未坍塌時(shí)的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡（圖/東方IC）

近日，位于美屬波多黎各的阿雷西博天文臺(tái)的射電望遠(yuǎn)鏡因結(jié)構(gòu)失控而垮塌，引發(fā)多方關(guān)注。美國(guó)國(guó)家射電天文觀測(cè)臺(tái)主任比斯利說(shuō)：“這對(duì)科學(xué)界來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大損失。阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡曾幫助天文學(xué)家取得了一些驚人的科學(xué)成就?！?/p>

坍塌并非毫無(wú)征兆

阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡（下稱“阿雷西博”）建成于1963年，口徑305米，曾是世界最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。美國(guó)科學(xué)新聞網(wǎng)指出，過(guò)去，世界各地的科學(xué)家一直使用阿雷西博研究遙遠(yuǎn)行星，發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)小行星并尋找可能存在的地外生命。從太陽(yáng)系小天體到遙遠(yuǎn)的太空深處的脈沖星，阿雷西博曾見(jiàn)證眾多“人類第一次發(fā)現(xiàn)”。而在遭受過(guò)地震和颶風(fēng)，經(jīng)歷過(guò)搖晃和動(dòng)蕩后，久經(jīng)沙場(chǎng)的阿雷西博終究還是在一夜之間倒下了。

實(shí)際上，這次坍塌并非毫無(wú)征兆。2020年8月，阿雷西博的一條輔助鋼纜斷裂，將反射面砸出一道30米長(zhǎng)的裂縫。大約3個(gè)月后，同一座塔架的主要支撐鋼纜也斷裂了，其余的鋼纜已然搖搖欲墜，無(wú)論是修復(fù)還是固定，都可能會(huì)促使其再次發(fā)生意外。2020年11月19日，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）宣布，該望遠(yuǎn)鏡將被關(guān)閉并以可控方式拆除。

NSF天文科學(xué)部主任拉爾夫·高梅表示：“在11月主鋼纜發(fā)生故障之后，我們推測(cè)輔助鋼纜也可能將隨時(shí)發(fā)生故障。盡管我們無(wú)法預(yù)測(cè)故障會(huì)何時(shí)發(fā)生，但它必然會(huì)發(fā)生?！彪S后他指出，阿雷西博已經(jīng)發(fā)生結(jié)構(gòu)性損毀，無(wú)論維修人員做什么也于事無(wú)補(bǔ)。

然而令團(tuán)隊(duì)最擔(dān)心的事情還是發(fā)生了。當(dāng)?shù)貢r(shí)間2020年12月1日，波多黎各的山間發(fā)出了驚人的巨響——阿雷西博等不及“有計(jì)劃地”被拆除，便自行坍塌，與世界來(lái)了場(chǎng)悲壯的告別。阿雷西博的平臺(tái)墜落并砸毀了望遠(yuǎn)鏡反射盤表面。工程師評(píng)估了損壞情況，確定望遠(yuǎn)鏡的三個(gè)支撐塔全部斷裂，重達(dá)900噸的接收平臺(tái)墜落到下面的碟形反射盤上。此外，望遠(yuǎn)鏡的支撐鋼纜也已全部斷裂。

“一方面，望遠(yuǎn)鏡本身‘疲勞’了，一臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡通常使用30年左右就算‘老’了，而阿雷西博已服役57年；另一方面，阿雷西博項(xiàng)目的科學(xué)經(jīng)費(fèi)不夠，不足以做好日常維護(hù)，比如結(jié)構(gòu)件的加固和更換，部件的除銹、潤(rùn)滑等?！敝锌圃荷虾Ｌ煳呐_(tái)研究員、65米天馬射電望遠(yuǎn)鏡總工程師劉慶會(huì)介紹，阿雷西博的坍塌并不令人意外。

不同望遠(yuǎn)鏡需要相互配合

阿雷西博倒下的那一天，很多人想起了被喻為“中國(guó)天眼”的FAST。

FAST和阿雷西博都是射電望遠(yuǎn)鏡，可以用于接收天體發(fā)射出的無(wú)線電波。20世紀(jì)60年代天文學(xué)取得了非常重要的發(fā)現(xiàn)——脈沖星、類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機(jī)分子，而這“四大發(fā)現(xiàn)”都與射電望遠(yuǎn)鏡有關(guān)。

射電望遠(yuǎn)鏡各式各樣。根據(jù)天線總體結(jié)構(gòu)不同，射電望遠(yuǎn)鏡按設(shè)計(jì)要求可以分為連續(xù)孔徑射電望遠(yuǎn)鏡和非連續(xù)孔徑射電望遠(yuǎn)鏡兩大類。

連續(xù)孔徑射電望遠(yuǎn)鏡分為全可轉(zhuǎn)型或可跟蹤型、部分可轉(zhuǎn)型、固定型。阿雷西博和FAST都屬于固定型射電望遠(yuǎn)鏡。非連續(xù)孔徑射電望遠(yuǎn)鏡大致分為甚長(zhǎng)基線干涉儀和綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡兩類，世界上最大的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡是位于美國(guó)的甚大天線陣（VLA）。

與光學(xué)望遠(yuǎn)鏡不同，射電望遠(yuǎn)鏡既沒(méi)有高高豎起的望遠(yuǎn)鏡鏡筒，也沒(méi)有物鏡、目鏡，它主要由天線和接收系統(tǒng)兩大部分組成。射電望遠(yuǎn)鏡的天線，就是通俗說(shuō)的“鍋”，接收系統(tǒng)就是“饋源”。阿雷西博的“大鍋”就是被900噸的“饋源”砸壞了。

