阿雷西博望遠鏡正式“退役”，人類為探測太空有多努力？

原標題：阿雷西博望遠鏡正式“退役”，人類為探測太空有多努力？

今年可以說是中國的天文大年，先是火星探測器天問一號成功發(fā)射奔赴火星，再是現(xiàn)在嫦娥五號登月器已經(jīng)成功完成月球采樣后順利升空，并且第一次將五星紅旗在月面上成功展開。

同一時間，位于加勒比地區(qū)波多黎各的美國阿雷西博射電望遠鏡則陸續(xù)坍塌，直到12月1日，望遠鏡懸掛的接收設備平臺當天墜落并砸毀了望遠鏡反射盤表面。這使得阿雷西博射電望遠鏡徹底失去了維修的價值，只能宣布徹底“退役”。

毋庸置疑，中國的太空探索的步伐正在加速，但我們與美國的太空探索的實力還有相當長的差距。要知道阿雷西博射電望遠鏡早在1963年建成，運行將近60年，直到2016年中國的500米口徑球面射電望遠鏡FAST“天眼”建成，它一直都是全世界最大的單孔徑望遠鏡。

最重要的，阿雷西博射電望遠鏡在人類的外太空的天文探測上面也有眾多貢獻。借著阿雷西博的“隕落”，我們就來盤點下人類在天文探索上的種種努力和成就吧。

阿雷西博：宇宙探測站和地球信號塔

阿雷西博望遠鏡地處大西洋加勒比海的波多黎各群島之中，距離美國本土2000公里。阿雷西博不同于之前其他任何望遠鏡之處在于它是按照當?shù)刈匀坏孛哺脑於傻摹９こ處熇卯數(shù)刈匀恍纬傻囊粋€碗狀的石灰?guī)r地形，建造出的一個直徑為305米的射電望遠鏡，遠遠超出當時最大口徑不超過100米的人造望遠鏡天文臺。

可以說，我國貴州黔南州平塘縣的“天眼”射電望遠鏡也借鑒了類似的工程方法，這樣可以減少工程施工量，也能進行很好的排水。阿雷西博望遠鏡的出現(xiàn)，成為與自然景觀結(jié)合而成的天文學工程典范，同時也是人類天文學觀測技術上的一個高峰。

阿雷西博射電望遠鏡，不同于普通望遠鏡只接收可見光，它可以接受可見光之外的輻射波，比如宇宙星空發(fā)射到地球的射電波，天文學家可以借此觀測那些肉眼看不見的低溫目標或者彌漫在宇宙中的星際氣體。人類通過這種特殊金屬結(jié)構(gòu)的望遠鏡來接收信號后，經(jīng)過處理，就可以呈現(xiàn)出宇宙的實際影像。

2016年之前，作為全球最大射電望遠鏡，阿雷西博可謂功勛卓著。1964年，投入使用不久的阿雷西博在對水星進行觀測后，將水星的自轉(zhuǎn)時間確定為59天，而非此前認為的88天。

不久之后，阿雷西博又在蟹狀星云的中心發(fā)現(xiàn)了一顆隱藏的脈沖星，也就是旋轉(zhuǎn)的中子星。中子星是大質(zhì)量恒星死亡之后的遺跡，它的存在顛覆了當時科學家對于物質(zhì)狀態(tài)的傳統(tǒng)理解。這是人類第一次發(fā)現(xiàn)中子星存在的確鑿證據(jù)，為天文學對恒星的生命演化過程的認識補齊了最后一塊拼圖。在此基礎上，有天文學家通過阿雷西博再次發(fā)現(xiàn)兩顆相互繞轉(zhuǎn)的中子星，他們還通過這一發(fā)現(xiàn)獲得了諾貝爾獎。

此后，阿雷西博望遠鏡經(jīng)過升級改造，從原本的金屬網(wǎng)骨架添加了38000塊可以獨立調(diào)整的鋁板，大幅提高了觀測精度，將無線電信號的波段從500兆赫提升到了5000兆赫。

此后，阿雷西博望遠鏡的探索能力更為驚人。在1990年，阿雷西博在太陽系外發(fā)現(xiàn)一顆新的脈沖星，并且確認脈沖星附近有三顆環(huán)繞它的行星，這是人類第一次發(fā)現(xiàn)太陽系外的行星，這意味著像地球這樣的行星在宇宙中是普遍存在的，那么人類可能并不孤獨。這一發(fā)現(xiàn)也讓研究者獲得了諾貝爾獎。

從太陽系小天體到遙遠的太空深處的脈沖星，阿雷西博獲得了眾多的“人類第一次發(fā)現(xiàn)”。而阿雷西博望遠鏡的另外一大貢獻就是對于外星文明探索作出的努力。

