近日，美国阿雷西博射电望远镜坍塌，世界上只有中国FAST一颗"天空之眼"。阿雷西博在57年的服役生涯中做出了哪些科学贡献？它和FAST有什么区别？
12月1日，位于美国海外领土波多黎各的阿雷西博望远镜因结构失控而坍塌。人们哀叹，世界失去了一只"眼睛"。
望远镜仪器平台坍塌的时刻（照片：businessinsider.com）
阿雷西博望远镜建于1963年，直径为305米，高出其主镜盘近150米，悬挂着高达900吨的科学设备平台。在2016年9月中国天眼500米球面射电望远镜（FAST）完工之前的53年里，它是世界上最大的单口径射电望远镜（与传统光学望远镜的不同之处在于它接收射电信号）。
在半个多世纪的服役期间，阿雷西博望远镜多次受到飓风，热带气旋和地震的袭击，并且一直没有受到伤害。2017年9月，飓风玛丽亚经过波多黎各后，望远镜29米长的430 MHz天线断裂并落在主镜盘上，损坏了38，000个铝板中的约30个，但对望远镜主体没有造成太大损坏。
今年8月和11月，阿雷西博望远镜的辅助和主电缆断裂。11月19日，国家科学基金会，望远镜的主任，宣布阿雷西博望远镜将退役并以受控方式移除。但就在世界各地的科学家在网上联手要求美国官员取消这一决定时，阿雷西博望远镜的设备平台突然坍塌，三座支撑塔的顶部都破裂了。
阿雷西博望远镜倒塌前后的比较（图片来自互联网）
在帷幕拉开之前，阿雷西博望远镜已经为人类揭开了各种天体的秘密，从经过地球的小天体到遥远星系的无线电波，却无法逃脱犀利的"眼睛"。
<半个世纪>h1级"pgc-h-arrow-right"的研究成果</h1>
这些脉冲星周期性地发射脉冲信号，于1967年被发现，天文学家认为它们属于白矮星。但在1968年，阿雷西博望远镜发现了来自蟹状星云中心的脉冲星的33毫秒间隔脉冲 - 这是白矮星无法发出的惊人速率。阿雷西博的发现支持了脉冲星是快速旋转的中子星的理论。
1982年，阿雷西博望远镜发现了另一颗脉冲星PSR 1937-21，脉冲间隔仅为1.6毫秒，是有史以来观测到的最快脉冲频率，也是第一颗被发现的"毫秒脉冲星"。以前的仪器能够检测到这些脉冲，但很难区分它们。但这一发现让天文学家怀疑脉冲星的自转是否会随着年龄的增长和消耗能量而减慢。然后他们意识到，较老的中子星可以通过吸收附近恒星的物质来加速它们的自转。
阿雷西博望远镜捕捉到的脉冲星CP1919无线电信号于1979年出现在著名摇滚乐队的专辑封面上，后来成为文化符号（图片来自网络）
脉冲星通过消耗旋转能量来补偿辐射能量，从而逐渐减慢转移速度。这种变化非常缓慢，因此脉冲星作为"自然钟"的精度极高。但是，当引力波干扰空间时，脉冲星发出的电磁波的路径会周期性地压缩并变长，导致望远镜接收到的脉冲信号周期性地提前到达并延迟。因此，长期监测脉冲到达时间也有望捕获引力波信号。
虽然第一个引力波事件直到2015年才被引力波天文台（LIGO）正式发现，但天文学家早就发现了阿雷西博天文台存在引力波的间接证据。
1974年，阿雷西博望远镜首次发现了PSR 1913-16，这是一颗围绕另一颗恒星运行的脉冲星。在跟踪了它们的脉冲信号数年后，研究人员发现脉冲星越来越接近它们的伴星。这个"脉冲星双星"系统中能量的减少，恰恰符合广义相对论对引力波引起的能量损失的预测。这种对引力波的间接观察获得了1993年诺贝尔物理学奖。
（照片：quantamagazine.org）
阿雷西博望远镜还通过观测脉冲星间接发现了第一颗系外行星。这一发现有点"幸运"：1990年，在望远镜维护期间，地球的自转用阿雷西博望远镜的视野扫过了脉冲星PSR B1257-12。研究人员在脉冲星的信号中发现了轻微的干扰，并推测这是行星引力的结果。
近年来，作为开普勒太空望远镜系外行星搜索计划的一部分，已经发现了数千颗系外行星。脉冲星并不大的行星比例。
在坍塌之前，50年代的阿雷西博望远镜也促成了神秘的快速无线电风暴（FRB）。这些信号是来自宇宙未知区域的高能无线电波脉冲，阿雷西博望远镜于2012年首次探测到速射风暴FRB 121102，并在2015年历史上首次收到相同的信号。发现了反复的快速无线电风暴，排除了这部分信号是由天体撞击等独立事件产生的可能性。另一方面，由于FRB 121102的复发，天文学家能够发现信号的来源：25亿光年外的矮星系。
该研究已登上国际学术期刊《自然》的封面（照片：nature.com）
<一种独特的雷达天文仪器>h1级"pgc-h-right-arrow"</h1>
