美國天眼電纜斷裂！建成至今60年：單碟巨型射電望遠鏡路在何方？

2020-08-14 宇宙印象

編者按：阿雷西博天文臺30米長支撐電纜突然發生斷裂，這是年久失修的後果，為什麼建造於1960年代的阿雷西博天文臺如今被邊緣化？這是因為單碟面巨型射電望遠鏡已經被綜合孔徑射電望遠鏡取代，未來中國天眼FAST射電望遠鏡的出路也應該是與其他射電望遠鏡聯網，否則單碟陣列受限於角解析度，無法看清更遙遠的天體。這也是為什麼2019年人類首次觀測黑洞同時使用了分布在全球的8臺大型射電望遠鏡，而不是單碟巨型射電望遠鏡所為。

宇宙印象｜頭條獨家 深度科普欄目第1509期

建造於1960年代的阿雷西博天文臺被認為是中國天眼FAST望遠鏡的美國「同行」，在8月10日早晨，橫穿在巨型射電盤上的30米長支撐電纜突然發生斷裂。目前阿雷西博天文臺已經關閉，工程師正在評估修複方案，觀測任務全部終止。換句話說，阿雷西博天文臺已經無法觀測，如果這時候有可疑的射電信號，就無法探測到了。阿雷西博天文臺的圓盤天線直徑為300米，僅次於中國天眼FAST射電望遠鏡。中國天眼在2016年完工，直徑為500米，一舉超過了阿雷西博天文臺，成為世界上最大的單碟射電望遠鏡。

圖片解讀：阿雷西博天文臺近況，碟面上的反射面受損，維護不到位，其實這些成本並不高，由於經費有限，受損的碟面沒有及時更換

圖片解讀：早年的阿雷西博天文臺

圖片解讀：建造於中國貴州的FAST射電望遠鏡，目前是世界上碟面直徑最大的射電望遠鏡

阿雷西博天文臺的主要事件

阿雷西博天文臺長期以來是探測宇宙射電信號的主力軍，同時也負責跟蹤近地小行星。最有影響力的事件是阿雷西博天文臺在1977年探測到一個窄頻無線電信號，持續時間為72秒，之後就再也沒有收到。這個信號被稱為WOW信號，位於人馬座方向上。有分析認為這可能是P/2008 Y2 彗星等產生的氫雲信號，但反對的觀點認為該彗星當時並不在人馬座的方向上，WOW信號也是目前一個謎團。近幾年，歐洲空間局蓋亞探測器對WOW信號所在的方向進行觀測，確定這裡有超過3000顆恆星，其中距離地球較近的20顆位於388至1000光年之間，非常遙遠。

除了WOW信號外，1974年阿雷西博天文臺向2.5萬光年外的M13球狀星團發送了一個1679個二進位數字組成的信號，裡面有地球上化學元素序號、太陽系組成等信息。科學家認為球狀星團的恆星比較密集，有可能存在智慧生命。由於阿雷西博天文臺的任務特殊，參與了多項監聽宇宙信號的任務，因此被賦予了更加神秘的色彩。1997年科幻電影《接觸》就選擇在阿雷西博天文臺拍攝，變成了接觸地外文明的窗口。

圖片解讀：1974年阿雷西博天文臺向2.5萬光年外的M13球狀星團發送了一個1679個二進位數字組成的信號

射電望遠鏡並非直徑越大越好

現在的阿雷西博天文臺已經被邊緣化，由美國康奈爾大學管理，美國國家科學基金會也對其進行撥款，但費用也只夠維修、基礎運營。

原因有多個：比如技術較為古老，建成到現在有半個世紀的時間，修起來就像個古董；第二，阿雷西博天文臺在加勒比海，距離美國本土較遠，交通上不夠便利，運營費用高；第三，單碟天線固定，觀測不夠靈活，已經被綜合孔徑射電望遠鏡取代；第四，新的射電望遠鏡技術更加先進，比阿雷西博天文臺更靈敏等等。

阿雷西博天文臺的特點是利用了群山地貌建造，在1960年代還算是先進，但是到了21世紀，國際主流射電望遠鏡開始向綜合孔徑射電望遠鏡發展，以ALMA為代表，這是目前世界上最先進的射電望遠鏡，整個陣列由54臺12米直徑碟形天線組成，外加12臺7米直徑天線，雖然單碟直徑最大才12米，但角解析度卻是FAST中國天眼的數千倍。這意味著ALMA不僅看得遠，而且還看得很清楚，FAST的問題在於能看得遠，但是看不清楚。

圖片解讀：ALMA是目前世界上最先進的射電望遠鏡，整個陣列由66臺碟形天線組成，最大的碟面只有12米

圖片解讀：66臺碟形天線

圖片解讀：射電望遠鏡講究的不是單兵作戰，而是集群作戰

如何拯救FAST中國天眼

FAST中國天眼作為一個單碟面的巨型射電望遠鏡，優勢是靈敏度高，可收集到遙遠的射電信號，但由於角解析度上較低，看不清這個天體的基本結構。換句話說，我們能夠知道有東西在那兒，但是分辨不出它的結構。

原因在於射電望遠鏡講究的不是單兵作戰，而是集群作戰，2019年成功對M87星系黑洞進行觀測的就是射電望遠鏡，稱之為事件視界望遠鏡（EHT）。該射電望遠鏡不是一個，而是8個分布在全球各地的射電望遠鏡聯網，相當於建造了一個地球直徑大小的射電望遠鏡，有效角解析度達到非常恐怖的數百萬分之一角秒，理論足夠看清月球上的車牌號。

圖片解讀：M87星系黑洞直接成像

圖片解讀：8個分布在全球各地的射電望遠鏡聯網，相當於建造了一個地球直徑大小的射電望遠鏡

從事件視界望遠鏡、ALMA陣列的發展可以看出，單碟巨型射電望遠鏡是單兵作戰，觀測能力受限，除非能將碟面直徑建造到數萬米以上才有意義。綜合孔徑射電望遠鏡觀測能力更強，要想發揮FAST的最大作用，就要將其納入到全球射電望遠鏡聯網中，由於地緣政治方面的緣故，那只能靠我們自己了。大部分歐美國家的射電望遠鏡難以與我們聯網，而我國要在其他國家建造射電望遠鏡，可能性就更小了，這就是FAST巨型單碟的局限性，也是為什麼阿雷西博天文臺被邊緣化的其中一個原因。 宇宙印象為今日頭條獨家，其他均為假冒，轉載均為非法。

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