现在的中国天眼比阿雷西博射电望远镜优势在哪里?

2024-05-17

1. 现在的中国天眼比阿雷西博射电望远镜优势在哪里?

中国天眼,全称500米口径球面射电望远镜 。位于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县大窝凼的喀斯特洼坑中 ,国天眼在贵州省平塘县的喀斯特洼坑中落成,开始接收来自宇宙深处的电磁波,这标志着我国在科学前沿实现了重大原创突破。 2017年10月10日,中国科学院国家天文台宣布,经过一年紧张调试,已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,并确认了多颗新发现脉冲星。 
中国天眼是世界上跨度最大、精度最高的索网结构,也是世界上第一个采用变位工作方式的索网体系。其技术难度不言而喻,需要攻克的技术难题贯穿索网的设计、制造及安装全过程。 随着索网诸多技术难题的不断攻克,形成了12项自主创新性的专利成果,其中发明专利7项,这些成果对我国索结构工程水平起到了巨大的提升作用。 全新的设计思路,加之得天独厚的台址优势,使其突破了望远镜的百米工程极限,开创了建造巨型射电望远镜的新模式。 
阿雷西博射电望远镜 是世界上第二大的单面口径射电望远镜。该望远镜位于波多黎各的阿雷西博(又名阿雷西沃),直径达305米,后扩建为350米。阿雷西博望远镜是固定望远镜,不能转动,只能通过改变天线馈源的位置扫描天空中的一个带状区域。 但是它覆盖的天区有限 而如今的世界第一射电望远镜已经不是阿雷西博,而是中国的天眼 。中国天眼的综合性能是阿雷西博望远镜的10倍。它是中国太空科技的代表工程,有了它中国在太空探索方面已经走在世界的前列 。

现在的中国天眼比阿雷西博射电望远镜优势在哪里?

2. 阿雷西博射电望远镜的介绍

阿雷西博射电望远镜(英文:Arecibo Radio Telescope),正式名称是阿雷西博天文台(英文:Arecibo Observatory),由史丹佛国际研究中心、美国国家科学基金会与康奈尔大学管理。是世界上最大的单面口径射电望远镜。该望远镜位于波多黎各的阿雷西博(又名阿雷西沃),直径达305米,后扩建为350米。阿雷西博望远镜是固定望远镜,不能转动,只能通过改变天线馈源的位置扫描天空中的一个带状区域。

3. 阿雷西博射电望远镜的平台一夜之间坍塌,它有着怎样的“历史”?

阿雷西博始建与1963年,至今已经有57年历史,这在这57年里,它曾经称为世界第一眼镜,在中国天眼建造完成后,阿雷西博与其并列为世界第一,但不论在建造技术和规模,还是实用性方面中国天眼都比阿雷西博优越,但在各种因素的影响下,阿雷西博逐渐退出了历史舞台。
上个世纪六十年代,世界处于二战后的恢复时期。每个国家都在着重于恢复自己的综合国力。美国作为当时的第一强国,经济、政治、科技力量领跑与世界,当时人类的科技已经达到了可以触及宇宙的能力,来自普林斯顿大学的两位教授就负责阿雷西博的建造。在它建成后,科学家利用它不仅发现了双脉冲星,还验证了引力波的存在。因此,当初建造它的两位教授还获得了诺贝尔物理学将。这让阿雷西博名声大噪,一度被誉为世界第一眼镜。
而阿雷西博的辉煌史才刚刚开始,在1991年科学家利用它发现的双脉冲星发现了外行星系、以后还发现了水星北极具有水资源的存在,这些发现为人类探索宇宙的进程起到了重要的推动作用。
但是星星终有坠落的一天,20世纪末,电磁波,噪音的出现,让阿雷西博的工作效率不断下坡路,直到后来它出现了技术性问题,到美国方面不愿维修,最后美国的一个基金会捐钱将其修缮,此次维修让阿雷西博还可以正常运转,好景不长的是,2017年美国的一场飓风将其损害,此次损害程度远远大于前一次。科学家认为已经没有必要修缮。修缮后它也没有了任何作用,以至于阿雷西博就此荒废,无人问津,曾经闪耀的星星就此坠落。2019年,阿雷西博的反射镜面出现长达30米的裂痕,电缆连续断裂两次,在2020年电缆全断,设施掉落砸碎了反射镜面,阿雷西博就此陨落。一代世界第一眼镜结束了它辉煌的一生。

阿雷西博射电望远镜的平台一夜之间坍塌,它有着怎样的“历史”?

