鏽跡斑斑!美國「天眼」已淪為露天垃圾鍋,中國天眼如今怎樣了?

知識tnt 發佈 2024-03-05T07:37:14.672856+00:00

2020年1月,中國迎來了一個可以載入世界歷史的重大事件,既中國自主研發、建設的「500米口徑球面射電望遠鏡」通過驗收檢驗,正式開放使用。

2020年1月,中國迎來了一個可以載入世界歷史的重大事件,既中國自主研發、建設的「500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)」通過驗收檢驗,正式開放使用。這個世界上最大的射電望遠鏡的建成使用,讓中國在世界天文觀測工作中占據舉足輕重的位置。

很多人不知道,在這個被稱為「中國天眼」的望遠鏡建成之前,世界最大的射電望遠鏡是美國的「阿雷西博望遠鏡」。然而宿命般的,同年12月,使用了50多年的這個「美國天眼」終因年久失修,轟然倒塌,這座耗資2.6億元的巨型望遠鏡就此退出歷史舞台,變成露天「垃圾桶」

這樣的結局不免讓人好奇,面對中國強勢發展的科研水平,美國怎麼捨得放棄這個能與中國天眼「較量」的美國天眼呢?

「稱霸」50多年的「美國天眼」

作為上一任「世界最大射電望遠鏡」,阿雷西博望遠鏡其實早在1963年就已經建成了。

作為「射電望遠鏡」的它,並不是通過「看」的形式觀測外太空,而是類似雷達一樣,通過它像大鍋蓋似的面板接收、反射外太空投射來的電磁波,從而測量出天體射電的強度、頻譜及偏振等數據,以此幫助我們了解這些星體,以及它們上面可能存在的「外星人」。

聽起來可能覺得有點玄乎,但在它被建成的那個時期,世界各國對宇宙的探索才正在起步階段。當時最先進的射電望遠鏡,口徑僅有100米,是類似接收電視信號的那種「衛星鍋蓋」式的,可跟蹤信號的射電望遠鏡。因為「會搖頭」,所以這種望遠鏡具有靈敏度高、分辨本領強、覆蓋天區廣、跟蹤靈活方便等優點

但這些優點並不能滿足望遠鏡接收更弱的電磁波的需求,因此口徑達305米的阿雷西博望遠鏡就此應運而生。翻倍的口徑意味著翻倍的電磁波接收面積,阿雷西博望遠鏡的電磁波接收面積是先前望遠鏡的10倍,其靈敏度相較先前的望遠鏡也提高了1個數量級。

龐大的體積除了帶來了性能的提升之外,也造成了它一個嚴重的「硬傷」。修建這樣的射電望遠鏡,按照之前「搖頭鍋蓋」的形式並不現實,所需要的成本過高,技術難度也過大。

因此在設計之初,科學家就決定依賴喀斯特地貌的天然大坑來做「底座」,把阿雷西博望遠鏡建成了一個嵌在山裡的固定望遠鏡。也因山勢限制,它不能轉動,只能通過改變收集電磁波的饋源艙的位置,掃描天空中的一個帶狀區域。

也因為想要更好、更多的接收電磁波,科學家在它建成後的35年內,對其進行過三次改造,第一次改造增加了的它的最短工作波段,第二次改將它的口徑擴大至366米,第三次改造擴大了它觀測頻率的範圍。

為了彌補其不能「轉頭」的缺陷,科學家也曾多次對其饋源艙進行改造。最終通過在周邊建起3座鐵塔,塔上延伸出承重鋼纜,支撐起空中一個重約500噸的三角形形狀的平台和可移動饋源臂。平台下方加裝一個離地面主反射面約508米,並在內部裝有兩個反射面、雷達發射機以及微波接收機的一個碗狀圓屋,才較好的解決了這個問題。

就此阿雷西博望遠鏡就開始了它「制霸」式的觀測工作,在之後一段時間內觀測到了許多有用的數據。

但運氣不太好的它,在2017年迎來了第一次「打擊」。

阿雷西博望遠鏡位於美國波多黎各州,該地時常遭受颶風的侵襲,當年一次颶風來襲,就導致固定其饋源艙的承重鋼索發生斷裂,掉落下來使「鍋蓋」上的30餘塊面板直接損壞。這時的它已經工作47年了,但因為這個望遠鏡對當時天文學研究的重要性,美國還是對它進行了修繕與重建

修好的阿雷西博望遠鏡並沒有繼續工作太久,時間來到2020年11月,有消息稱,阿雷西博望遠鏡再次因鋼纜斷裂導致盤面受損,反射盤被砸出了30米長的裂痕

12月1日,美國國家科學基金會(NSF)確認,繼這幾次嚴重電纜事故後,望遠鏡很可能已不能再使用

12月3日,就像文章開頭提到的那樣,「年邁」的阿雷西博望遠鏡,饋源艙三個方向的承重鋼索幾乎全部斷裂,導致先前懸空的約900噸的平台直接掉落砸在反射面板上,可以說它以「自毀」的形式結束了自己長達50多年的工作生涯。

這個被譽為「美利堅之眼」的射電望遠鏡,就在美國的放任下退出了歷史舞台,只剩下破敗的殘骸,成為了山坳里的超大「垃圾桶」。

耗資高、功勞大的天眼,美國怎麼捨得放棄?

