近日，美國阿雷西博射電望遠鏡坍塌，世界上隻有中國FAST一顆"天空之眼"。阿雷西博在57年的服役生涯中做出了哪些科學貢獻？它和FAST有什麼差別？
12月1日，位于美國海外領土波多黎各的阿雷西博望遠鏡因結構失控而坍塌。人們哀歎，世界失去了一隻"眼睛"。
望遠鏡儀器平台坍塌的時刻（照片：businessinsider.com）
阿雷西博望遠鏡建于1963年，直徑為305米，高出其主鏡盤近150米，懸挂着高達900噸的科學裝置平台。在2016年9月中國天眼500米球面射電望遠鏡（FAST）完工之前的53年裡，它是世界上最大的單口徑射電望遠鏡（與傳統光學望遠鏡的不同之處在于它接收射電信号）。
在半個多世紀的服役期間，阿雷西博望遠鏡多次受到飓風，熱帶氣旋和地震的襲擊，并且一直沒有受到傷害。2017年9月，飓風瑪麗亞經過波多黎各後，望遠鏡29米長的430 MHz天線斷裂并落在主鏡盤上，損壞了38，000個鋁闆中的約30個，但對望遠鏡主體沒有造成太大損壞。
今年8月和11月，阿雷西博望遠鏡的輔助和主電纜斷裂。11月19日，國家科學基金會，望遠鏡的主任，宣布阿雷西博望遠鏡将退役并以受控方式移除。但就在世界各地的科學家在網上聯手要求美國官員取消這一決定時，阿雷西博望遠鏡的裝置平台突然坍塌，三座支撐塔的頂部都破裂了。
阿雷西博望遠鏡倒塌前後的比較（圖檔來自網際網路）
在帷幕拉開之前，阿雷西博望遠鏡已經為人類揭開了各種天體的秘密，從經過地球的小天體到遙遠星系的無線電波，卻無法逃脫犀利的"眼睛"。
<半個世紀>h1級"pgc-h-arrow-right"的研究成果</h1>
這些脈沖星周期性地發射脈沖信号，于1967年被發現，天文學家認為它們屬于白矮星。但在1968年，阿雷西博望遠鏡發現了來自蟹狀星雲中心的脈沖星的33毫秒間隔脈沖 - 這是白矮星無法發出的驚人速率。阿雷西博的發現支援了脈沖星是快速旋轉的中子星的理論。
1982年，阿雷西博望遠鏡發現了另一顆脈沖星PSR 1937-21，脈沖間隔僅為1.6毫秒，是有史以來觀測到的最快脈沖頻率，也是第一顆被發現的"毫秒脈沖星"。以前的儀器能夠檢測到這些脈沖，但很難區分它們。但這一發現讓天文學家懷疑脈沖星的自轉是否會随着年齡的增長和消耗能量而減慢。然後他們意識到，較老的中子星可以通過吸收附近恒星的物質來加速它們的自轉。
阿雷西博望遠鏡捕捉到的脈沖星CP1919無線電信号于1979年出現在著名搖滾樂隊的專輯封面上，後來成為文化符号（圖檔來自網絡）
脈沖星通過消耗旋轉能量來補償輻射能量，進而逐漸減慢轉移速度。這種變化非常緩慢，是以脈沖星作為"自然鐘"的精度極高。但是，當引力波幹擾空間時，脈沖星發出的電磁波的路徑會周期性地壓縮并變長，導緻望遠鏡接收到的脈沖信号周期性地提前到達并延遲。是以，長期監測脈沖到達時間也有望捕獲引力波信号。
雖然第一個引力波事件直到2015年才被引力波天文台（LIGO）正式發現，但天文學家早就發現了阿雷西博天文台存在引力波的間接證據。
1974年，阿雷西博望遠鏡首次發現了PSR 1913-16，這是一顆圍繞另一顆恒星運作的脈沖星。在跟蹤了它們的脈沖信号數年後，研究人員發現脈沖星越來越接近它們的伴星。這個"脈沖星雙星"系統中能量的減少，恰恰符合廣義相對論對引力波引起的能量損失的預測。這種對引力波的間接觀察獲得了1993年諾貝爾實體學獎。
（照片：quantamagazine.org）
阿雷西博望遠鏡還通過觀測脈沖星間接發現了第一顆系外行星。這一發現有點"幸運"：1990年，在望遠鏡維護期間，地球的自轉用阿雷西博望遠鏡的視野掃過了脈沖星PSR B1257-12。研究人員在脈沖星的信号中發現了輕微的幹擾，并推測這是行星引力的結果。
近年來，作為開普勒太空望遠鏡系外行星搜尋計劃的一部分，已經發現了數千顆系外行星。脈沖星并不大的行星比例。
在坍塌之前，50年代的阿雷西博望遠鏡也促成了神秘的快速無線電風暴（FRB）。這些信号是來自宇宙未知區域的高能無線電波脈沖，阿雷西博望遠鏡于2012年首次探測到速射風暴FRB 121102，并在2015年曆史上首次收到相同的信号。發現了反複的快速無線電風暴，排除了這部分信号是由天體撞擊等獨立事件産生的可能性。另一方面，由于FRB 121102的複發，天文學家能夠發現信号的來源：25億光年外的矮星系。
該研究已登上國際學術期刊《自然》的封面（照片：nature.com）
<一種獨特的雷達天文儀器>h1級"pgc-h-right-arrow"</h1>
