这个曾经闻名世界的望远镜坏了，而且坏得很严重
本文来自微信公众号：科学大院（ID：kexuedayuan），作者：乘凉，头图来自：University of Central Florida
在我国的“天眼”FAST建成之前，有这样一个望远镜，它一直是射电天文领域里最大的望远镜，并保留这一名号约五十年之久，它便是位于美国波多黎各岛上的阿雷西博望远镜（Arecibo Observatory）。
似乎新的崛起就预示着旧的衰败，最近这一望远镜受飓风影响，反射镜面上被砸开了一个三十多米长的大口子，让本身就气息奄奄的阿雷西博再次雪上加霜。
令人意外的事故
北京时间8月4号的上午，北大西洋一级飓风“伊萨亚斯”在美国北卡罗来纳州的东南部沿岸登陆。从地图上看，阿雷西博所在的波多黎各也是较早一批遭受侵袭的地方之一。
阿雷西博望远镜的所在位置和此次飓风的侵袭路线 （图片来源：wikipedia.org）
为了避免极端天气的影响，望远镜短暂关闭了观测，希望可以逃过此劫。可惜在随后的几天里，望远镜还是出事了。
在美国东部时间8月10日凌晨两点钟左右，用于支撑望远镜型信号接收器的缆绳突然断裂，并砸到了下面的反射面板上。这根缆绳直径将近8厘米，如此的一砸，砸开了一个长约30米的大口子，导致约有250块反射面板损坏，同时底下支撑面板的绳索也坏了一些，整个望远镜的框架也出现了一些变形。
损坏的阿雷西博射电望远镜（图片来源：University of Central Florida）
这样的事故无疑是灾难性的。整个望远镜无疑会在较长的一段时间内无法观测了。好一点可能几个月，糟糕一年也不是没有可能。这也预示着很多该望远镜观测的科学子项目要么延期，要么只能转而寻找其他观测设备（这里暗示一下FAST）。罪魁祸首无疑是那根悬在望远镜上方一百多米的缆绳，不过目前工程师们还在排查具体的事故原因。
在8月14日的记者招待会上，阿雷西博望远镜的主管就向前来的记者解释道，这一支撑的线缆在设计的时候就有很长的寿命，按理说可以再维持15-20年，所以线缆的断裂确实很让人迷惑。
不过当我们联想到阿雷西博是上世纪六十年代就建成的时候，难免不让我们联想设备老化、年久失修这类的词汇。
曾经不朽的第一
与FAST这样生来就用来从事射电天文不同，阿雷西博的建造还是冷战时军事博弈的产物。它最初的设计目标之一是可以飞行中的苏联导弹头。所以，相对于普通的射电望远镜只能接收电磁信号，它有着一点巨大的不同，那就是它同时还是一台可以发射信号的雷达。它1963年正式建造完毕上线的时候，正式的科学用途是探索地球电离层的结构。其本身搭载的雷达可以电离层发射信号，而后接收发射回来的信号以便后续的研究分析。
这里有个鲜为人知的小故事。当时为了研究电离层，需要计算多大的望远镜才能达到要求，有科学家计算得到的理想尺度是1000 英尺，刚好是现今的阿雷西博口径（305 米），后来也确实这么建了。这一工程在那个时代确实是个奇迹，研究团队们难以置信地克服了很多技术难关。后来气象科学家发现，完成电离层的探测根本不需要如此大的口径，他们用一个小得多的镜子也同样取得了理想的效果。所以虽然前一个科学家的结论错了，既然建都建了，这么大的口径浪费也属实可惜，接着才有了它在天文领域大展身手的故事。
从空中看阿雷西博望远镜（图片来源：space.com）
阿雷西博的原始口径为305米，到1974年的时候在外围“编织”的一圈外网，使它的口径达到了350米。如此大的口径让人们难以设计支架来支撑它，转而利用和FAST相同的喀斯特地形优势，将反射面板沿着修整后的环境进行铺设。大锅由38778块穿孔的铝板制成，每片的大小约为1米 × 2米。
我们需要避免的一个认识误区是，它和普通铺瓷砖地板不同，每片面板并不是直勾勾地“镶嵌”在地面上，而是脱离地面的，下面有钢缆网进行支撑。所以我们回顾那张损坏的照片时，会发现底下除了茂盛的植被，还有很多牵拉的缆绳。
上图是阿雷西博大锅的外围，下图是从望远镜底部向上看的情形 以及反射面板图 根据电磁学方面的特性，面板不需要做成实心的，所以我们从望远镜的底部向天空看的时候，会发现除了支撑的边框几乎无遮无栏（FAST也差不多）（图片来源：University of Central Florida）
