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NO.1740-美國(guó)天眼塌了

作者：乃一姆

制圖：孫綠 / 校稿：貓斯圖 / 編輯：養(yǎng)樂(lè)多

當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月1日，美國(guó)最大的天文射電望遠(yuǎn)鏡（阿雷西博）上懸掛的接收設(shè)備平臺(tái)墜落，靶心正中望遠(yuǎn)鏡反射盤(pán)表面，曾經(jīng)世界最大的單孔徑望遠(yuǎn)鏡就這樣塌掉了......

大眼睛，瞎了...

（圖片：estadespr / shutterstock）▼

其實(shí)，這座在天文界功勛卓著的射電望遠(yuǎn)鏡，一直命運(yùn)多舛，這次發(fā)生的事故只是一個(gè)縮影。

頗為有趣的是

這座“美國(guó)之眼”其實(shí)不在美國(guó)本土

而是在——波多黎各自治邦▼

反導(dǎo)產(chǎn)物

上世紀(jì)50年代后期，美蘇冷戰(zhàn)第一階段期間，蘇聯(lián)在拜科努爾發(fā)射了斯普特尼克1號(hào)衛(wèi)星，成為首個(gè)將人造地球衛(wèi)星送上太空的國(guó)家。

第一顆進(jìn)入行星軌道的人造衛(wèi)星

（圖片：Mil.ru / Wikipedia）▼

當(dāng)時(shí)美國(guó)朝野上下感受到巨大危機(jī)，為應(yīng)對(duì)此時(shí)占有太空科技優(yōu)勢(shì)的蘇聯(lián)，國(guó)會(huì)授權(quán)五角大樓成立了國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局。其目的很簡(jiǎn)單，就是要讓美國(guó)的軍事科技強(qiáng)過(guò)對(duì)手和假想敵，以保持國(guó)力優(yōu)勢(shì)。

在壓倒性的科技和軍事實(shí)力面前

一切問(wèn)題都好解決

（圖片：Wikipedia）▼

新成立的計(jì)劃局研究任務(wù)可謂繁多，其中就有一項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)，為美國(guó)發(fā)展反導(dǎo)防御系統(tǒng)。

此時(shí)美蘇兩國(guó)的彈道導(dǎo)彈水平已有了突破進(jìn)展，蘇聯(lián)也實(shí)現(xiàn)了“兩彈結(jié)合”。但讓美國(guó)人感到麻煩的是，反導(dǎo)需要發(fā)現(xiàn)對(duì)方的導(dǎo)彈位置，而且是越早發(fā)現(xiàn)越好，但是美國(guó)的雷達(dá)探測(cè)水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上這個(gè)距離。

在美國(guó)計(jì)劃局成立的第二年

蘇聯(lián)就著手設(shè)計(jì)了射程可達(dá)16000公里的洲際導(dǎo)彈▼

由此，為了避免被蘇聯(lián)核平，美國(guó)制造一個(gè)超級(jí)雷達(dá)就顯得頗為緊迫，但是沒(méi)有可參照的案例，也只能摸著石頭過(guò)河。

在這之前的反導(dǎo)系統(tǒng)所使用的原理也是研究人員意外發(fā)現(xiàn)的，核彈頭在高空中會(huì)產(chǎn)生特有的物理征象，這是因?yàn)楦咚俑邷氐奈矬w所產(chǎn)生的大氣電離與一般導(dǎo)彈不同。雷達(dá)可以根據(jù)這個(gè)特征，直接或間接地捕捉到導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)信息。

第一個(gè)反導(dǎo)系統(tǒng)是蘇聯(lián)的A-35

而美國(guó)緊隨其后設(shè)計(jì)的宙斯系統(tǒng)，卻沒(méi)什么用

（1967年，莫斯科郊外的杜奈雷達(dá)）

（圖片：美國(guó)政府 / Wikipedia）▼

雖然這個(gè)原理為導(dǎo)彈跟蹤問(wèn)題提供了解決方案，但缺點(diǎn)也很明顯，它沒(méi)有再對(duì)物理學(xué)及地球電離層等基礎(chǔ)領(lǐng)域和學(xué)科進(jìn)行更深一步的了解，只知其果，不知其因。

所以為了更好的解決這些問(wèn)題，以繼續(xù)增強(qiáng)雷達(dá)探測(cè)的精度，計(jì)劃局先在馬紹爾群島共和國(guó)的夸賈林環(huán)礁建造了幾臺(tái)雷達(dá)，但效果沒(méi)有達(dá)到預(yù)期，尤其是仍無(wú)法具體了解地球電離層F層的情況，所以只能在另外地方再修建一座。