（阿雷西博信息）

為了跟外星文明取得聯(lián)系，1974年，阿雷西博望遠鏡向球狀星團M13發(fā)射了一系列二進制代碼信息，期望可以被潛在的外星文明接收到。這一組二維碼信息包含了數(shù)字、人類DNA結(jié)構(gòu)、人體形態(tài)、太陽系結(jié)構(gòu)和阿雷西博望遠鏡本身信息，可謂是全方面暴露了地球和人類的最重要信息，如果真的有外星文明接收到這一信息，按照大劉提出的“黑暗森林法則”，那么很可能某一天我們地球就被外星文明接手了。

同樣，阿雷西博望遠鏡也在長時間檢測這樣的信號，試圖搜尋地外生命存在的跡象。因為我們相信如果宇宙中存在高等級智慧生命，它們也會發(fā)射出可破解的無線電信號。但我們至今也沒有接收到這樣的信號，可能這是人類太過年輕和天真？

作為全球最大的射電望遠鏡，阿雷西博非常具有科幻電影的鏡頭感，還曾參與《007黃金眼》、《接觸》、《X檔案》等熱門影視劇的拍攝，可謂是發(fā)展了一份副業(yè)。但阿雷西博更重要的一個作用是作為天文愛好者的科普中心，增進公眾對天文科學的興趣。

不過，從2010年之后，進入天命之年的阿雷西博開始出現(xiàn)各種狀況，而因為日常檢修和維護的費用常常無法及時到位，致使阿雷西博望遠鏡無法得到妥善修繕。而最近這幾年又因為颶風等熱帶風暴的劇烈破壞，使得阿雷西博的支撐鋼纜在今年最終不堪重負，與整個觀測平臺一起坍塌。

未來，阿雷西博想要重獲新生的方法只有重建一項，但高昂的建設成本可能是美國國家科學基金會接下來要考慮的主要問題。

仰望星空，我們對宇宙的探測從未停止

人類對宇宙星空的好奇，應該是從數(shù)十萬年之前就已經(jīng)開始了。面對浩瀚星空，遠古人類很難不幻想太陽、月亮和星辰與自己生活的世界存在著千絲萬縷的關系，決定著自己和族群的禍福興衰。

在人類眾多文明的文獻記載中，早已有了對于星空的記錄，如那個消失的瑪雅文明記錄下的星盤，古希臘的星表記錄下上千顆恒星，而我國古代記錄星空的文獻《星經(jīng)》也記錄了數(shù)百顆恒星的相互位置。

在發(fā)明天文望遠鏡之前，可以說對星空的觀測全憑人類肉眼，所幸當時地球上也沒有太多的光污染，人類在夜晚也沒有過多的娛樂活動，觀測天象成為很多人的愛好，但很少人能把其作為一生的事業(yè)。

生于十六世紀丹麥的第谷·布拉赫是最后一位也是成就最大的一位用肉眼觀測星空的天文學家，他編制的恒星表非常的準確詳盡，對于推翻地心說起到了重要的作用。

伽利略成為近代天文學的最重要開創(chuàng)者，他發(fā)明了天文望遠鏡來觀測天體，從而發(fā)現(xiàn)了凹凸不平的地球表面，又發(fā)現(xiàn)了木星的四顆衛(wèi)星、土星的光環(huán)、太陽黑子以及銀河的組成等。

在第谷的觀測數(shù)據(jù)的基礎上，開普勒發(fā)現(xiàn)了行星運動的三大定律，使得人類開始真正為宇宙立法。隨后在牛頓的天才發(fā)現(xiàn)下，用萬有引力定律解釋了天體運動的的數(shù)學原因。

但隨著更多天文觀測數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，更多的宇宙現(xiàn)象亟待解釋，比如，星近日點進動、光線在引力場中的彎曲、光譜的引力紅移、引力透鏡等，并不能完全用牛頓力學解釋，直到愛因斯坦的廣義相對論的提出，再一次為牛頓的天體物理學做出了修正。但是廣義相對論提出的更多理論則又需要進一步的觀測去證實，這就離不開人類此后興建的一座座天文望遠鏡的功勞了。

二戰(zhàn)之后，大型天文望遠鏡開始建設。1946年﹐英國曼徹斯特大學開始建造直徑66.5米的固定拋物面射電望遠鏡。1957年10月，英國的Lovell射電望遠鏡也投入使用，直徑達到76米。最初用于跟蹤運載火箭，后來在美國和俄羅斯早期的航天探測中發(fā)揮作用。

到了60年代﹐美國建成了國立射電天文臺的42.7米射電望遠鏡，加拿大建成46米射電望遠鏡﹑澳大利亞建成了64米的Parkes射電望遠鏡，這三座都是全可轉(zhuǎn)拋物面射電望遠鏡。

