阿雷西博望遠(yuǎn)鏡正式“退役”，人類為探測(cè)太空有多努力？

原標(biāo)題：阿雷西博望遠(yuǎn)鏡正式“退役”，人類為探測(cè)太空有多努力？

今年可以說是中國(guó)的天文大年，先是火星探測(cè)器天問一號(hào)成功發(fā)射奔赴火星，再是現(xiàn)在嫦娥五號(hào)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(shí)間，位于加勒比地區(qū)波多黎各的美國(guó)阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡則陸續(xù)坍塌，直到12月1日，望遠(yuǎn)鏡懸掛的接收設(shè)備平臺(tái)當(dāng)天墜落并砸毀了望遠(yuǎn)鏡反射盤表面。這使得阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡徹底失去了維修的價(jià)值，只能宣布徹底“退役”。

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

最重要的，阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡在人類的外太空的天文探測(cè)上面也有眾多貢獻(xiàn)。借著阿雷西博的“隕落”，我們就來盤點(diǎn)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(cè)站和地球信號(hào)塔

阿雷西博望遠(yuǎn)鏡地處大西洋加勒比海的波多黎各群島之中，距離美國(guó)本土2000公里。阿雷西博不同于之前其他任何望遠(yuǎn)鏡之處在于它是按照當(dāng)?shù)刈匀坏孛哺脑於傻?。工程師利用?dāng)?shù)刈匀恍纬傻囊粋€(gè)碗狀的石灰?guī)r地形，建造出的一個(gè)直徑為305米的射電望遠(yuǎn)鏡，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)時(shí)最大口徑不超過100米的人造望遠(yuǎn)鏡天文臺(tái)。

可以說，我國(guó)貴州黔南州平塘縣的“天眼”射電望遠(yuǎn)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(jìn)行很好的排水。阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)，成為與自然景觀結(jié)合而成的天文學(xué)工程典范，同時(shí)也是人類天文學(xué)觀測(cè)技術(shù)上的一個(gè)高峰。

阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡，不同于普通望遠(yuǎn)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(xué)家可以借此觀測(cè)那些肉眼看不見的低溫目標(biāo)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(yuǎn)鏡來接收信號(hào)后，經(jīng)過處理，就可以呈現(xiàn)出宇宙的實(shí)際影像。

2016年之前，作為全球最大射電望遠(yuǎn)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(duì)水星進(jìn)行觀測(cè)后，將水星的自轉(zhuǎn)時(shí)間確定為59天，而非此前認(rèn)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(dāng)時(shí)科學(xué)家對(duì)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(xué)對(duì)恒星的生命演化過程的認(rèn)識(shí)補(bǔ)齊了最后一塊拼圖。在此基礎(chǔ)上，有天文學(xué)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(jiǎng)。

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

此后，阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的探索能力更為驚人。在1990年，阿雷西博在太陽(yáng)系外發(fā)現(xiàn)一顆新的脈沖星，并且確認(rèn)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(yáng)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(dú)。這一發(fā)現(xiàn)也讓研究者獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

從太陽(yáng)系小天體到遙遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡的另外一大貢獻(xiàn)就是對(duì)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(yuǎn)鏡向球狀星團(tuán)M13發(fā)射了一系列二進(jìn)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(yáng)系結(jié)構(gòu)和阿雷西博望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡也在長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)這樣的信號(hào)，試圖搜尋地外生命存在的跡象。因?yàn)槲覀兿嘈湃绻钪嬷写嬖诟叩燃?jí)智慧生命，它們也會(huì)發(fā)射出可破解的無線電信號(hào)。但我們至今也沒有接收到這樣的信號(hào)，可能這是人類太過年輕和天真？

作為全球最大的射電望遠(yuǎn)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(gè)作用是作為天文愛好者的科普中心，增進(jìn)公眾對(duì)天文科學(xué)的興趣。

不過，從2010年之后，進(jìn)入天命之年的阿雷西博開始出現(xiàn)各種狀況，而因?yàn)槿粘z修和維護(hù)的費(fèi)用常常無法及時(shí)到位，致使阿雷西博望遠(yuǎn)鏡無法得到妥善修繕。而最近這幾年又因?yàn)轱Z風(fēng)等熱帶風(fēng)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(fù)，與整個(gè)觀測(cè)平臺(tái)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(xiàng)，但高昂的建設(shè)成本可能是美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)接下來要考慮的主要問題。

