當地時間2020年12月1日，位于波多黎各的「阿雷西博」 (Arecibo) 射電望遠鏡轟然垮塌。但沒有目擊者，等到項目組成員看到時，這個直徑305米的傳奇望遠鏡的鏡面已經壽終正寢：巨大的平臺砸到了鏡面上。
舉世震驚。阿雷西博望遠鏡是世界上最具科幻感的望遠鏡。從1963年被建成，到2020年倒塌，它完成了多項壯舉，涉及脈衝星、引力波、諾貝爾獎、太陽系外行星與外星人探索。
圖：夜間的阿雷西博望遠鏡的平臺與鐵塔。照片拍攝於2020年。來源：
https://www.livescience.com/arecibo-observatory-radio-telescope-to-be-destroyed.html
阿雷西博望遠鏡的誕生
20世紀50年代，美國與蘇聯的冷戰意外催生了眾多天文項目，阿雷西博望遠鏡就是其中之一。為了確認洲際核飛彈重新進入大氣層時在電離層引起的真實效應，避免被假彈頭欺騙，軍方與科學界決定建設一個雷達-射電望遠鏡。
項目負責人考察了多個區域，最終選中了美屬波多黎各的阿雷西博。這裡的部分區域具有天然的喀斯特地貌：雨水長期衝刷、滲漏，形成一個個盆地，就像一口口鍋。射電望遠鏡專家在那裡選擇了一口「鍋」，鋪設了天線陣，構成了一個巨大的球面天線，整體直徑達到305米。
在天線上方，吊著一個巨大的平臺，距離鏡面底部150米。平臺上最重要的設備是接收機和發射機，整個平臺重達幾百噸。為了吊住這麼重的平臺，工程師們在周圍的山上建設了3座水泥塔，連了多條鋼纜繩。這3個水泥塔的名稱分別是塔4、塔8與塔12。
雖然鋁板構成的天線是靜止不動的，但平臺上的接收機與發射機卻是可以運動的。根據觀測目標或者發射的靶子，工作人員可以將接收機與發射機移動到合適的位置，接收天體信號或者發出去後反射回來的信號。
整個項目從1960年開始建設，於1963年建成，阿雷西博望遠鏡從此誕生。此後一直到2016年，它都是世界上最大的單鏡面射電望遠鏡。2016年，中國的500米射電望遠鏡（FAST，「天眼」），建成，稱霸世界53年的阿雷西博望遠鏡成為世界第二。但阿雷西博望遠鏡有一個特點無法被超越：它既可以接收信號，還可以發射信號。
在建成之後的幾十年內，天文學家一邊用阿雷西博望遠鏡觀測眾多目標，一邊升級它。比如，1973年，38778塊穿孔的長方形鋁板取代原來的天線陣，每塊鋁板的長與寬分別為2米與1米。1997年，工程師們在平臺上加裝了格裡高利反射系統。最終，整個平臺的質量達到820噸。
圖：阿雷西博望遠鏡全景。來源：National Astronomy and Ionosphere Center, Cornell U., NSF
從1963年正式建成起，阿雷西博望遠鏡不負眾望，得到眾多成果。這些成果涉及太陽系內天體的研究、小行星防禦、脈衝星、太陽系外行星、外星人探索等眾多領域。
太陽系內天體研究：從探測到防禦
阿雷西博望遠鏡不僅可以接收天體發出的信號，還可以發射信號並將反射回來的信號接收。這個特長使得它可以得到大量太陽系內天體的特徵。
早在1964年，Gordon Pettengill的小組就利用阿雷西博望遠鏡測量了水星的自轉周期，發現它的數值是59天，而不是此前認為的88天。
1980年，天文學家用阿雷西博望遠鏡向恩克彗星發射了信號並接收到回波。
1989年，阿雷西博望遠鏡向小行星「4769 Castalia」發射信號，根據接收到的回波，天文學家確定了這個小行星的形狀。這也是人類歷史上首次對小行星直接成像。
1994年，John Harmon使用阿雷西博望遠鏡，畫出了水星兩極區域的冰的分布。