1963年建成的阿雷西博射電望遠鏡是這一波望遠鏡建設的最高峰。

在上世紀60年代，通過觀測發(fā)現(xiàn)了強引力天體、宇宙微波背景輻射、黑洞等天文學現(xiàn)象，廣義相對論的一系列猜想才被陸續(xù)證實。

1962年，英國劍橋大學卡文迪許實驗室的賴爾利用干涉的原理，發(fā)明了綜合孔徑射電望遠鏡，大大提高了射電望遠鏡的分辨率，其特點是用相隔兩地的兩架射電望遠鏡來接收同一天體的無線電波進行協(xié)同干涉。

80年代以后，發(fā)展望遠鏡天線陣成為一種新趨勢，歐洲的VLBI網(wǎng)（EVN），美國的VLBA陣（一個跨距8000公里，由10臺分布全美國的口徑25米射電望遠鏡組成的望遠鏡陣列），日本的VSOP相繼投入使用。這是新一代射電望遠鏡的代表，它們在靈敏度、分辨率和觀測波段上都大大超過了以往的望遠鏡。

目前射電天文學領域已經(jīng)廣泛應用長基線的干涉技術，將遍布全球的射電望遠鏡綜合起來，獲得了等效口徑相當于地球直徑量級的射電望遠鏡。

2008年，科學家們終于建立了一個橫跨四大洲的射電望遠鏡陣，位于波多黎各的阿雷西博天文臺也參加了這一項目。

目前正在建成的地球上最大射電望遠鏡陣是多國一起建設的平方千米陣列巨型射電望遠鏡陣（SKA），將被用于探索引力波和暗能量，或在極端條件下測試愛因斯坦的相對論。

在2016年，美國科學家通過激光干涉引力波天文臺的兩處LIGO探測器首次發(fā)現(xiàn)兩個黑洞合并后發(fā)出的引力波信號，至此才為廣義相對論補足了最后一塊“待驗證”的拼圖。

現(xiàn)在，天文探測的重心轉(zhuǎn)向中國。2016年，我國貴州喀斯特洼地建成的口徑500米的球面射電望遠鏡FAST“天眼”，能夠接收110億光年外的微弱信號。FAST的建成至少領先全球天文界20到30年。

“我們從哪里來、到哪里去”，太空探測的最純粹動機

實際上，地球上的射電望遠鏡只是人類探索宇宙的方式之一。除此之外，我們還有發(fā)射到外太空的空間望遠鏡和空間探測器。

世界上最著名的太空望遠鏡是1990年發(fā)射升空的哈勃空間光學望遠鏡，由于在地球大氣層之上，不受大氣影響，成為彌補地面望遠鏡觀測局限的最重要的天文觀測儀器。

為了讓哈勃望遠鏡上天，美國的國家科學院從1962年就將空間望遠鏡列入了太空計劃，此后經(jīng)過長期的技術準備和在資金上面的博弈，才在1978年正式立項設計，又經(jīng)過了多年的光學鏡片的技術突破和預算的持續(xù)膨脹，終于在1990年成功發(fā)射并投入使用，此后又經(jīng)過了高成本的數(shù)次維修。

從哈勃望遠鏡的原始預算4億美元，到最終花費的25億美元，到后面的高額維修開銷，我們不禁要感慨，人類要為何要花費如此高昂的代價去探索太空。

哈勃空間望遠鏡的主要任務是探測宇宙深空，解開宇宙起源之謎，了解太陽系、銀河系和其他星系的演變過程?，F(xiàn)在哈勃證明了黑洞的普遍存在，探索了宇宙早期的“原始星系”，搞清楚了早期恒星的形成過程、對獵戶幸運的年輕恒星的許多塵埃碟進行了探測，發(fā)行了木星衛(wèi)星上存在氧氣等等。

2019年5月，科學家利用哈勃望遠鏡做成了最新的宇宙照片——“哈勃遺產(chǎn)場”，這是迄今最完整最全面的宇宙圖譜，由哈勃在16年間拍攝的7500張星空照片拼接而成，包含約265000個星系，其中有些已至少133億歲“高齡”，我們?nèi)祟悓⑸钊肓私飧绲挠钪鏆v史。

至此，我們看到人類花費巨資進行太空探測，除了有一些出于大國科技博弈的國力競爭以及所謂科技帶來的實用技術發(fā)明的考慮，最根本也最純粹的動機就是對宇宙起源和宇宙深處秘密的探索。

“宇宙從哪里來”和“我們從哪里來”成為作為宇宙中目前已知（自知）的高級文明存在的人類必須要追尋的問題。

我們只有不斷向宇宙更早之時和更深之處進行探索，探尋可能合適人類生存的行星或者有高級文明可能存在的星系，可能是我們這個孤獨的宇宙觀測者無法擺脫的宿命。

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