在大锅上方的150米处，还有一个重达900吨的接收机平台。这一平台被三个百米左右的塔架延伸过去的18根电缆所维持，平台最关键的则是下部可移动的接收机，用于接收不同天区的电磁波信号。
望远镜上方悬挂着的信号接收设备，它可以在平台上移动（图片来源：University of Central Florida）
由于望远镜搭载雷达，除了星系、脉冲星这样的射电探测外，它还可以通过信号发射，探测近地的小行星，为地球起到良好的预警作用。就在望远镜坏掉的前几天，它还认了一颗与地球擦肩而过的小行星。
最新通过阿雷西博发现的小行星2020 NK1，其直径只有1 km左右（图片来源：University of Central Florida）
在我们的天眼 FAST诞生之前，从1963年到2016年，阿雷西博一直保持着世界最大射电望远镜的名誉。
从辉煌到窘态
在望远镜建成十年之际，由著名天文学家卡尔萨根和德雷克的主持下，向距离地球25万光年的球状星团M13中心发送了一串由1679个二进制数字组成的信号，如果外星人能够正确解码这一串信息，他们将获得一系列的数字和图形，可以帮助外星人对地球产生基本的认识。里面包含了二进制表示的从1到10十个数字，核苷酸的化学式、DNA的双螺旋形状，人类外形，太阳系组成等。这一信息被称之为阿雷西博信息。
阿雷西博信息 这一试图向外星智慧生命联系的信号的行为比旅行者1号还早了三年（图片来源：wikipedia.org）
这个望远镜建成之后除了天文学界的欢欣鼓舞，它还是电影里的名场面。1995年的经典电影《007之黄金眼》就曾在阿雷西博取景。而在1997年的电影《超时空接触》里，搜寻地外信号的女主角天文学家艾莉就在此待过一段时间，这部电影成功的将外星生命的话题推向了一个高潮，阿雷西博也随之进一步名声大噪。
上图为《007之黄金眼》剧照 ，下图为《超时空接触》剧照（图片来源：space.com）
关键在于，除了建设一个望远镜，日常的科研项目开支也要钱。尽管阿雷西博很实用，在当时可以扫描很大的天区，不过搜寻外星人的行动也不能光靠爱发电。执行SETI计划如此，从事其他天文学目标的研究也如此。
从2006年开始，由盛转衰的苗头开始涌现。自那一年起，美国国家科学基金会（NSF）就动起了削减经费的念头，提出要在2007年~2011年将预算从一千万美元砍到四百万美元。如果没有其他经费来源，这样的当头一棒会迫使望远镜关停。
经过这些年的口水纷争，现在的阿雷西博主要靠弗罗里达大学的经费苦苦支撑。虽然它为人类做出了巨大的贡献，但是经过半个世纪的风风雨雨，其各个部件也在逐渐老化。由于沿海的地理环境，它每年还要禁受飓风的袭击。
事故前的阿雷西博看起来宛如垃圾场（图片拍摄：Xavier Garcia/Bloomberg/Getty）
让我们再来看看事故前的画面。图片里的阿雷西博因为无人维修，锅里的反射面板已经开始大面积生锈，远远看去，就像一个大型的垃圾场。杂草丛生，昔日的荣光早已不在，再来对比我们的崭新大锅，不得不令人唏嘘。
再度回顾这场事故
尽管造成此次大裂缝的线缆为什么断裂的原因还未知，但是原因基本上离不开年久失修、设备老化这几个字。具体的损坏评估也还在进行当中。所幸的是这次事故中没有人员受伤。事件发生当地时间在凌晨2：45分，所以观测站里没有人，而如果发生在白天，就可能有人受伤了。
支撑线缆损坏的照片（图片来源：University of Central Florida）
仪器方面，其特有的雷达部分没有损失，只有大锅坏了，后期至少需要更换250块面板。所以天文台处的负责人Cordova说，会尽快修复设备让其重新运转，不过暂时还没有提及需要修多久，修的钱从哪出。时间可能会是几个月，也可能会是几年；修缮的资金目前还是个未知数，个人猜测光靠弗罗里达大学的支撑不太可能完成这一维修工作。
