美国天眼沦为垃圾场,它是如何陨落的?美国为何不选择重建?

查夏柳聊历史 2022-10-18 21:01:17

说起中国“天眼”大家肯定不陌生。它位于中国贵州省黔南布依族苗族自治州,全称为:500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)或简称FAST。这是世界上最大的射电望远镜。不过在FAST落成之前,世界上还有另一个天眼:美国阿雷西博望远镜。

不过现在去找这个“天眼”的有关消息,你只会找到它的“死讯”!如今的阿雷西博望远镜,像一口“锅”一样坍塌在山谷里,堆积了不少垃圾,风吹雨淋,再也发挥不了作用。

而在2022年10月13日,美国国家科学基金会宣布,将放弃重建斥资2.6亿元才建成的阿雷西博望远镜。

中国天眼

“美利坚之眼”

在美属波多黎各岛的山谷中,坐落着世界第二大单镜面射电望远镜。350米口径的阿雷西博望远镜。

在这里解释一下,射电望远镜虽然叫做射电望远镜,并且它也确实能“射电”即发送电磁波。但是其主要工作原理还是:接收到达地球的电磁波。

因为大部分其他的恒星距离我们十分遥远,就算是发射的电磁波以光速传播,等发射的电磁波到达目的地,估计短则几年长则几万几亿年。更不要说还要等电磁波返回被望远镜重新接收到了。

完好的阿雷西博望远镜

在它建成之前,全世界对太空的探索还处于起步阶段。当时处于领先地位的射电望远镜,只有位于德国埃费尔斯贝格和美国格林班克的两台。它们的口径为100米,灵敏度高、分辨本领强、覆盖天区广、跟踪灵活方便。但是对于宇宙探测来说还远远不够。

而美国“天眼”的信号接收面积比上述两台望远镜的天线要大10倍,灵敏度提高约1个数量级,成为当时最强大的单天线射电望远镜。但是,由于其过于庞大,只能微调,不能大幅度转动,所以虽然其能力强大,但是接受范围有限。

随后,在利用小型射电望远镜侦测地外电磁波的二期奥兹玛计划失败后。美国“天眼”对100光年以内的800多颗类太阳恒星进行监测,结果还是一无所获。

在1974年,这座“天眼”经过了升级,口径由305米扩展为350米。并且在同一年,它向25,000光年外的M13星团发送了一串二进制数字组成的信号。里面包含了数字,DNA里包含的元素符号等信息。

“天眼”的陨落

就这样,美国的“天眼”勤勤恳恳地工作了几十年。直到2020年8月,望远镜上一条支撑馈源平台的钢缆断裂,把望远镜的镜面上划出了一道30多米的口子。

无独有偶,同年11月6日,望远镜上一根主钢缆断裂,对底部反射面造成了更严重的破坏。而后的12月1日,美国国家科学基金会确认,经历过两次严重事故后的望远镜很可能已不能使用,需要重建。

而就在前几天,不会重建的消息得到了证实。美国天眼的征途就此落下帷幕。

垮塌的阿雷西博望远镜

虽然,美国的天眼却是没了!但是,美国为何不选择重建呢?首页要的原因你可能想不到,那就是没钱。

过去的财大气粗的美国依靠国家的支持和拨款,完成了一个又一个的航天壮举。但是进入商业航空时期,完全依靠政府拨款的选择显然是不明智的。

航空航天商业化是必然的趋势,比如我国的嫦娥五号,为了分担成本,就搭载过很多商业实验的负载,计算轨道器有燃料剩余,就送往日地拉格朗日轨道,成为我国首颗进入日地L1点探测轨道的航天器。

嫦娥五号轨道器进入日地L1点轨道

其他望远镜

虽然没有资金重建天眼,但是美国还拥有其他的大型天文望远镜

比如说,除了射电望远镜之外,美国还拥有世界上最大的反射式望远镜:海尔望远镜(就是利用面和平面的面镜组合来反射光线,并形成影像的光学望远镜)。它位于美国的帕洛马山天文台。同样也可以用来观测太空。

