜寻地外文明计划(SETI)”。科学家在1974年,曾用它给距离我们25000光年的M13球状星团发射过一条“阿雷西博信息”。想看看能不能以此给外星人传递信息,甚至取得联系。

但因为M13球状星团距离地球有254万光年,因此至今这条信息还未传到目的地,并且即使传到了,也真的有外星人就此给我们回信的话,我们也要在等一个254光年才能接收到。所以关于它能否成为第一个和外星人对话的望远镜,可能只有等到我们后辈的后辈的后辈才能解答了。

因为以上计划,阿雷西博望远镜也有着“与外星人交流的先行者”的称号,那作为有如此多成就,且建设期间就花费约2.6亿美元的望远镜,美国在知道中国也在建设同类型设施的情况下,为什么会选择放任它破败损坏?

随着时代发展,阿雷西博望远镜的设备其实已经比较老旧了,想要继续使用就必须给其更换配件。但到了后期,它的结构已经不太稳当了,因此要对它进行翻新就面临着较大的技术困难,一不小心就可能造成倒塌事故,导致人员伤亡,所以也不好派人去修。

除此之外,更换配件也会产生一大笔的花销,这时先前投入的资金也变得不值得可惜了,因为继续维持并不能使损失减少,甚是还会亏得更多,就好比你的手机用了挺久,电池坏了,换电池虽然能继续用,但是要花的钱再添点都够买台新的了,这种时候选择不去维修也就变得可以理解了。

并且最重要的是,这些年美国也不是只靠一个阿雷西博望远镜在进行宇宙研究,他们建设了小型射电望远镜组成的大天线阵世界上最大的反射望远镜等众多观测宇宙的新设施,因此阿雷西博望远镜也就变得不是那么必要了。

本着节省成本,依靠其他天文设备发力的想法,美国最终选择放弃“垂垂老矣”的阿雷西博望远镜。

世界天文观测的领头人,中国也能做

随着阿雷西博望远镜正式退出舞台,由“人民科学家”南仁东带领的科研团队,经历22年艰苦研究、建设的成果——“中国天眼”FAST,接过了“世界最大单程射电望远镜”的称号与责任,成为天文学研究的重要信息来源。

虽说同是“世界最大”,但FAST与阿雷西博望远镜的能力完全不在一个量级。

中国天眼有多大?

其口径达到500米,围绕其边缘走一圈需要花一个多小时。反射面板面积约等于30个标准足球场的大小,如果把它看做一口大锅,它能乘下的水够给全中国人一人分20瓶,就是分给全世界,每人也够分4瓶

它能观测的最远距离是太阳系的尽头,性能能够达到阿雷西博望远镜的十倍以上。能做到这种程度是因为参与该项目的科学家们,研究出了一个关于反射面板的核心技术,也是这项技术使得FAST虽然和阿雷西博望远镜一样建在群山里,但是却可以“转动方向”接收并收集更多的电磁波。

组成FAST反射面板的4400块三角小铁板,是可以根据天体位置改变倾斜角度和方向的,这就能使反射面板能接收到不同时间、不同天体的更多的电磁波,相当于用一种全新的形式突破限制,获得了以前整个面板“摇头”才能产生的效果。

这样强大的性能,使得FAST仅在测试期间就观测到了132颗脉冲星,这个数量已经超过全球观测数量的十分之一了。

不仅如此,曾经它还接收过一段时间内极强的未知电磁信号,国内天文学家们也一直在对此进行研究,试图用它再次捕捉外星“特殊”信号,在未来国人有可能能成为“首次发现外星人”的人。

由此推测,它的观测能力,完全能使其在未来成为多种天文信息获取的主力,可以帮助科学家们累计足够且准确的样本,更快取得新的研究成果。

这个先进的设备也在使中国成为世界天文学家的聚集地,对于国家外交,国际地位提升都有促进作用

伴随阿雷西博望远镜陨落的,是“中国天眼”的冉冉上升,中国科技的发展总是脚踏实地的,相信给够足够的时间,我们也能进一步缩短与先进国家的差距,达到世界一流水平

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页面更新:2024-03-31

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