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曾經(jīng)世界第一的“天眼”射電望遠(yuǎn)鏡,為何會(huì)變得像個(gè)垃圾場(chǎng)?

 星辰大海種花家 2020-06-20

說(shuō)起著名的外星人搜索SETI計(jì)劃,有兩個(gè)繞不過(guò)去的坎,一個(gè)是法蘭克·德雷克,另一個(gè)則是阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡!地外文明愛(ài)好者也必定知道一個(gè)事情,就是德雷克主持下,阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡以最大功率的猝發(fā)模式,向M13球狀星團(tuán)發(fā)射了一個(gè)人類(lèi)文明信號(hào),40多年過(guò)去了,信號(hào)還在宇宙中以每秒30萬(wàn)千米的速度狂奔,但信號(hào)的締造者阿雷西博望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)“垂垂老矣”!

德雷克與阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡

奧茲瑪計(jì)劃開(kāi)啟了人類(lèi)從射電波段搜索外星人的事業(yè),德雷克在1960年代用西弗吉尼亞州綠岸的美國(guó)國(guó)家無(wú)線(xiàn)電天文臺(tái)的射電望遠(yuǎn)鏡,用綠野仙蹤里的奧茲國(guó)命名了這個(gè)計(jì)劃!此后德雷克在1961年召開(kāi)了地外文明計(jì)劃的會(huì)議,他向與會(huì)者提出了著名的德雷克方程,以數(shù)學(xué)的方式評(píng)估了宇宙中未來(lái)可能與地球接觸的文明數(shù)量!

德雷克是在1960年代開(kāi)始主持?jǐn)U建阿雷西博天文臺(tái)的,1974年完成后,德雷克利用阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡向2.5萬(wàn)光外的M13球狀星團(tuán)發(fā)射了一個(gè)著名的阿雷西博信號(hào),為什么要選用阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡?因?yàn)樗钱?dāng)時(shí)以及未來(lái)半個(gè)多世紀(jì)以?xún)?nèi)口徑最大的射電望遠(yuǎn)鏡!

阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡位于波多黎各阿雷西沃,利用一個(gè)天然的凹形地形建立的球面射電望遠(yuǎn)鏡,有效口徑305米,從1963年建成開(kāi)始到2016年7月,一直都是NO.1,與其它射電望遠(yuǎn)鏡只能接收信號(hào)不一樣,阿雷西博還能發(fā)射信號(hào),它有4個(gè)雷達(dá)發(fā)射機(jī):

  • 2380MHz具有20TW(連續(xù))有效各項(xiàng)異性輻射功率

  • 430MHz是2.5TW(脈沖峰值)

  • 47MHz是300MW

  • 8MHz是6MW

所以德雷克看中了它巨大的口徑和超大的發(fā)射功率,因此他在慶祝阿雷西博望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)建成功時(shí),向M13球狀星團(tuán)發(fā)射了這個(gè)信號(hào),選擇球狀星團(tuán)是因?yàn)樗暮阈敲芏缺容^高,更有可能存在地外文明!

阿雷西博信號(hào)

阿雷西博信號(hào)是一個(gè)由1,679個(gè)二進(jìn)制數(shù)字組成的信號(hào),信息的排布很簡(jiǎn)單,根據(jù)這個(gè)點(diǎn)陣式特征,接收到的外星人有多種排列方式,但只有一種是完全正確的!

阿雷西博信息

上圖是準(zhǔn)確解讀后的阿雷西博信息,看起來(lái)猶如俄羅斯方塊,但它的編碼方式極其巧妙,以最少的二進(jìn)制量融入了最多的信息,其中包含了:數(shù)字、DNA元素、核苷酸、雙螺旋、人類(lèi)數(shù)據(jù)、太陽(yáng)系、發(fā)射信號(hào)的望遠(yuǎn)鏡和口徑以及發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)等!但這是正確解讀的方式,但阿雷西博信息除了正確的解讀外還有其它多種解讀方式:

上面8個(gè)為外星人可解讀的格式,下面8個(gè)則無(wú)法解讀

阿雷西博信息不含顏色,加上色彩是為了更容易區(qū)分,第一種是完全正確的方式,因?yàn)?679這個(gè)數(shù)字只能由兩個(gè)質(zhì)數(shù)相乘,因此只能把信息拆成73條橫列及23條直行,相信能接收到這個(gè)信息的外星文明必定可以嘗試這么多種解讀方式,當(dāng)然也相信他們能找到正確編碼!