為了滿足觀測(cè)弱射電源的需要，射電望遠(yuǎn)鏡必須有較大直徑，并能對(duì)射電目標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間跟蹤或掃描。劉慶會(huì)表示，由于射電望遠(yuǎn)鏡接收的無(wú)線電波波長(zhǎng)較長(zhǎng)，對(duì)望遠(yuǎn)鏡的面精度要求沒(méi)那么高，所以“鍋”可以做得比較大。

“‘鍋’越大，接收信號(hào)就越多，靈敏度就越高。就像下雨時(shí)，盆子越大，接住的水就越多?！眲c會(huì)說(shuō)，天文學(xué)家都想要又大又精密的望遠(yuǎn)鏡，但必須綜合考慮設(shè)備造價(jià)和工藝的現(xiàn)實(shí)性。

“在接收射電信號(hào)方面，F(xiàn)AST完全可以替代阿雷西博而且比它的性能更強(qiáng)。但FAST不能發(fā)射信號(hào)，阿雷西博原本可以跟FAST互補(bǔ)，現(xiàn)在這一互相配合的組合不復(fù)存在了?！眲c會(huì)不無(wú)遺憾地說(shuō)。

盡管FAST和阿雷西博這類大型射電望遠(yuǎn)鏡可以捕捉更微弱的信號(hào)，但由于它們是固定型望遠(yuǎn)鏡，覆蓋天區(qū)有限，其他射電望遠(yuǎn)鏡仍起著重要作用。

不同大小、波段、位置的望遠(yuǎn)鏡就像不同的“眼睛”，從多個(gè)角度凝視宇宙，捕捉各式各樣的信息。如同盲人摸象，每一個(gè)望遠(yuǎn)鏡只能“摸”清天體的一個(gè)側(cè)面。中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員戴昱表示，天文學(xué)家的理想是用所有波段的望遠(yuǎn)鏡把感興趣的天區(qū)或天體都“掃描”一遍，達(dá)到“全信使、多波段”的效果。

探索宇宙是場(chǎng)接力賽

阿雷西博對(duì)射電天文學(xué)的重要發(fā)現(xiàn)以及行星和太陽(yáng)系的研究貢獻(xiàn)巨大，曾繪出第一幅金星表面雷達(dá)圖，并在1992年首次發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系外的行星系統(tǒng)。不過(guò)，阿雷西博一項(xiàng)更著名的成就是向宇宙發(fā)射信號(hào)。1974年，阿雷西博向距離地球2.5萬(wàn)光年的球狀星團(tuán)M13發(fā)射了一系列二進(jìn)制代碼信息，包含人類DNA結(jié)構(gòu)、太陽(yáng)系結(jié)構(gòu)和阿雷西博本身信息等，以期被潛在外星文明接收到。

“雖然阿雷西博不在了，F(xiàn)AST也可以接收這個(gè)信號(hào)的反饋。就好像你收到一封信，到底是寄信人本人查收，還是給他的親戚朋友查收，都沒(méi)關(guān)系?！眲c會(huì)說(shuō)。

重要的是，這封信會(huì)以什么形式回復(fù)。“如果是可見(jiàn)光信號(hào)，就用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡接收，如果是射電信號(hào)，就用射電望遠(yuǎn)鏡接收……不過(guò)，很難說(shuō)阿雷西博信號(hào)會(huì)有反饋。即便有，宇宙尺度那么大，說(shuō)不定也要等幾十年或幾百年，甚至更長(zhǎng)時(shí)間才有可能收到?！眲c會(huì)說(shuō)。

在人類仰望星空的史冊(cè)上，阿雷西博書寫了光輝的一頁(yè)，卻沒(méi)能迎來(lái)“壽終正寢”。

類似事件其實(shí)也發(fā)生過(guò)。1988年11月15日，沒(méi)有一點(diǎn)點(diǎn)征兆，美國(guó)的91米綠岸射電望遠(yuǎn)鏡（GBT）忽然坍塌，留在地面的是一堆殘骸。不過(guò)，在這廢墟附近，新的GBT望遠(yuǎn)鏡很快拔地而起。

據(jù)NSF官網(wǎng)消息，阿雷西博倒塌后，有一部分工程會(huì)保留，并應(yīng)用于教育和旅游等。劉慶會(huì)認(rèn)為，曾在阿雷西博射電天文臺(tái)工作的工程師和科學(xué)家或許會(huì)轉(zhuǎn)行，或許會(huì)尋找下一個(gè)射電天文研究項(xiàng)目，“來(lái)‘中國(guó)天眼’，也不是沒(méi)有可能”。

英雄總有謝幕時(shí)。因冷卻物質(zhì)耗盡而結(jié)束任務(wù)的“赫歇爾”望遠(yuǎn)鏡，鞠躬盡瘁垂垂老矣的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，轟然坍塌的阿雷西博……時(shí)運(yùn)或許能讓挽歌推遲響起，但滾滾歷史長(zhǎng)河中，大浪淘沙，優(yōu)勝劣汰，是不變的法則。

從誕生到暮年，一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡最多“活”幾十年，但還有下一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡接著往前走。對(duì)浩瀚宇宙的探索，有著一代又一代望遠(yuǎn)鏡接力而向前。

阿雷西博遠(yuǎn)去了。倘若很久后的某一天，外星生命對(duì)阿雷西博信號(hào)的回復(fù)被人類捕捉到，我們一定會(huì)再次想起它。