海尔望远镜内部

此外美国还拥有哈勃望远镜。相比在地面上的海尔望远镜,哈勃望远镜有一个明显的优点。

我们都知道光沿直线传播这句话,但是很少有人注意到前提:那就是在均匀的介质内,光才会沿直线传播。当一束光从宇宙射向地球时,光线一旦从宇宙的真空进入到地球的大气中,就会因为介质不同而发生折射。从而导致在地面上接收到的光和原本射入地球大气层的光,是有一个角度的。

面对这个问题,研究人员只能结合气象知识将这个角度修正。但是也难免产生一些误差。即使这些误差很小,但是放大到宇宙尺度上,也会是一个夸张的错误,很可能计算出的星系位置和实际的星系位置差了十万八千里。所以,有没有一种方法去从根本上解决这个问题呢?

哈勃望远镜

于是,哈勃望远镜横空出世。它于1990年由美国的航天飞机送入地球轨道。因为哈勃望远镜身处590千米高的太空中,这里空气稀薄。光线几乎没有折射就被望远镜捕捉。很大程度上解决了上述问题。

口径不够,数量来凑

除了上述的光学望远镜,美国还有甚大天线阵。这是由众多的射电望远镜以Y字形排列组成的阵列,共同负责对外太空的探测。这可谓口径不够数量来凑。

根据粗略计算,要想建造一台能和海尔望远镜相当的射电望远镜,这个射电望远镜的镜面口径会达到美国本土东西距离的1/4,这显然不现实。总不能自由美利坚,都来修天线吧。

不过,此时干涉测量学的发展为这一目标带来了另一条道路。也就是利用计算,让多架望远镜对同一个天体发出的电磁波进行分解。从而使得单个望远镜的口径不必那么夸张。

甚大天线阵(Very Large Array)

于是便诞生了位于新墨西哥州的甚大天线阵(Very Large Array)。它是世界上功能最强大的干涉望远镜。甚大天线阵由27个直径82英尺(约为25米)重230吨的天线构成的Y字形射电望远镜阵列。它的每一个望远镜都被架设在铁轨上,可以移动位置来满足不同的探测需要。

甚大天线阵可以用来观测各种天体,包括但不限于射电星系、类星体、脉冲星、超新星遗迹、伽玛射线暴。并且它还被用来接收旅行者2号飞过海王星时的无线通信信息。

所以说,美国天眼确实是无了,但是这并不代表美国的太空探测就会进入停滞。

国际射电望远镜项目:SKA,美国已被排除在外

不过,话又说回来了。美国的太空探索没有停滞,而我们也在加速前进。

2011年由澳大利亚,中国,新西兰等七个国家的相关机构,在伦敦签署了组建平方千米阵的独立法人机构SKAO(SKA Organisation)的成员协议。旨在各地建造数千个较小的探测装置。从而组成一个收集能力相当于1平方千米镜面收集能力的巨型射电望远镜阵列。

平方千米阵将联合大大小小的射电望远镜组成系统

SKA的建造过程划分为两个阶段。第一阶段需要在澳大利亚5公里的场地上建设500多台低频天线。第二阶段,则要在在南非建设200多个反射面天线,并将先导设施和探路者的64面天线作为先导单元,整合在一起。

到2030年,此阵列建成之时,将会有上千面反射面天线和一百多万个低频天线。毫不客气地说,这个项目是集合全人类现有射电天线,建造的最大的射电望远镜天线。如此强大天线阵列使SKA具备了无可匹敌的探测范围和探测精度,届时,SKA的分辨率甚至会超过哈勃太空望远镜。

中国天眼是SKA的先导项目,为中国积累了丰富经验

并且在SKA建成后,还将有一系列大型光学和红外线望远镜将会加入进来,它们有的位于地面,有的将会和哈勃望远镜一样进入太空。进一步加强SKA体系。并且,我国的FAST在未来,也将会融入到这个巨大的体系过程中,和其他的望远镜天线一起为探测宇宙贡献中国智慧。

哦对了,想必大家也注意到了,SKA计划中,依旧没有美国的身影。如此重大的计划都不参加的话,也难怪没钱重建天眼了。或许属于美国的时代也和阿雷西博望远镜一样,一去不复返了。

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