這也不是美國(guó)第一次在太平洋島國(guó)搞試驗(yàn)了

（圖片：wikimedia）▼

在沒(méi)有投票權(quán)的地方建一個(gè)

這項(xiàng)任務(wù)被安排給了康奈爾大學(xué)的威廉·戈登，他需要在全球范圍內(nèi)美國(guó)所能實(shí)控的地區(qū)尋找一個(gè)合適的雷達(dá)站選址。

非常巧，他在波多黎各的中部喀斯特地貌區(qū)發(fā)現(xiàn)了一處十分完美的天坑。

決定就是你了

（圖片：Arecibo Observatory）▼

按照他最初的設(shè)想，在對(duì)天坑改造完成后，裝置一個(gè)固定的拋物面反射鏡，同時(shí)搞一座150m的塔，并將其固定在拋物面焦點(diǎn)上。總體而言這個(gè)設(shè)計(jì)方案有一定局限性，其指向固定方向，對(duì)于雷達(dá)天文學(xué)、射電天文學(xué)、大氣科學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的后期探索發(fā)展不利。

戈登和康奈爾大學(xué)的教授共同設(shè)計(jì)模型

（圖片：Arecibo Observatory）▼

計(jì)劃局的沃德·洛就把發(fā)現(xiàn)了這一缺點(diǎn)，并向戈登提了出來(lái)。同時(shí)他還讓戈登與波士頓的美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室聯(lián)系，因?yàn)樵谀抢镎糜幸粋€(gè)小組在研究球形反射鏡，還有一個(gè)小組在研究無(wú)線(xiàn)電波在高層大氣中及太空中的傳播。

由此，計(jì)劃局、康奈爾大學(xué)、美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室三家共同促成了新雷達(dá)站的建設(shè)。

大干快干

（圖片：Arecibo Observatory）▼

最終，康奈爾大學(xué)采用了這樣一項(xiàng)提議，將反射面設(shè)計(jì)為圓環(huán)面，同時(shí)將四根電纜由桁架懸掛在反射面上方的四個(gè)塔架上（最終修改為三座），沿著其邊緣還有用于其方位定位的軌道。

用了三個(gè)支點(diǎn)吊起了可轉(zhuǎn)向接收器

（圖片：Arecibo Observatory）▼

一切準(zhǔn)備就緒，新的雷達(dá)站在1960年中就開(kāi)始建設(shè)，用了三年多時(shí)間，在1963年11月1日即建成運(yùn)營(yíng)。此后半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，它一直是全球最大的單孔徑望遠(yuǎn)鏡，直至2016年7月被中國(guó)貴州FAST項(xiàng)目超越。

建成主要用于射電天文學(xué)，大氣科學(xué)和雷達(dá)天文學(xué)的研究

以及找外星生命..

（圖片：Arecibo Observatory）▼

這處新設(shè)施被命名為阿雷西博望遠(yuǎn)鏡，因其具有一定的天文觀(guān)測(cè)屬性，且為所有相關(guān)設(shè)施中的主力，所以其所在的總單位也被命名為阿雷西博天文臺(tái)。

克林頓參觀(guān)阿雷西博天文臺(tái)

（圖片：Wikipedia）▼

耐人尋味的是，阿雷西博天文臺(tái)的所在地波多黎各也是美國(guó)的一處特殊領(lǐng)土。

其全稱(chēng)為波多黎各自治邦，屬于美國(guó)領(lǐng)土，但并不隸屬于美國(guó)任何一個(gè)州，由國(guó)會(huì)直管，政區(qū)類(lèi)別為自由聯(lián)邦。作為美國(guó)的自治區(qū)，波多黎各居民也是美國(guó)公民，但是他們沒(méi)有美國(guó)總統(tǒng)選舉的投票權(quán)，但有權(quán)選舉一名無(wú)表決權(quán)的美國(guó)眾議院專(zhuān)員。

一直期待能成為美國(guó)國(guó)旗上的一顆星▼

而它所處的位置也遠(yuǎn)離北美大陸，處于中美洲的加勒比海地區(qū)，其西邊為多美尼加和海地兩個(gè)海島國(guó)，東邊為美屬維爾京群島和英屬維爾京群島，從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，美國(guó)與英國(guó)其實(shí)也算相鄰國(guó)家。

波多黎各與美國(guó)本土▼

而波多黎各自治邦的主要組成部分就是波多黎各島，首府設(shè)在島北部的圣胡安，距離阿雷西博望遠(yuǎn)鏡也有50公里以上的直線(xiàn)距離。

圣胡安與阿雷西博▼

建成后的望遠(yuǎn)鏡也經(jīng)歷了多次升級(jí)。比如將鏡面的材料及結(jié)構(gòu)升級(jí)，最初預(yù)期工作最大的頻率約500MHz也由此升級(jí)了十倍，變?yōu)榧s5000MHz。甚至后期還添加了外置裝置，功能更強(qiáng)大的2400MHz發(fā)射機(jī)。