除了這些科學研究之外，阿雷西博望遠鏡還可以通過發射信號、接收回波的方式發現那些可能威脅到地球的小行星並提供預警，從而成為地球防禦計劃的成員之一。
從脈衝星、引力波到諾貝爾獎
1968年，當時還在康奈爾大學讀研究生的Richard Lovelace用阿雷西博望遠鏡的數據確認了蟹狀星雲中心的脈衝星的周期——33毫秒，進一步確認了脈衝星的存在性。蟹狀星雲是一顆超新星爆發後噴發出的物質擴散形成的星雲。1054年，中國、日本等國的天文學家觀測並記載了這顆超新星。
圖：哈勃空間望遠鏡拍攝的蟹狀星雲的可見光圖像，由24張圖拼接而成。圖中區域的邊長約為12光年。來源: NASA, ESA and Allison Loll/Jeff Hester，https://www.spacetelescope.org/images/ann0820/
大質量恆星爆炸後，大部分會在中心留下中子星，它們幾乎完全由中子構成，半徑只有10千米左右，但質量卻比太陽大一些。中子星高速旋轉，同時兩極發出輻射。如果中子星發出的輻射周期性地掃過地球，產生的信號就形成一個個脈衝，天文學家就稱這類中子星為脈衝星。
1974年，Joseph Taylor與其指導的研究生Russell Hulse在使用阿雷西博望遠鏡搜尋脈衝星的過程中，發現了由兩個脈衝星構成的雙脈衝星系統。他們在此後的觀測中發現這對脈衝星在互相靠近，用愛因斯坦的引力波理論，就可以解釋這個現象。這個發現間接證明引力波存在，二人因此於1993年獲得諾貝爾物理學獎。
圖：Taylor與Hulse發現的脈衝雙星的軌道周期從1975年到2005年的累計變化情況。圖中的點為觀測計算數據，線為愛因斯坦廣義相對論計算得到的曲線。二者高度吻合，證明了愛因斯坦的理論，也間接證實了這個系統在發射引力波。數據來源：J. M. Weisberg and J. H. Taylor, Relativistic Binary Pulsar B1913+16: Thirty Years of Observations and Analysis, July 2004.圖來源：https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:PSR_B1913%2B16_period_shift_graph.svg#
1982年，Donald Backer等人發現了一顆自轉周期僅為1.56毫秒。這是人類發現的第一顆毫秒級脈衝星。直到2005年，天文學家才發現轉得更快的脈衝星。
從太陽系外的行星到外星人
1994年，Aleksander Wolszczan發表論文，宣布發現了圍繞著射電脈衝星的一顆行星，它的質量只有月亮那麼大。這是人類發現的第一顆太陽系外的行星，從此開啟了「系外行星」研究的壯麗篇章。2019年的諾貝爾物理學獎頒發給在1995年發現「圍繞類太陽恆星的系外行星」的兩位天文學家，而沒有讓Wolszczan分享，是很可惜的。
早在第一顆系外行星被發現之前幾百年，很多人都猜想宇宙中的那些恆星有類似於地球的行星圍繞著它們轉。甚至有人在此基礎上提出：太陽系外的行星上也可能產生生命並可能進化為具有高級智慧的生命——用人話說就是：宇宙中可能存在外星人。
1974年11月16日，阿雷西博望遠鏡的科學家們幹了一件至今還有爭議的大事：他們用阿雷西博望遠鏡向球狀星團M13發射了信號，希望能夠被那裡可能存在的外星人接收到。