其实这也不是阿雷西博第一次受到创伤了，过去就发生过很多大大小小的事故，只不过这一次的最严重。上一次的创伤发生于2017年9月21日，飓风玛莉亚带来的强风导致悬在大锅上的一根天线掉了下来，砸坏了38778块铝板中的约30块。修补这这些砸坏的铝板容易，而重新铺设天线不容易。由于阿雷西博的大部分观测依靠位于圆顶中的馈源和接收器，平时也很少用到那根天线（所以干脆就不管它了）。总体而言，这次的损伤还算小的。可惜我们从新闻中知悉到，即便是如此微小的创伤到现在还没算完全修复好，可想而知这一次的维修需要多久了。
阿雷西博关停的期间，势必有很多观测项目要转移到其他望远镜上。如果追求单口径高分辨率、高信噪比的图像，FAST将会是最佳的接棒者，预期后续申请使用FAST的科学项目也会更多一些。
结语
望远镜是喜新不厌旧的，虽然我们的FAST在性能上比阿雷西博强大的多，但是我们也不希望阿雷西博从此一蹶不振。多一个设备的观测就能多一份数据，也预示着能在天文学中多出一分成果。阿雷西博的研究同样覆盖着广泛的研究内容，从银河系和星系的演化，到暗物质暗能量和宇宙大尺度结构的研究，都有它的身影，可谓是为功勋卓著。
尽管FAST在技术上相比阿雷西博进步太多，但是作为吃瓜群众的我们，还是理应从阿雷西博的厄运中思考一番：我们应该怎么做，才能保护我方的大锅？
参考资料：
[1]. A Broken Cable Has Smashed a Huge Hole in The Arecibo Observatory https://www.sciencealert.com/a-broken-cable-smashed-a-huge-hole-in-the-arecibo-observatory
[2]. Broken Cable Damages Arecibo Observatory https://www.ucf.edu/news/broken-cable-damages-arecibo-observatory/
[3]. The investigation into why a cable mysteriously broke on the Arecibo Observatory has begun https://www.space.com/arecibo-observatory-cable-failure-investigation.html
[4].The Arecibo Observatory: Puerto Rico's Giant Radio Telescope in Photos https://www.space.com/38217-arecibo-observatory-puerto-rico-telescope-photos.html
[5]. Arecibo Observatory Returns from Tropical Storm Isaias Lockdown to Track Asteroid for NASA https://solarsystem.nasa.gov/news/1421/arecibo-observatory-returns-from-tropical-storm-isaias-lockdown-to-track-asteroid-for-nasa/
[6].Arecibo Observatory, Puerto Rico – The World’s Largest Radio Telescope For Over 50 Years https://uncover.travel/arecibo-observatory-puerto-rico-the-worlds-largest-radio-telescope-for-over-50-years/
[7]. 喜新不厌旧 我们需要阿雷西博与FAST望远镜 http://suo.im/5ZNSyr
本文来自微信公众号：科学大院（ID：kexuedayuan），作者：乘凉
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