在半個多世紀以來支援突破性的科學工作——併為《超時空接觸》、《黃金眼》和其他好萊塢大片提供風景如畫的背景之後,波多黎各標誌性的阿雷西博天文臺即將黯然失色。
美國國家科學基金會 (NSF) 是該天文臺的所有者,於 11 月 19 日宣佈,將開始規劃 305 米望遠鏡的“受控退役”過程。在過去的幾個月中,該儀器用於支撐其 900 噸(817 公噸)中央接收平臺的電纜發生了兩次災難性故障。
美國國家科學基金會數學和物理科學理事會助理主任肖恩·瓊斯在新聞釋出會上說:“這項決定旨在保護人員的生命和安全,並防止整個阿雷西博天文臺(包括遊客教育中心)在發生意外和不受控制的坍塌事件中損失。” “對於 NSF 來說,這項決定並非易事。但人員安全是我們的首要任務。”
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危及生命的危險的擔憂
美國國家科學基金會天文科學部主任拉爾夫·高姆表示,儘管該望遠鏡正在退役,但該機構“並非關閉阿雷西博天文臺”。相反,計劃是儘可能保留周圍的基礎設施,希望它仍然可以滿足各種研究和教育目的。
根據美國國家科學基金會 11 月 19 日的宣告,該決定是在評估了“獨立工程公司進行的多次評估,發現望遠鏡結構存在災難性故障的危險,並且其電纜可能不再能夠承受其設計用於支撐的載荷”之後做出的。該機構指出,任何維修嘗試“都可能使工人面臨潛在的生命危險”。即使維修成功,工程師也“發現該結構可能會出現長期穩定性問題”。
高姆說,美國國家科學基金會尚未制定完整的退役計劃。但他補充說,這樣的計劃應該在未來幾周內出爐,並且可能會依賴炸藥爆破來拆除部分結構。目前,沒有人能猜到退役需要多長時間以及花費多少。然而,美國國家科學基金會 2016 年的估計表明,拆除天文臺的總成本在 1060 萬美元到 1870 萬美元之間。
高姆說:“我們的工程師無法告訴我們該結構何時會自行坍塌,因此我們正在與時間賽跑。” 關於將阿雷西博的科學調查外包給其他天文臺,他補充說,“當然,在阿雷西博上進行的部分科學研究可能會轉移到其他設施,特別是其他 NSF 設施。” 但該天文臺巨大的尺寸和專業的硬體使其成為獨一無二的資源。對於天文和行星科學中的許多應用,根本沒有其他可用的設施可以填補阿雷西博退役後留下的研究空白。
災難性電纜故障
毫無疑問,過去幾年對阿雷西博並不友好。早在 2017 年 9 月,射電望遠鏡就遭受了瑪麗亞颶風的襲擊。天文臺失去了一個人行道樓層,饋線墜落損壞了射電天線 38,000 多塊鋁板中的數十塊。
但與 8 月 10 日輔助電纜斷裂以及 11 月 6 日主電纜故障造成的破壞相比,那些破壞性的打擊就顯得蒼白無力了。
中佛羅里達大學本月早些時候的一份宣告解釋說:“結構的每根剩餘電纜現在都比以前承受了更大的重量,增加了再次發生電纜故障的可能性,這很可能導致整個結構坍塌。”(該大學透過與美國國家科學基金會的合同管理該設施。)工程師還觀察到剩餘電纜中的兩條電纜出現更多過度磨損跡象,造成了動態的“工業故障”情況,對工人構成嚴重的潛在安全風險。
儘管存在這些困境,阿雷西博現任主任弗朗西斯科·科爾多瓦在 10 月 12 日的宣告中表示,對天文臺的最終恢復持謹慎樂觀態度:“我們繼續取得進展,”他寫道,“但由於我們在制定全面的設施維修計劃時優先考慮員工的安全,因此這個過程很緩慢…… 底線…… 我們在恢復這個歷史悠久設施的執行能力方面取得了重大進展。”