圖：哈勃空間望遠鏡拍攝的球狀星團M13的核心區域的可見光與紅外線合成圖像。M13是梅西耶星雲星團表中的第13號天體，包含數十萬顆恆星，直徑大約150光年，圖中的核心區域的直徑約為26光年。來源: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA), https://www.spacetelescope.org/images/opo0840a/
這就是著名的「阿雷西博消息」。阿雷西博消息由著名的Frank Drake設計，在更著名的卡爾·薩根與其他人的幫助下畫出。這個消息只有1679比特的信息，給出了阿拉伯數字、構成人類DNA的化學元素的信息、DNA雙螺旋結構、人類特徵、太陽與當時認定的九大行星以及阿雷西博望遠鏡自身的圖像。
人類至今未收到回音，也不可能在現在收到那裡的回音：M13與地球的距離達到25000光年，阿雷西博望遠鏡發出的信號要用25000年才可以到那裡，即使那裡可能有的外星人不考慮要不要回答，立即回復，起信號也還要再用25000年才可以到達地球。換句話說，阿雷西博望遠鏡需要向天再借五萬年，才有可能接收到回音。
圖：阿雷西博望遠鏡向M13發出的消息。圖中最上方白色點表示阿拉伯數字1到10；下方的紫色表示構成脫氧核糖核酸 (DNA) 的氫、碳、氮、氧與磷的原子數；綠色表示構成DNA的核酸化學成分；下面的白色表示人類DNA的數目；藍色螺旋形狀表示DNA的雙螺旋解構；下方紅色表示人，左側藍白表示人類的高度與寬度，右邊白色表示人類；下方黃色表示太陽系中的太陽與當時認定的九大行星，其中第三個行星比其他的高一點，表示這是發射出信號的地球；下方粉紅色、白色與藍色為阿雷西博望遠鏡的大致形狀。圖與原文來源：https://en.m.wikipedia.org/wiki/Arecibo_message，此處直接翻譯其中的文字說明。
最近一些年，阿雷西博望遠鏡成為「搜尋外星智慧」 (SETI) 項目的成員之一。不過，「出師未捷身先死，長使英雄淚滿襟。」
危機、垂危與消逝
就在阿雷西博望遠鏡一路高歌猛進的同時，危機也漸漸浮現。這些危機可以分為三類：經費危機、升級危機與自然災害危機。
首先，NASA從2001年就開始削減行星雷達計劃方面的經費，直到2006年完全取消資助。更嚴重的是，為阿雷西博望遠鏡持續提供經費的美國國家自然科學基金委 (NSF) 也在不斷降低經費資助。2007年，阿雷西博望遠鏡得到的資助約為1千萬美元，到2011年，得到的資助僅為400萬美元。而且，NSF還決定，如果沒有其他經費來源，那麼就可能關閉阿雷西博望遠鏡。
在一次升級過程中，阿雷西博望遠鏡平臺的總重量增大，超過了鋼纜的承受極限，為此後鋼纜的陸續斷裂埋下了巨大的隱患。
自然災害成為壓死阿雷西博望遠鏡的最後幾根稻草。波多黎各是大西洋上面的一個島嶼，經常會被各種颶風（我們這裡一般稱之為「颱風」）光臨。比如，2017年9月21日，瑪利亞颶風吹壞了一臺儀器，後者掉落，砸壞了大約30片鋁板。2019年的一次地震，進一步加重了阿雷西博望遠鏡的病情。
圖：2019年拍攝的阿雷西博望遠鏡平臺局部區域近景。上方的三角平臺為固定式平臺，下方為可轉動的方位臂。右邊為格裡高利反射鏡，左邊為29米長的430兆赫茲儀器的殘留物，這個儀器在2017年被颶風吹落，僅剩下圖中的殘留棒狀物。來源：Mariordo (Mario Roberto Durán Ortiz)
2020年8月初，一個新的颶風過境，阿雷西博望遠鏡因此關閉。颶風過境後不久，阿雷西博望遠鏡重新開啟。很快，支撐輔助平臺的塔4上的一條鋼纜斷裂，像一條鞭子抽在鏡面上，打出一條30米長的傷口。至今人們無法確定是不是這個颶風導致鋼纜斷裂。