仰望星空，我們對(duì)宇宙的探測(cè)從未停止

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

在人類眾多文明的文獻(xiàn)記載中，早已有了對(duì)于星空的記錄，如那個(gè)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(guó)古代記錄星空的文獻(xiàn)《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(yuǎn)鏡之前，可以說對(duì)星空的觀測(cè)全憑人類肉眼，所幸當(dāng)時(shí)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(dòng)，觀測(cè)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(jì)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(cè)星空的天文學(xué)家，他編制的恒星表非常的準(zhǔn)確詳盡，對(duì)于推翻地心說起到了重要的作用。

伽利略成為近代天文學(xué)的最重要開創(chuàng)者，他發(fā)明了天文望遠(yuǎn)鏡來觀測(cè)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(yáng)黑子以及銀河的組成等。

在第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，開普勒發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的的數(shù)學(xué)原因。

但隨著更多天文觀測(cè)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(diǎn)進(jìn)動(dòng)、光線在引力場(chǎng)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(xué)解釋，直到愛因斯坦的廣義相對(duì)論的提出，再一次為牛頓的天體物理學(xué)做出了修正。但是廣義相對(duì)論提出的更多理論則又需要進(jìn)一步的觀測(cè)去證實(shí)，這就離不開人類此后興建的一座座天文望遠(yuǎn)鏡的功勞了。

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

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

1963年建成的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡是這一波望遠(yuǎn)鏡建設(shè)的最高峰。

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

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

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

目前射電天文學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用長(zhǎng)基線的干涉技術(shù)，將遍布全球的射電望遠(yuǎn)鏡綜合起來，獲得了等效口徑相當(dāng)于地球直徑量級(jí)的射電望遠(yuǎn)鏡。

2008年，科學(xué)家們終于建立了一個(gè)橫跨四大洲的射電望遠(yuǎn)鏡陣，位于波多黎各的阿雷西博天文臺(tái)也參加了這一項(xiàng)目。

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

在2016年，美國(guó)科學(xué)家通過激光干涉引力波天文臺(tái)的兩處LIGO探測(cè)器首次發(fā)現(xiàn)兩個(gè)黑洞合并后發(fā)出的引力波信號(hào)，至此才為廣義相對(duì)論補(bǔ)足了最后一塊“待驗(yàn)證”的拼圖。

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

“我們從哪里來、到哪里去”，太空探測(cè)的最純粹動(dòng)機(jī)

實(shí)際上，地球上的射電望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡和空間探測(cè)器。

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

為了讓哈勃望遠(yuǎn)鏡上天，美國(guó)的國(guó)家科學(xué)院從1962年就將空間望遠(yuǎn)鏡列入了太空計(jì)劃，此后經(jīng)過長(zhǎng)期的技術(shù)準(zhǔn)備和在資金上面的博弈，才在1978年正式立項(xiàng)設(shè)計(jì)，又經(jīng)過了多年的光學(xué)鏡片的技術(shù)突破和預(yù)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(yuǎn)鏡的原始預(yù)算4億美元，到最終花費(fèi)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(fèi)如此高昂的代價(jià)去探索太空。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的主要任務(wù)是探測(cè)宇宙深空，解開宇宙起源之謎，了解太陽(yáng)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(duì)獵戶幸運(yùn)的年輕恒星的許多塵埃碟進(jìn)行了探測(cè)，發(fā)行了木星衛(wèi)星上存在氧氣等等。

2019年5月，科學(xué)家利用哈勃望遠(yuǎn)鏡做成了最新的宇宙照片——“哈勃遺產(chǎn)場(chǎng)”，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(gè)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(fèi)巨資進(jìn)行太空探測(cè)，除了有一些出于大國(guó)科技博弈的國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)以及所謂科技帶來的實(shí)用技術(shù)發(fā)明的考慮，最根本也最純粹的動(dòng)機(jī)就是對(duì)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(jí)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(shí)和更深之處進(jìn)行探索，探尋可能合適人類生存的行星或者有高級(jí)文明可能存在的星系，可能是我們這個(gè)孤獨(dú)的宇宙觀測(cè)者無法擺脫的宿命。

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