一息尚存的阿雷西博，給我浴火重生吧！_風聞

　　原作：MONICA YOUNG

　　翻譯：黃雪妮

　　校對：艾宇熙  畢琳  鄭倉晟

　　編排：王招君

　　後台：庫特莉亞芙卡  李子琦  徐⑨坤  胡永葳

　　原文鏈接：

　　https://skyandtelescope.org/astronomy-news/arecibo-to-be-determined-future/

　　隨着波多黎各阿雷西博天文台(Arecibo Observatory)的清理工作逐步開展，一些科學家正提議用一個全新的天線來替代現在這個受損的但受人敬仰的射電天線。

　　美國國家科學基金會(NSF)上週向國會提交了一份報告，詳細説明了吊在反射盤上方的重達900噸的設備平台倒塌後給這個305米口徑的射電望遠鏡造成的損害。該報告披露了導致倒塌事件的細節，並展望了阿雷西博天文台的下一步發展。

　　儘管阿雷西博的部分功能還能運作，但是美國國家科學基金會也在考慮修復其它功能。與此同時，一組科學家和工程師提議全面更換這個射電望遠鏡，大幅提高功率和靈敏度。

　　倒塌

　　這張照片顯示了阿雷西博的第一次鋼纜故障造成的破壞。

　　圖片來源：UCF/美國國家科學基金會

　　美國國家科學基金會報告概述了事件的詳細時間表:

　　▶ 美國東部時間 2020年8月10日 早上 3:00

　　4號塔的一根輔助鋼纜從鏈座掉落到反射盤上，組成反射盤的4萬塊鋁瓦中的250塊受到損壞。

　　▶ 八月和九月

　　工程師們建立支撐結構模型，並確定安全計劃，以便進入4號塔的鏈座。他們還為維修制定了一個穩定計劃。

　　▶ 九月底

　　美國國家科學基金會批准訂購新的鋼纜，預計12月到達。穩定工作定在11月9日開始。

　　▶ 十月初

　　工程師們把這個壞掉的鏈座取下來，送到美國宇航局肯尼迪航天中心進行分析。

　　▶ 2020年11月6日 晚上8：15

　　4號塔的一根主鋼纜斷了。

　　▶ 2020年11月19日

　　美國國家科學基金會宣佈，305米口徑的射電望遠鏡將不得不拆除，因為繼續維修，將會帶來人員傷亡危險。

　　▶ 2020年11月24日

　　美國國家科學基金會證實，其他鋼纜也在斷裂。

　　▶ 202年12月1日 早上7：00

　　4號塔剩下的纜繩突然斷裂，懸掛着的接收設備平台墜落到下面的盤子上，造成了巨大的破壞。

　　這次坍塌還摧毀了頂部18米(60英尺)的4號和12號塔，以及頂部37米的8號塔。令人驚訝的是，在碟形反射盤、塔和其他支撐結構之外，破壞非常有限。天文台的一些設施仍在運作，包括激光雷達和觀測大氣的光學鏡，以及一個12米口徑的射電望遠鏡。

　　美國國家科學基金會表示，對坍塌事件的調查正在進行中。工程師們繼續調查輔助鋼纜和主鋼纜坍塌的原因，美國國家科學基金會透露，主鋼纜“比預期的要脆弱”。主要和輔助鋼纜分別建立於20世紀60年代和90年代。國家科學基金會預計在2021年12月之前完成這些調查的最終報告。

　　這張照片拍攝於2020年12月8日，顯示了阿雷西博天文台305米口徑的望遠鏡在坍塌後受到的損壞。在望遠鏡的碟面上可以看到接收平台的殘片。

　　資料來源：Michelle Negron/美國國家科學基金會

　　維修

　　清理工作已經開始，但這是一個漫長的過程，將持續到2022年，耗資約3000萬至5000萬美元。工程師們繪製了坍塌的廢墟地圖，工作人員也取得了不錯的進展，如下圖所示。清理工作不僅僅是移除機器; 還要考慮對環境的影響。例如，坍塌過程中釋放的液壓油污染的土壤也要一併清除。