在其「在任」期間,阿雷西博望遠鏡在數千位科學家的運用下,觀測到眾多重要天文信息。

1974年,天文學家泰勒和赫爾斯用它發現第一個射電脈衝雙星系統PSR191316,通過對它的一系列研究,最後證實了引力波的存在,這也使泰勒和赫爾斯一起榮獲1993年諾貝爾物理學獎。

1991年,天文學家沃斯贊和弗雷爾又用這個望遠鏡發現毫秒脈衝星PSR125712的行星系統,這是天文學家首次發現的太陽系外的行星系統。

這些也都是阿雷西博望遠鏡取得的重要成就。

除此之外,阿雷西博望遠鏡曾參與一個計劃——「搜尋地外文明計劃(SETI)」。科學家在1974年,曾用它給距離我們25000光年的M13球狀星團發射過一條「阿雷西博信息」。想看看能不能以此給外星人傳遞信息,甚至取得聯繫。

但因為M13球狀星團距離地球有254萬光年,因此至今這條信息還未傳到目的地,並且即使傳到了,也真的有外星人就此給我們回信的話,我們也要在等一個254光年才能接收到。所以關於它能否成為第一個和外星人對話的望遠鏡,可能只有等到我們後輩的後輩的後輩才能解答了。

因為以上計劃,阿雷西博望遠鏡也有著「與外星人交流的先行者」的稱號,那作為有如此多成就,且建設期間就花費約2.6億美元的望遠鏡,美國在知道中國也在建設同類型設施的情況下,為什麼會選擇放任它破敗損壞?

隨著時代發展,阿雷西博望遠鏡的設備其實已經比較老舊了,想要繼續使用就必須給其更換配件。但到了後期,它的結構已經不太穩當了,因此要對它進行翻新就面臨著較大的技術困難,一不小心就可能造成倒塌事故,導致人員傷亡,所以也不好派人去修。

除此之外,更換配件也會產生一大筆的花銷,這時先前投入的資金也變得不值得可惜了,因為繼續維持並不能使損失減少,甚是還會虧得更多,就好比你的手機用了挺久,電池壞了,換電池雖然能繼續用,但是要花的錢再添點都夠買台新的了,這種時候選擇不去維修也就變得可以理解了。

並且最重要的是,這些年美國也不是只靠一個阿雷西博望遠鏡在進行宇宙研究,他們建設了小型射電望遠鏡組成的大天線陣世界上最大的反射望遠鏡等眾多觀測宇宙的新設施,因此阿雷西博望遠鏡也就變得不是那麼必要了。

本著節省成本,依靠其他天文設備發力的想法,美國最終選擇放棄「垂垂老矣」的阿雷西博望遠鏡。

世界天文觀測的領頭人,中國也能做

隨著阿雷西博望遠鏡正式退出舞台,由「人民科學家」南仁東帶領的科研團隊,經歷22年艱苦研究、建設的成果——「中國天眼」FAST,接過了「世界最大單程射電望遠鏡」的稱號與責任,成為天文學研究的重要信息來源。

雖說同是「世界最大」,但FAST與阿雷西博望遠鏡的能力完全不在一個量級。

中國天眼有多大?

其口徑達到500米,圍繞其邊緣走一圈需要花一個多小時。反射面板面積約等於30個標準足球場的大小,如果把它看做一口大鍋,它能乘下的水夠給全中國人一人分20瓶,就是分給全世界,每人也夠分4瓶

它能觀測的最遠距離是太陽系的盡頭,性能能夠達到阿雷西博望遠鏡的十倍以上。能做到這種程度是因為參與該項目的科學家們,研究出了一個關於反射面板的核心技術,也是這項技術使得FAST雖然和阿雷西博望遠鏡一樣建在群山里,但是卻可以「轉動方向」接收並收集更多的電磁波。

組成FAST反射面板的4400塊三角小鐵板,是可以根據天體位置改變傾斜角度和方向的,這就能使反射面板能接收到不同時間、不同天體的更多的電磁波,相當於用一種全新的形式突破限制,獲得了以前整個面板「搖頭」才能產生的效果。

這樣強大的性能,使得FAST僅在測試期間就觀測到了132顆脈衝星,這個數量已經超過全球觀測數量的十分之一了。

不僅如此,曾經它還接收過一段時間內極強的未知電磁信號,國內天文學家們也一直在對此進行研究,試圖用它再次捕捉外星「特殊」信號,在未來國人有可能能成為「首次發現外星人」的人。

由此推測,它的觀測能力,完全能使其在未來成為多種天文信息獲取的主力,可以幫助科學家們累計足夠且準確的樣本,更快取得新的研究成果。

這個先進的設備也在使中國成為世界天文學家的聚集地,對於國家外交,國際地位提升都有促進作用

伴隨阿雷西博望遠鏡隕落的,是「中國天眼」的冉冉上升,中國科技的發展總是腳踏實地的,相信給夠足夠的時間,我們也能進一步縮短與先進國家的差距,達到世界一流水平

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