這是關(guān)于太陽(yáng)系的描述

黃色部分代表太陽(yáng)系各個(gè)星球,最左邊最大的圖案表示太陽(yáng),然后是九大行星(當(dāng)時(shí)冥王星也是行星),其中第三位的地球被升高了一格,代表該信息是從地球發(fā)出,同時(shí)靠近人類(lèi)形態(tài)圖案表示人類(lèi)生存于地球上。

外星文明要用這個(gè)信息找到地球還是有點(diǎn)困難的,因?yàn)榕c后來(lái)的先驅(qū)者和旅行者攜帶的用脈沖星定位方式(銀河系內(nèi)按圖索驥即可)不一樣,這里僅僅只有樓道與門(mén)牌信息,而大樓特征卻僅僅只有太陽(yáng)和九大行星,比如說(shuō)在北京那么大的城市里只告訴你大樓多高多寬,如果不是特別明顯的特征,你要找到這個(gè)地址,幾乎就是不可能,而太陽(yáng)正好就是一顆普通的紅矮星而已!

旅行者攜帶的都金唱片背面放射狀脈沖星地圖

即使如此,這次METI(外星人搜索為SETI行為,向外星人發(fā)射信號(hào)為METI行為)行為仍然被科學(xué)界詬病,后來(lái)引發(fā)了一場(chǎng)超級(jí)討論,制定了圣馬力諾標(biāo)度和國(guó)際公約來(lái)約束這樣的行為,但比較好玩的是1999年和2003年以及2017年,又分別有幾次大規(guī)模的METI行為,目標(biāo)最近的一個(gè)信號(hào)將于2030年接收到人類(lèi)的信號(hào),2043年人類(lèi)將接收到外星人的回音!

阿雷西博望遠(yuǎn)鏡和它的渺茫的未來(lái)

應(yīng)該說(shuō)阿雷西博在射電天文界的地位是比較高的,自1963年正式開(kāi)啟觀測(cè)以來(lái),數(shù)千位科學(xué)家利用它觀測(cè)了宇宙,其中最激動(dòng)人心的成果是1974年泰勒和赫爾斯發(fā)現(xiàn)第一個(gè)射電脈沖雙星系統(tǒng)PSR191316,根據(jù)廣義相對(duì)論,這兩顆脈沖星的公轉(zhuǎn)周期會(huì)因?yàn)橄嗷サ囊Χ兓虼税⒗孜鞑┰谏锨Т蔚挠^測(cè)后證明了愛(ài)因斯坦預(yù)言是對(duì)的,泰勒和赫爾斯一起榮獲1993年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1991年,天文學(xué)家沃斯贊和弗雷爾用這個(gè)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星PSR125712的行星系統(tǒng),又一次轟動(dòng)科學(xué)界。這是天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)系外的行星系統(tǒng)!

除了阿雷西博在天文界的知名度以外,它在影視界同樣是一顆耀眼的新星,科幻片不可超越的圣杯卡爾·薩根的小說(shuō)改編的《超時(shí)空接觸》主要取景地就是阿雷西博望遠(yuǎn)鏡,當(dāng)看到朱迪·福斯特主演的女主埃莉諾坐在電腦前監(jiān)聽(tīng)信號(hào)那專(zhuān)注的表情和深邃的目光,全世界科幻迷們?cè)缫驯凰辗?/p>

還有一部007的《黃金眼》最后高潮戲份全都在阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的大鍋面上,當(dāng)最后阿雷西博望遠(yuǎn)鏡懸掛在球面正中的接收室從高空砸下來(lái)時(shí),可能就預(yù)示了它未來(lái)的結(jié)果!