　　阿雷西博305米口徑反射盤的鳥瞰圖，圖中顯示清理工作已經在進行中。工人們已經清除了大部分的殘骸，露出了地面，現在可以到達反射盤左上方坍塌的接收平台。

　　圖片來源：美國國家科學基金會

　　但是，任何在科學上仍然可用的東西都留在了原地，因為美國國家科學基金會還在考慮如何修復它們。基金會將在今年4月召開一次科學家和工程師會議，以商討下一步措施。

　　一個可行的方案是重建305米口徑的反射盤，並使用高頻電離層加熱器和非相干散射雷達等儀器繼續研究地球大氣。

　　但要進行天文學或行星的研究，就必須更換這個反射盤。由阿雷西博高級科學家Anish Roshi領導的團隊提議用全新的，更強功率的望遠鏡完全替代現有的望遠鏡。

　　替代

　　這是Roshi和他的同事們在一份白皮書中概述的想法:下一代阿雷西博望遠鏡將把數百個，甚至超過1000個更小的反射盤裝入現在的305米口徑的單個反射盤的空間內。這些小巧的反射盤一起運作起來就像一個更大的望遠鏡(不需要懸掛的儀器平台)。

　　理想情況下，這些反射盤將放在一個單一的、可傾斜的平台上，以便從阿雷西博可以覆蓋更大範圍的天空;多個平台也可以做到這一點。

　　圖中顯示了下一代阿雷西博望遠鏡的兩種可能設計:左為1112個直徑為9米的反射鏡，右為400個直徑為15米的反射鏡。在這兩種情況中，陣列都放置在一個單獨的可傾斜平台上。

　　圖片來源：Roshi et al. / arXiv

　　翻修後的望遠鏡能夠覆蓋的天空範圍將是傳統望遠鏡的兩倍寬，單個圖像的視場將是原來的500倍，靈敏度至少是原來的兩倍，雷達功率是原來的五倍。

　　這些增強的功能會給太空探測帶來更多的福音。例如，天空覆蓋範圍的擴大將把銀河系中心納入視野中，使得天文學家能夠尋找圍繞超大質量黑洞運行的脈衝星，從而讓前所未有的廣義相對論的驗證成為可能。

　　粗略估計，這樣一個設施的成本為4.54億美元，低於《復仇者聯盟4:終局之戰》的製作和營銷成本。望遠鏡的設計一旦敲定，成本預估將會更加準確。

　　該團隊在其網站上表示:“下一代阿雷西博望遠鏡不會從零開始。”“它將充分利用現有的基礎設施、幾十年的經驗，以及當地人民和政府的支持。”

　　克里米亞的Pluton雷達系統由8個反射器組成，每個反射器直徑為16米。它是一個安裝在平台上的小型碟形陣列實例。

　　圖片來源：Rumlin / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

　　計劃尚待確定

　　這一計劃固然令人興奮，但要最終做出決定可能還有很長的路要走。 

　　“美國國家科學基金會在集資和建造大型基礎設施(包括望遠鏡)方面有一個非常明確的流程，”美國國家科學基金會天文部門主任Ralph Gaume説。“這將是一個歷時多年的過程，涉及國會撥款、科學界的評估和需求。所以現在對替換做出評論還為時過早。”

　　但值得注意的是,除了要維修阿雷西博,美國國家科學基金會還需要提供資金修建和維護Vera C. Rubin 天文台,Daniel K. Inouye 太陽望遠鏡,智利的阿塔卡馬大型毫米[/亞毫米]波陣, LIGO引力波探測器和其他設施。所有的這些昂貴的大型設備都得爭奪同一資金。

　　一項單獨的國會撥款理論上是可能的——重建1988年意外坍塌的100米口徑的格林班克射電望遠鏡的資金就是這麼來的。波多黎各的政治情況與西維吉尼亞有些不同，但是一些代表表示支持重建阿雷西博。

　　天文學團體的十年調查，將在幾個月後發佈，這個調查通常會規劃未來10年(或更久)的優先資助項目，因此它也可能在決定阿雷西博的命運中發揮作用。

　　無論現狀如何，都希望阿雷西博有一個完美的歸宿，亦或者是新生！

『天文時刻』 牧夫出品

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　　Image Credit : Alan Pham