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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