美国天眼塌了,中国天眼成了唯一
美国时间2020年12月1日,伴随着轰隆隆的巨响,位于波罗黎各阿雷西博天文台的305米射电望远镜支撑架倒塌,近900吨的信号接收器重重地砸在铝合金反射面上,由于无法修复,这座有57年历史的“美国天眼”宣布终结。
阿雷西博望远镜轰然垮塌
《自然》杂志刊文称这是“2020年另一场重大损失”,美国全国广播电台NPR说这意味着“世界一流研究时代终结”,而《经济学人》则慨叹“随着阿雷西博的死,射电天文学的时代结束了!”
阿雷西博望远镜年久失修
果真结束了吗?这帮近视眼显然看不见在世界的东方,有一座崭新的、比阿雷西博更大更先进的科学装置——500米孔径球面射电望远镜(FAST)。最早的时候,地球上只有一座“美国之眼”,随着中国FAST的建成,科学家可以有机会全天跟踪观测宇宙中某一个区域的无线电信号,而现在,所有的天文学家又只能依靠中国的望远镜才能开展工作了。从这个角度看,阿雷西博望远镜的垮塌意味着美国时代的结束,世界一流射电天文学研究正式向东方、向中国转移。
500米孔径球面射电望远镜(FAST)
阿雷西博的隐患
由于缺乏必要的经费,阿雷西博望远镜年久失修、长期带病工作早已尽人皆知。在它垮塌的10天前,美国国家科学基金会(NSF,望远镜的运营方)就已经宣布将退役和拆除这架功勋卓著的天文望远镜。原因很简单:NSF没有足够的资金来维持它继续运转,并且阿雷西博一身是病,要想安全地维修它简直比登天还难。
阿雷西博曾向外星发射地球文明信息
与世界上大多数以太空探索为目的的射电望远镜不同,始建于1960年的阿雷西博望远镜的设计用途首先是导弹防御,它是一部超大功率的雷达,美国国防部高级研究计划局(ARPA)打算用来探测弹道导弹在大气层中引起的电离现象,从而追踪来袭核弹头。就在望远镜准备建造的时候,射电天文学也在蓬勃发展,于是科学家们改动了一些设计,好让这台雷达也能用于接收来自深空的电磁波信号。或许正是由于要兼顾多方面的任务需要,阿雷西博在设计时就为今天的命运埋下隐患:为了追求稳定性和扫描角度,它的巨大反射镜被安装在一个重达820吨的旋转支架弧形轨道上,然后再由缆索悬吊着这个庞然大物,悬吊跨度达到600米,并且在整个寿命期内你无法维修或更换缆索,断了就是灾难。
阿雷西博信号接收机构重达900吨
中国天眼是国际天文科学合作的产物
1993年,国际无线电科学联盟(URSI)的天文科学家们倡议搞一个全球性的大科学合作项目,要联合建造一个接收面积达到1平方公里的大型射电望远镜阵列(SKA),其目的是赶在电磁波环境被彻底破坏(拜马斯克的星链所赐,这一危机大大提前)之前,真正看一眼宇宙,搞明白宇宙的结构是怎么形成、并且演化至今的。人类现有的望远镜都无法实现这一梦想,只有打造更大的射电望远镜,并将其组合成阵列才有可能看清楚宇宙。
阿雷西博与中国天眼对比
中国的500米孔径球面射电望远镜就是在这一背景下立项设计的,与阿雷西博不同,FAST是一个纯粹的大科学装置,是SKA国际项目的组成部分,它没有军事上的用途。
FAST是一个“以我为主、国际合作”的科学项目,其主要技术由国内科学团队主导,提出了许多创新性和突破性的技术解决方案。比如说FAST的综合性能是阿雷西博的十倍,观测精度远超一个数量级,但FAST的馈源舱的重量仅30吨,比阿雷西博轻了30倍;再比如说FAST的馈源舱是可以平稳拖动的,它使它可以扫描更大的天区,而阿雷西博只能在一小段弧形轨道上移动,它观测的面积要小得多。
FAST馈源舱仅重30吨
由于FAST是国际无线电科联盟SKA项目的重要组成部分,因此在设计和建造的过程中也得到成员国其他科学团队的支持,其中英国、瑞典、荷兰等国的科学家与中国团队一起开展了许多合作,为FAST提供技术咨询。在FAST建成之后,中科院与国际天文学组织和其他国家的科学机构签署了一系列的合作协议,寻求利用中国平台展开更多的太空科学探索和研究。
平方公里阵列国际合作SKA
中国天眼就是世界之眼
宇宙浩瀚,人类探索宇宙的脚步从未停止。同时我们也要认识到,与一百年前单凭一架简陋的单筒望远镜看星星不同,今天的天文学研究越来越成为一项昂贵甚至奢侈的活动。中国建造FAST花了6.67亿人民币,而要达到SKA“一平方公里”的阵列目标还需要耗费更多金钱,这远不是某个国家凭一己之力所能完成的,国际科学合作因此成为必然选择。
FAST建造过程
中国邀请美国哥伦比亚广播公司的记者参观FAST,其实就是表达我们在宇宙科学领域开放合作的态度,超大型球面射电望远镜是一个超级复杂的科学工程,其中的许多关键技术不是谁看一眼就能看透的,即便是以后哪个国家的科学家申请来这里工作,他也只能接触到FAST接收和下载的宇宙电波信号。
FAST首次发现毫秒脉冲星
建造先进望远镜的技术其实美国人不缺,他们缺的其实是技术之外的东西,除了钱,还有很多。所以,咱们只要做好自己的事,把篱笆扎牢,就没什么可担心的。