當地時間 11 月 19 日,美國國家科學基金會宣布,位於加勒比海波多黎各的 305 米單口徑射電望遠鏡阿雷西博將被永久關停並拆除。
今年 8 月和 11 月,阿雷西博望遠鏡兩根關鍵性支撐鋼纜先後斷裂,造成的損傷已經無法確保修復作業安全進行,也不能保證在天文臺中工作的學者們的安全。
作為阿雷西博的上級部門,NSF 表示將在接下來的幾周內製定望遠鏡的拆除計劃,其中可能包含使用爆破技術拆除懸吊在其巨型主反射面上的儀器平臺。
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致命打擊
在中國建成 500 米口徑球面射電望遠鏡前, 305 米口徑的阿雷西博是世界上最大的單口徑射電望遠鏡。它建成於 1963 年,利用山谷中石灰巖受到流水腐蝕後形成的碗型大坑作為底座,主要部件包括一個直徑 305 米的主反射面,和一個懸吊在這口「大鍋」上方 137 米處、重約 900 噸的儀器平臺。這個儀器平臺中安置了阿雷西博的第二和第三反射面,以及雷達發射機和微波接收機,主要依靠周圍三座索塔架設的十幾根直徑約 8 釐米的鋼纜支撐。
阿雷西博望遠鏡的儀器平臺。圖片來源:Mario RobertoDuránOrtiz
2020 年 8 月 10 日,其中一條支撐鋼纜從索塔的插孔中滑脫,將下方的主反射面邊緣砸出一道 30 米長的缺口,阿雷西博的正常運作就此暫停。
NSF 發布的消息稱,第一次事故發生後,阿雷西博天文臺及其運營方中佛羅裡達大學開始著手維修,並表示僅在第一階段就需要一千多萬美元的經費支持,此外事故調查還發現望遠鏡近半數支撐鋼纜都有滑脫的跡象。就在工程師們研究如何修復這次損壞,並評估整體結構的完整性時,11 月 6 日,又一根支撐鋼纜斷裂,「大鍋」的中央部分也遭到了損壞。
第二次事故徹底打破了阿雷西博的修復計劃,技術人員在之後的調查中發現,鋼纜發生事故時的受力情況僅為其預期最小斷裂強度的 60%,這說明其他鋼纜的強度也可能低於預期。進一步的調查發現,多根主要支撐鋼纜上出現了新的纜線斷裂痕跡。
上世紀 90 年代,阿雷西博的儀器平臺曾有過一次改裝導致的重量增加,當時添加上去的一些輔助鋼纜的插孔也出現了明顯的滑脫。如果再有鋼纜出現問題,那麼重達 900 噸的儀器平臺可能會從 137 米的高度墜入主反射面,給阿雷西博天文臺帶來災難性的毀滅。
負責評估阿雷西博整體結構的第三方工程公司表示,考慮到其他鋼纜可能會發生故障,望遠鏡的整體維修工作將是不安全的。該公司的工程師 Thornton Tomasetti 稱,對餘下的支撐鋼纜進行強度測試可能會導致結構坍塌。根據上述技術性評估的結果,NSF 決定關停阿雷西博望遠鏡並開始計劃性拆除,規避意外倒塌的風險。
傳奇閉幕
NSF 的決定震驚了天文學界。不少天文學家、工程師以及其他學者紛紛在社交媒體發起了 #WhatAreciboMeansToMe 活動,分享阿雷西博如何影響自己的職業生涯的故事。
這個活躍了半個多世紀的射電望遠鏡不僅幫助科學家在 1992 年發現了首個太陽系系外行星存在的證據,還是宇宙的神秘信號——重複快速射電暴的首個「記錄者」。1974 年,阿雷西博天文臺向一個距地球 12000 光年的星系發射了世界首條星際信息,這也讓它成為了探索外星文明的象徵與符號。
對於研究小行星的天文學家來說,失去阿雷西博望遠鏡意味著失去一個重要的研究陣地。它的儀器平臺包含一臺強大的無線電發射機,能夠將無線電波聚集成非常小的輻射束髮射出去。這些電波碰上太陽系中的天體後會被反射回來,但回波的能量很小,只有阿雷西博這樣口徑巨大、靈敏度非常高的射電望遠鏡才能接收。
通過研究這些物體反射的無線電信號,行星科學家能夠獲得行星軌道的信息,構造出行星表面的地圖,還能研究它們的構成成分。事實上,阿雷西博在 NASA 的行星防禦計劃中扮演了重要角色——他們的目標是對那些可能威脅地球安全的天體進行監測和處置。
阿雷西博望遠鏡的主反射面。圖片來源:Mario RobertoDuránOrtiz
NSF 天文學部門負責人 Ralph Gaume 表示,望遠鏡的一些科研項目或許能被轉移到其他研究設施上去,相關學者應該會有類似的轉移提議或申請。但是由於一些設備組僅在阿雷西博望遠鏡上運行,因此也有一些項目找不到備用的觀測設施。
何去何從
在關停之前,阿雷西博望遠鏡一直在接受常規性更新與升級。如果沒有出現今年這兩次鋼纜損毀事故,它的儀器平臺上將多出一架價值 580 萬美元的天線,能夠大幅提升望遠鏡的靈敏度。現在,負責這個天線項目的美國楊百翰大學團隊表示,將和 NSF 商討這架天線到底應該何去何從。但比起天線,他們更擔心阿雷西博天文臺眾多優秀的科學、技術、管理和支持人員未來的出路。
作為波多黎各主要的科教中心,天文臺為許多天文學家和工程師提供了職業支持,還是一個著名的流行文化聖地。一位來自波多黎各大學的天文學家在接受《自然》新聞的採訪時表示,失去阿雷西博望遠鏡對科學、行星防禦計劃以及波多黎各都會造成重大損失。
不過,望遠鏡並不是阿雷西博天文臺的全部。根據 NSF 發布的消息,一些小型科學項目仍然可以在阿雷西博天文臺的其他設施內繼續進行,例如兩個雷射雷達設施仍會通過向大氣層發射雷射來研究大氣現象;天文臺運營方中佛羅裡達大學通過與微軟合作,對相關數據進行雲端儲存與分析,現在正在努力將現場數據遷移至未受影響的伺服器上。此外,NSF 還在探討將天文臺的資源用於教育目的的可能性。
阿雷西博天文臺標誌。圖片來源:Mutante
拆除阿雷西博望遠鏡所需的成本目前尚不明確。NSF 數學和物理科學部門副主任 Sean Jones 表示:「我們明白阿雷西博對天文學界和波多黎各有多麼重要,這是個艱難的決定。」