項目組決定替換一根新的鋼纜。不幸的是，新鋼纜還沒有換上去，塔4上面的兩根主鋼纜中的一根於2020年11月7日斷裂，打碎了部分鏡面。項目組評估後，認定人們無法安全地維修阿雷西博望遠鏡，決定放棄治療，擇日拆除它。
就在相關部門計劃拆除阿雷西博望遠鏡的時候，塔4上面的另外一根鋼纜斷裂，整個平臺摔到鏡面上，阿雷西博望遠鏡走向終章。
圖：2020年12月1日，阿雷西博望遠鏡正式倒塌後的遺蹟。可以看到，平臺掉落在鏡面上。來源：https://www.sciencemag.org/news/2020/12/arecibo-telescope-collapses-ending-57-year-run
失去了什麼？
阿雷西博望遠鏡的悲劇看似偶然，但其實也是一個必然。過去幾十年來，人類建設了許多望遠鏡，其中一部分可以分別取代阿雷西博望遠鏡的一些功能，這使得阿雷西博望遠鏡的重要性逐漸降低，失去了優先級。
比如，行星防禦方面，ATLAS、全景巡天望遠鏡都可以完成；行星探測方面，最近一些年升空的多個行星探測器可以近距離飛掠甚至環繞眾多行星，進行近距離觀測；小行星與彗星觀測方面，一些探測器已經實現了小行星表面挖土的壯舉；射電探測方面，一些射電幹涉陣望遠鏡可以達到更好的觀測效果。阿雷西博望遠鏡的基本盤就這樣被鯨吞蠶食，最終導致決策層視之為雞肋。
但上面的分析依然過於功利。阿雷西博望遠鏡的功能雖然可以被其他望遠鏡逐漸替代，但其象徵意義卻是不可替代的。它是最具科幻感的望遠鏡，也是獲得眾多戰果的老將，它本應該有一個體面的終章——比如被建設為一個參觀景點。
上世紀80年代就停止觀測的威爾遜天文臺就是一個好的樣板。1923年，天文學家哈勃在這裡用2.54米的光學望遠鏡證明仙女座星雲其實是銀河系外的另一個星系，從而開闢了星系天文學。1929年，哈勃在這裡用同一個望遠鏡發現星系退行的速度與距離成正比，從而證明宇宙在膨脹。在停止觀測之後，威爾遜天文臺成為一個景點，裡面的望遠鏡成為文物，吸引了許多遊客前往參觀。
但NSF沒有給阿雷西博望遠鏡這樣的待遇。與阿雷西博望遠鏡一起消逝的是它所具有的科幻象徵與終極浪漫：有多部電影在這裡拍攝，如《007黃金眼》(Golden Eye)、科幻電影《超時空接觸》(Contact) 、《X-檔案》(X-Files) 等。
圖：科幻電影《超時空接觸》 (Contact) 的場景之一，後面是阿雷西博望遠鏡的平臺。來源：https://musingsofamiddleagedgeek.blog/2017/09/09/contact-is-still-okay-to-go-20-years-later/
由於美國現在是阿塔卡拉大型毫米與亞毫米射電望遠鏡陣列 (ALMA) 的三大股東之一，而且還有多個其他射電項目，它在射電天文方面的領先地位不會因為阿雷西博望遠鏡的消逝而被動搖。
受損失的是那些熱愛阿雷西博望遠鏡的人，特別是為阿雷西博望遠鏡的建設、運行與升級而付出心血的幾代天文學家與工程師、那些使用過阿雷西博望遠鏡數據並心懷感恩的更多天文學家和喜歡阿雷西博望遠鏡的那些普通人。
阿雷西博望遠鏡的消逝，不僅僅是簡單的儀器之死，而更像一個文物被毀，一個象徵被毀。
安息吧，阿雷西博望遠鏡。
編輯：王茹茹
文章作者
王善欽，2018年於南京大學獲得天文學博士學位，2016年至2018年訪問加州大學伯克利分校天文系。主要研究超新星、千新星等爆發現象，至今為止在ApJ, MNRAS上發表22篇科研論文。業餘也研究天文學史與物理學史。
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