不可替代的資源
阿雷西博建於 1963 年,是世界上最大的執行單碟雷達/射電望遠鏡,直到今年早些時候因電纜斷裂而關閉。科學家們經常利用其超大的尺寸來完成其他望遠鏡不可能完成的壯舉,例如構建小行星、彗星和行星的詳細雷達圖,研究旋轉脈衝星的奇異物理學,甚至作為搜尋地外文明計劃 (SETI) 的一部分,將詳細資訊傳送到星際空間。 每年約有 200 名科學家利用阿雷西博的強大功能進行研究。
SETI 研究所位於加利福尼亞州山景城的 SETI 研究名譽主席吉爾·塔特在 NSF 做出退役決定之前接受了大眾科學的採訪。當時,她稱讚阿雷西博是獨一無二的資源,並指出即使在今天,它仍然擁有世界上最強大的行星雷達發射器。“一些科學研究可以轉移到其他設施,”塔特補充說,儘管某些專案需要阿雷西博的靈敏度——例如 NANOGrav,該專案旨在直接探測和研究納赫茲頻率的引力波。“我認為在辯論維修還是關閉它時,成本論證必須包括這種獨特的、將會喪失的能力,”她說。
加州大學伯克利分校的射電天文學家和 SETI 研究員丹·沃特海默說,情況很令人困惑。“他們不太明白這是如何發生的,所以你不知道如何以安全和有保障的方式修復該設施。”
與許多使用過阿雷西博的研究人員一樣,沃特海默捍衛該天文臺是一個非凡發現的獨特來源,它在拼湊人類在宇宙中的位置這一難題中發揮了關鍵作用。它還在科學普及方面發揮了至關重要的作用,即使在其好萊塢魅力之外,它也為 SETI@home 做出了貢獻。該倡議由沃特海默帶頭,招募了數百萬志願者捐贈計算機時間來分析阿雷西博的資料,這是一個旨在回答最艱鉅問題的全球科學專案:“我們是孤獨的嗎?”
在阿雷西博缺席的情況下,沃特海默的 SETI 研究將繼續與正在中國新建成的五百米口徑球面射電望遠鏡 (FAST) 進行的持續合作,顧名思義,FAST 的天線盤甚至比阿雷西博的還要大。“這是一架壯觀的射電望遠鏡,但它無法完成阿雷西博所做的事情,因為 FAST 沒有發射器,”沃特海默說。
與此同時,中國最近宣佈向其他合作者開放 FAST,使其他國家的研究人員更容易使用該望遠鏡。沃特海默說,這種“開放天空”的方法是讓望遠鏡獲得最佳科學成果的理想方式。
透過 NASA 的近地天體 (NEO) 觀測計劃的資助,阿雷西博也成為全球研究可能撞擊地球的潛在危險 NEO 的最重要資產之一。 藉助阿雷西博強大的雷達發射器,研究人員在太空岩石與我們星球近距離接觸期間,充分描述了許多 NEO 的精確軌道、大小和形狀。
在 11 月 19 日對 NSF 決定的回應宣告中,NASA 表示,其位於加利福尼亞州的戈德斯通深空通訊綜合體(也擁有強大的行星雷達)在對其高功率發射器進行升級後,最近已恢復全面執行。該宣告指出,由於該航天機構僅將戈德斯通和阿雷西博用於研究已知的 NEO,而不是發現新的 NEO,“NASA 的 NEO 搜尋工作不會受到計劃退役的影響。”
美國國家科學基金會資助的國家射電天文臺臺長安東尼·比斯利說:“對於美國國家科學基金會和阿雷西博來說,這顯然是一個非常困難的局面,但阿雷西博不在其管轄範圍內。” “在這種情況下,你不能讓一大堆工程師爬到望遠鏡上弄清楚哪裡出了問題,”他說。“他們必須以安全的方式診斷問題,這有點挑戰性。”
天文臺可以被拯救嗎?科學家和歷史學家可能會在未來幾年內爭論阿雷西博喪鐘敲響的情況。然而,比斯利指出,有一件事是無可爭辯的:“阿雷西博是一個非常獨特的設施,”他說,“它的功能不會在其他任何地方迅速複製。”