除了口径之外，阿雷西博望远镜的另一个独特优势是它能够传输反射在太阳系行星或小行星表面并返回地球的无线电信号，从而带来有价值的信息。例如，金星大气层中有厚厚的云层，使得很难通过光学望远镜观察金星表面，并且随着阿雷西博望远镜的使用，天文学家已经拍摄了金星雷达的高分辨率图像，为麦哲伦探测器对金星的观测提供了重要的参考。
1965年，阿雷西博望远镜的雷达观测显示，水星的自转周期为59天，而不是先前理论预测的88天。
天文学家曾认为，就像月球的一侧总是面向地球一样，水星也被重力"潮汐锁定"，在旋转一周的同时转动，同一侧永远面向太阳。因为水星的自转周期是88天，科学家认为也是88天。
但阿雷西博望远镜的观测使科学家能够思考新的可能性，证实了水星的"轨道共振"现象：水星每绕太阳两周完成一次旋转三周。这种现象后来在木星等大型物体的卫星上被发现。
阿雷西博望远镜也在水星上发现了水。
水星是离太阳最近的行星。但阿雷西博望远镜在1990年代的观测表明，水冰可能保存在水星极地陨石坑的永久阴影中。2012年，美国信使号探测器前往水星，近距离证实了结果。
水星北极地区水冰的分布（照片：美国宇航局）
自21世纪以来，处于鼎盛时期的阿雷西博望远镜也观测到了太阳系中的许多小行星。了解这些近地小行星的特征对于保护人类和监测太空威胁至关重要。1989年，阿雷西博望远镜获得了小行星4769 Castalia的无线电图像，揭示了太阳系中第一颗"双花瓣小行星"的样子。近年来，望远镜还发现了双星小行星和三个小行星系统相互绕行。
<h1级"pgc-h-arrow-right">"天空之眼"的未来</h1>
阿雷西博望远镜的坍塌在射电天文学中"砸了一个大洞"。继该设施之后，今天美国最大的射电望远镜是西弗吉尼亚州直径100米的绿岸天文台。但阿雷西博望远镜的观测分钟数可能需要几个小时才能被小型望远镜收集。
虽然阿雷西博望远镜不再服役，但天文台的其他部分，如研究空间气候和地球磁层的激光雷达，将继续工作。美国国家科学基金会宣布将拆除阿雷西博天文台的其余部分，但在那里留下了一个研究中心。
阿雷西博望远镜的信号接收原理图（图片来源：IEEE Microwave）
幸运的是，阿雷西博望远镜的一些功能已被新的天文设备所取代，例如快速，中国天堂之眼。较大的射电望远镜增加了微弱信号的探测灵敏度，并有助于跟踪普通望远镜难以分析的物体。
自今年1月验收以来，FAST设施一直稳定可靠地运行，取得了一系列重大科学成果，发现了240多颗脉冲星，并发表了40多篇基于FAST数据的高级论文。在FAST的帮助下，中国科研团队正迅速成为国际快速无线电风暴领域的核心研究力量。天文学家认为，FAST也有望找到周期小于1毫秒的脉冲星。旋转如此之快的脉冲星可能会自行解体，观测可以为物理学提供新的视角。
Fast和Arecibo都是大口径球面射电望远镜，有许多相似之处，但不是相同的设计。这种望远镜更容易建造，但与具有较大弧度的抛物线射电望远镜（如绿岸天文台）相比，它们的信号不能反射到单个点。
阿雷西博望远镜的悬浮信号接收站包含两级和三级反射光谱，可以校正球面差异。FAST使用替代解决方案 - 与阿雷西博望远镜的固定反射器表面不同，FAST使用主动反射器技术来校正地面上的球面差异：FAST主镜上的近4，500个铝反射器中的一些可以倾斜，以便望远镜的一部分形成抛物面并瞄准不同的空间区域。
通过移动进料舱，FAST可以瞄准空中的不同方向（图片来源：维基百科）
这种设计也使得Fast的进料罐更加"小"（约30吨，由六个进料塔拉动）。然而，在没有大型悬挂仪器平台的情况下，FAST和阿雷西博望远镜之间的一个显着区别是它没有无线电传输能力。
1974年，阿雷西博望远镜还向乌斯博座的球状星团M13发送了一串由1，679个双星组成的信号，称为阿雷西博信息。阿雷西博信息是地球发出的最强信号，部分原因是为了展示升级后的天文台的新型大功率雷达发射器。
阿雷西博信息的另一个意图是与外星文明交流。该信息由康奈尔大学天文学家弗兰克·德雷克（Frank Drake）和物理学家卡尔·萨根（Carl Sagan）设计，包括人类DNA化学元素的序列号和结构，人类的形状以及有关太阳系的信息。M13星团距离地球约25，000光年，包含约300，000颗恒星，其中许多至少有120亿年的历史，放弃了足够的生育时间。
阿雷西博信息正确解码图（照片：波多黎各大学）
阿雷西博望远镜的科学之旅已经结束，但它对遥远世界的问候将继续在宇宙中传播数百万年。
制片时间：警察中央厨房
监督：北京科技报|科学加客户
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