除了口徑之外，阿雷西博望遠鏡的另一個獨特優勢是它能夠傳輸反射在太陽系行星或小行星表面并傳回地球的無線電信号，進而帶來有價值的資訊。例如，金星大氣層中有厚厚的雲層，使得很難通過光學望遠鏡觀察金星表面，并且随着阿雷西博望遠鏡的使用，天文學家已經拍攝了金星雷達的高分辨率圖像，為麥哲倫探測器對金星的觀測提供了重要的參考。
1965年，阿雷西博望遠鏡的雷達觀測顯示，水星的自轉周期為59天，而不是先前理論預測的88天。
天文學家曾認為，就像月球的一側總是面向地球一樣，水星也被重力"潮汐鎖定"，在旋轉一周的同時轉動，同一側永遠面向太陽。因為水星的自轉周期是88天，科學家認為也是88天。
但阿雷西博望遠鏡的觀測使科學家能夠思考新的可能性，證明了水星的"軌道共振"現象：水星每繞太陽兩周完成一次旋轉三周。這種現象後來在木星等大型物體的衛星上被發現。
阿雷西博望遠鏡也在水星上發現了水。
水星是離太陽最近的行星。但阿雷西博望遠鏡在1990年代的觀測表明，水冰可能儲存在水星極地隕石坑的永久陰影中。2012年，美國信使号探測器前往水星，近距離證明了結果。
水星北極地區水冰的分布（照片：美國宇航局）
自21世紀以來，處于鼎盛時期的阿雷西博望遠鏡也觀測到了太陽系中的許多小行星。了解這些近地小行星的特征對于保護人類和監測太空威脅至關重要。1989年，阿雷西博望遠鏡獲得了小行星4769 Castalia的無線電圖像，揭示了太陽系中第一顆"雙花瓣小行星"的樣子。近年來，望遠鏡還發現了雙星小行星和三個小行星系統互相繞行。
<h1級"pgc-h-arrow-right">"天空之眼"的未來</h1>
阿雷西博望遠鏡的坍塌在射電天文學中"砸了一個大洞"。繼該設施之後，今天美國最大的射電望遠鏡是西弗吉尼亞州直徑100米的綠岸天文台。但阿雷西博望遠鏡的觀測分鐘數可能需要幾個小時才能被小型望遠鏡收集。
雖然阿雷西博望遠鏡不再服役，但天文台的其他部分，如研究空間氣候和地球磁層的雷射雷達，将繼續工作。美國國家科學基金會宣布将拆除阿雷西博天文台的其餘部分，但在那裡留下了一個研究中心。
阿雷西博望遠鏡的信号接收原理圖（圖檔來源：IEEE Microwave）
幸運的是，阿雷西博望遠鏡的一些功能已被新的天文裝置所取代，例如快速，中國天堂之眼。較大的射電望遠鏡增加了微弱信号的探測靈敏度，并有助于跟蹤普通望遠鏡難以分析的物體。
自今年1月驗收以來，FAST設施一直穩定可靠地運作，取得了一系列重大科學成果，發現了240多顆脈沖星，并發表了40多篇基于FAST資料的進階論文。在FAST的幫助下，中國科研團隊正迅速成為國際快速無線電風暴領域的核心研究力量。天文學家認為，FAST也有望找到周期小于1毫秒的脈沖星。旋轉如此之快的脈沖星可能會自行解體，觀測可以為實體學提供新的視角。
Fast和Arecibo都是大口徑球面射電望遠鏡，有許多相似之處，但不是相同的設計。這種望遠鏡更容易建造，但與具有較大弧度的抛物線射電望遠鏡（如綠岸天文台）相比，它們的信号不能反射到單個點。
阿雷西博望遠鏡的懸浮信号接收站包含兩級和三級反射光譜，可以校正球面差異。FAST使用替代解決方案 - 與阿雷西博望遠鏡的固定反射器表面不同，FAST使用主動反射器技術來校正地面上的球面差異：FAST主鏡上的近4，500個鋁反射器中的一些可以傾斜，以便望遠鏡的一部分形成抛物面并瞄準不同的空間區域。
通過移動進料艙，FAST可以瞄準空中的不同方向（圖檔來源：維基百科）
這種設計也使得Fast的進料罐更加"小"（約30噸，由六個進料塔拉動）。然而，在沒有大型懸挂儀器平台的情況下，FAST和阿雷西博望遠鏡之間的一個顯着差別是它沒有無線電傳輸能力。
1974年，阿雷西博望遠鏡還向烏斯博座的球狀星團M13發送了一串由1，679個雙星組成的信号，稱為阿雷西博資訊。阿雷西博資訊是地球發出的最強信号，部分原因是為了展示更新後的天文台的新型大功率雷達發射器。
阿雷西博資訊的另一個意圖是與外星文明交流。該資訊由康奈爾大學天文學家弗蘭克·德雷克（Frank Drake）和實體學家卡爾·薩根（Carl Sagan）設計，包括人類DNA化學元素的序列号和結構，人類的形狀以及有關太陽系的資訊。M13星團距離地球約25，000光年，包含約300，000顆恒星，其中許多至少有120億年的曆史，放棄了足夠的生育時間。
阿雷西博資訊正确解碼圖（照片：波多黎各大學）
阿雷西博望遠鏡的科學之旅已經結束，但它對遙遠世界的問候将繼續在宇宙中傳播數百萬年。
制片時間：警察中央廚房
監督：北京科技報|科學加客戶
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