1974年升級(jí)后之后

由鋁面板組成的高精度表面取代了舊的絲網(wǎng)

（圖片：Wikipedia）▼

耗資甚巨的天文臺(tái)沒(méi)有辜負(fù)科學(xué)家們的期望，發(fā)現(xiàn)了諸多此前未知的科研成果。比如修正了水星的自轉(zhuǎn)周期，由以往認(rèn)知的88天，更正為59天。

1974年，它還為赫爾斯和泰勒發(fā)現(xiàn)了首個(gè)脈沖雙星系統(tǒng)PSR B1913+16（因發(fā)現(xiàn)者之名被命名為赫爾斯-泰勒脈沖雙星），兩人還因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

二元制脈沖星：脈沖星和中子星圍繞著共同的重心運(yùn)轉(zhuǎn)

（圖片僅為示意，不代表某個(gè)恒星系統(tǒng)）

（圖片：Anton Petrov/ Youtube）▼

后來(lái)，它還成功探測(cè)到了恩克彗星。人類(lèi)最早發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)系外行星也出自它的功勞。

雖然人類(lèi)對(duì)恩克彗星的觀(guān)測(cè)從18世紀(jì)就開(kāi)始了

但第一次用雷達(dá)觀(guān)測(cè)到的還是阿雷西博望遠(yuǎn)鏡

（恩克彗星 圖片：NASA）▼

此外，還有一些并不為大眾所熟知的天文學(xué)界輝煌成果。而如果說(shuō)到大眾最熟悉的阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的故事，則非阿雷西博信息和搜尋地外文明計(jì)劃莫屬，畢竟這兩項(xiàng)可是吸引公眾目光的流量之王。

1974年11月16日通過(guò)望遠(yuǎn)鏡

向距離地球25,000光年的球狀星團(tuán)M13發(fā)送了無(wú)線(xiàn)電信息

（顏色僅為分類(lèi)作用，圖片：Wikipedia）▼

當(dāng)然，不忘初心的軍事用途也有所體現(xiàn)，畢竟它和NASA也有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。比如搜尋蘇聯(lián)雷達(dá)，但具體使用方面也可以說(shuō)是一個(gè)“騷操作”。具體原理為，通過(guò)檢測(cè)從月球反射通信發(fā)出的信號(hào)來(lái)確定蘇聯(lián)雷達(dá)的位置。

塌了

阿雷西博望遠(yuǎn)鏡自建成以來(lái)，一直是美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和美國(guó)宇航局眼中的香餑餑，相關(guān)經(jīng)費(fèi)得到充足供應(yīng)。

然而，冷戰(zhàn)結(jié)束以后，美國(guó)對(duì)太空這一“無(wú)用”的探索領(lǐng)域的投資驟減，這也影響了相關(guān)單位對(duì)其的充值，比如NASA在2006年就取消了對(duì)它的支持。

望遠(yuǎn)鏡下面種出的菜，不知有會(huì)不會(huì)有外星味道...

（圖片：Arecibo Observatory）▼

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)也在2006年11月的報(bào)告中建議將其的天文經(jīng)費(fèi)從2007年的每年1050萬(wàn)美元開(kāi)始，逐步縮減至2011年的400萬(wàn)美元。同時(shí)還進(jìn)一步指出，如果找不到其他資金來(lái)源，則干脆直接關(guān)閉得了。

這當(dāng)然引起了研究人員的不滿(mǎn)，他們向社會(huì)四處活動(dòng)，尋求支持。波多黎各當(dāng)?shù)卣膊⒉幌腙P(guān)閉這個(gè)天文臺(tái)，畢竟它已成為了當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性旅游景點(diǎn)，關(guān)閉之后則會(huì)損失一大筆收入，所以當(dāng)?shù)匾矠槠鋼?dān)保了300萬(wàn)美元的債券。

在長(zhǎng)達(dá)53年的時(shí)間里都是世界第一大望遠(yuǎn)鏡

想要一睹其風(fēng)采的游客絡(luò)繹不絕

（圖片：Dennis van de Water / shutterstock）▼

然而，畢竟沒(méi)有了大佬的支持，預(yù)算也越來(lái)越少，一些社會(huì)活動(dòng)也僅是杯水車(chē)薪。

屋漏偏逢連夜雨，本來(lái)每年的資金投入就很不到位，2017年發(fā)生的一起自然事件，又讓其深受打擊。

當(dāng)年，瑪莉亞颶風(fēng)帶來(lái)的強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致430兆赫線(xiàn)路饋送斷裂并掉到主鏡盤(pán)上，損壞了接收盤(pán)面上38000塊鋁板中的約30塊。然而根據(jù)其觀(guān)測(cè)資料，由于其主要依賴(lài)于位于圓頂中的饋送和接收器傳送，而不使用線(xiàn)路饋送?？傮w而言，這次事故產(chǎn)生的破壞字面上看著很?chē)樔?，但?duì)它的影響很小，可忽略不計(jì)。

正常狀態(tài)下的轉(zhuǎn)向和接收器系統(tǒng)

（方框區(qū)域即為430 MHz的線(xiàn)路部分）

（圖片：Jon Evans / Wikipedia）▼

颶風(fēng)之后，就短了一截...