《007:黃金眼》種設(shè)定阿雷西博在水底

阿雷西博望遠(yuǎn)鏡:前途渺茫!

阿雷西博自建成后到2011年為止一直由美國(guó)康奈爾大學(xué)負(fù)責(zé)管理和運(yùn)行,此后由中佛羅里達(dá)大學(xué)、楊企業(yè)和波多黎各城市大學(xué)根據(jù)與美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的合作協(xié)議管理和營(yíng)運(yùn),阿雷西博天文臺(tái)每年運(yùn)行費(fèi)用大約為1200萬(wàn)美元,主要由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF , National Science Foundation)負(fù)責(zé)支出!但在2016年5月23日,NSF發(fā)表了聲明稿,稱(chēng)這座天文臺(tái)可能對(duì)環(huán)境造成了巨大的影響,似乎正為拆除做好輿論準(zhǔn)備!

2016年時(shí)候FAST的宣傳資料

此時(shí)正值中國(guó)建造的全球單一口徑最大的FAST即將建成之時(shí),前世界第一大射電望遠(yuǎn)鏡卻討論要如何拆除,這實(shí)在令人唏噓不已,因?yàn)閺?001年被列入IEEE里程碑列表中(美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)認(rèn)定在電機(jī)工程領(lǐng)域上重要的發(fā)明與貢獻(xiàn)),在2008年阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡則被列入美國(guó)的國(guó)家史跡名錄,阿雷西博已經(jīng)成為了美國(guó)探索敬神的一個(gè)象征!

但隨著國(guó)新墨西哥州的圣阿古斯丁平原上的甚大陣列和阿塔卡馬毫米波以及多個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡陣列的投入使用,阿雷西博正日益成為一塊雞肋,每年高昂的維護(hù)費(fèi)用以及日益老舊的基礎(chǔ)設(shè)施,正在吞噬阿雷西博捉襟見(jiàn)肘的經(jīng)費(fèi)!

屋漏偏逢連夜雨,2017年9月21日,颶風(fēng)瑪莉亞帶來(lái)的強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致430MHz線(xiàn)路饋送斷裂并掉到主鏡盤(pán)上,損壞了38,000塊鋁板中的約30塊,不過(guò)此次對(duì)阿雷西博是實(shí)際影響還是比較有限,因?yàn)樯潆娡h(yuǎn)鏡主要依靠圓頂中的饋送和接收器傳送,而不使用430MHz的饋線(xiàn)傳送!

阿雷西博的命運(yùn)峰回路轉(zhuǎn)

以環(huán)境威脅為理由拆除阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡,節(jié)省下每年高昂的維護(hù)費(fèi)用,美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)打的算盤(pán)就是如此,盡管當(dāng)時(shí)還沒(méi)有正式?jīng)Q定,但著實(shí)把還在運(yùn)行的天文天工作人員給嚇著了!阿雷西博的未來(lái)一片黑暗?

2016年12月29日,阿雷西博和美國(guó)綠岸射電望遠(yuǎn)鏡在宇宙中同一位置檢測(cè)到6次快速射電暴(FRBs),而該位置此前就已報(bào)告過(guò)11次射電能量爆發(fā)!這是一個(gè)契機(jī),這表明了阿雷西博仍然有存在的價(jià)值!在2017年因颶風(fēng)受損后,阿雷西博收到了一筆200萬(wàn)美元的捐款,用于緊急維修!2018年4月份,NSF簽署了一項(xiàng)新協(xié)議,保證了阿雷西博天文臺(tái)繼續(xù)開(kāi)放,至少暫時(shí)來(lái)說(shuō)不用關(guān)門(mén)大吉了!

阿雷西博天文臺(tái)未來(lái)展開(kāi)的工作計(jì)劃

阿雷西博天文臺(tái)正在招聘的職位

看起來(lái)阿雷西博似乎暫時(shí)已經(jīng)度過(guò)了關(guān)閉危機(jī),而它305米的大口徑也僅次于中國(guó)貴州的500米FAST,直接拆除實(shí)在太可惜了,我們支持它繼續(xù)為天文界做出貢獻(xiàn)!

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