（圖片：Mariordo / Wikipedia）▼

不過(guò)，今年的幾次意外傷害就沒(méi)這么好運(yùn)氣了。

今年8月，用于支撐反射鏡上方平臺(tái)的一根輔助電纜斷裂，損壞了大約6-8個(gè)面板，并在反射面上開(kāi)了一道約30米長(zhǎng)的口子，對(duì)望遠(yuǎn)鏡的運(yùn)作造成了很大的影響。

又一次，還不知道是什么原因

（圖片：https://www.ucf.edu/）▼

就在工程師們即將展開(kāi)修復(fù)時(shí)，第二根主電纜又于11月6日掉落。本來(lái)修復(fù)團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)能繼續(xù)承重，修修補(bǔ)補(bǔ)又能幾十年，但新事故的發(fā)生讓其措手不及。鑒于可能危及修復(fù)人員生命的前提下，這次美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)決定終止修復(fù)，并在11月19日直接宣布退役射電望遠(yuǎn)鏡退役，后期逐步拆除。

11月份的破損情況

（圖片：cmglee&OpenStreetMap / Wikipedia）▼

然而，望遠(yuǎn)鏡還沒(méi)等開(kāi)始拆，在前天早上8點(diǎn)左右（當(dāng)?shù)貢r(shí)間），就發(fā)生了坍塌事故。引用阿雷西博天文臺(tái)工作了26年的職工描述：“聽(tīng)起來(lái)像隆隆聲。我知道那是什么，我在尖叫。就我個(gè)人而言，我失去了控制......我無(wú)法用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。這是一種非常深刻、可怕的感覺(jué)?！?p>

此次坍塌對(duì)望遠(yuǎn)鏡造成的損害非常嚴(yán)重，儀器接收平臺(tái)完全塌掉，接收平臺(tái)部分鋁板脫落，露出盤(pán)面下的植被。換句話(huà)說(shuō)，這次的事故已經(jīng)讓天文臺(tái)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)了。

差不多處于報(bào)廢狀態(tài)了...

（圖片：NotiCel / twitter）▼

發(fā)生了這么大的事，國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的工作人員當(dāng)然也得去實(shí)際察看一番。畢竟雖然望遠(yuǎn)鏡不要了，但天文臺(tái)的其他設(shè)施還得進(jìn)行搶救。

美國(guó)對(duì)現(xiàn)階段阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的放棄，并不代表徹底放棄阿雷西博望遠(yuǎn)鏡這一計(jì)劃。根據(jù)相關(guān)科學(xué)家的預(yù)測(cè)，恢復(fù)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的最可行方式還是原地重建，畢竟很難再找到一個(gè)像阿雷西博如此絕佳的地理環(huán)境了。

夜間的望遠(yuǎn)鏡

（圖片：Arecibo Observatory）▼

而重建后的阿雷西博，也將在許多領(lǐng)域成為重要的科學(xué)研究裝置，尤其是在引力波領(lǐng)域。

但是，經(jīng)濟(jì)因素已成為重建阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的最大阻力。

下一任的拜登政府和國(guó)會(huì)能不能通過(guò)這一“超級(jí)工程”項(xiàng)目，依然是一個(gè)未知數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

1.http://www.naic.edu/

2.https://www.ucf.edu/news/broken-cable-damages-arecibo-observatory/

3.https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=301674

4.https://www.nature.com/articles/d41586-020-03270-9

5.https://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_Observatory

6.https://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_Telescope

7.https://en.wikipedia.org/wiki/William_E._Gordon

8.https://en.wikipedia.org/wiki/Air_Force_Research_Laboratory

9.https://en.wikipedia.org/wiki/Kwajalein_Atoll

10.https://en.wikipedia.org/wiki/DARPA

11.https://en.wikipedia.org/wiki/Earth%E2%80%93Moon%E2%80%93Earth_communication

*本文內(nèi)容為作者提供，不代表地球知識(shí)局立場(chǎng)

封面：shutterstock@estadespr

END

原標(biāo)題：《剛剛，美國(guó)“天眼“塌了！》

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