4. 阿雷西博射电望远镜的主要应用

为了观测遥远的天体,天文学家必须要研制能检测出极其微弱的天体射电信号的望远镜。全世界所有的射电望远镜在60年中所收集到所有天体射电源的能量仅仅相当于几个雨滴撞击地面所释放的能量。德国埃费尔斯贝格和美国格林班克的两台可跟踪信号的射电望远镜,口径100米,灵敏度高、分辨本领强、覆盖天区广、跟踪灵活方便,堪称望远镜中的精品。但是,要观测更弱的射电源,还显不足。美国305米口径的阿雷西博射电望远镜的接收面积比上述两台望远镜的天线要大约10倍,灵敏度提高约1个数量级,成为当今最强大的单天线射电望远镜。然而,由于它覆盖的天区有限,其他大型射电望远镜仍然起着非常重要的作用。

5. 阿雷西博射电望远镜是用来干什么的?

为了观测遥远的天体,天文学家必须要研制能检测出极其微弱的天体射电信号的望远镜。全世界所有的射电望远镜在60年中所收集到所有天体射电源的能量仅仅相当于几个雨滴撞击地面所释放的能量。德国埃费尔斯贝格和美国格林班克的两台可跟踪信号的射电望远镜,口径100米,灵敏度高、分辨本领强、覆盖天区广、跟踪灵活方便,堪称望远镜中的精品。但是,要观测更弱的射电源,还显不足。美国305米口径的阿雷西博射电望远镜的接收面积比上述两台望远镜的天线要大约10倍,灵敏度提高约1个数量级,成为当今最强大的单天线射电望远镜。然而,由于它覆盖的天区有限,其他大型射电望远镜仍然起着非常重要的作用。

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阿雷西博射电望远镜是用来干什么的?

6. 全球第二大射电望远镜阿雷西博正式退役

全球第二大射电望远镜正式退役
  
 最近,天文学界发生了一件大事:全球第二大的射电望远镜,阿雷西博望远镜由于遭受飓风侵袭,经抢修无效,被迫永久关停。
  
 如果你不是天文学的爱好者,你可能并不了解阿雷西博。但是对于天文学家来说,阿雷西博恐怕是整个天文学 历史 上最传奇、最高产的望远镜之一。在它运转的半个多世纪中,阿雷西博望远镜不仅多次帮助天文学家斩获诺贝尔奖,而且在多个研究领域作出过开创性的贡献。在地外文明 探索 上,阿雷西博就是一个先锋。
  
 位于波多黎各的阿雷西博天文台射电望远镜,长期勤奋工作,任劳任怨,积劳成疾。然而因为年久失修,不巧近几年又遭遇超强飓风的袭击,伤重病危。虽然经过紧急救治,但最终医治无效,于2020年12月1日逝世,享年60岁。
  
 在长达半个世纪的时间里,阿雷西博都是全球最大的射电望远镜。这个纪录直到2016年,才被中国的天眼望远镜打破。
  
 我还记得第一次见到阿雷西博的样子,是在大学一年级的专业课上。老师为我们新入门的天文系新生,介绍世界著名的重要天文台和望远镜。阿雷西博的画面在投影上一出现,我就觉得自己屏住了呼吸。实在是太大了!
  
 当时,我专门在照片里找到望远镜附近的一辆 汽车 ,那辆 汽车 在画面里只是不起眼的一个小白点,和整个望远镜相比更是微不足道。从那一刻起,阿雷西博对我来说,一直就是人类天文学观测技术的最高峰,是工程和科学应用的奇迹。
  
 阿雷西博能长这么大个子,其实跟它“出生的方式”有很大关系。
  
 1960年,阿雷西博望远镜在波多黎各的阿雷西博山区诞生,孕育它的是美国康奈尔大学教授威廉·戈登。你如果熟悉地理,应该知道波多黎各是美国的一个自治邦,不过它距离美国本土2000多公里,是大西洋上的加勒比海中的群岛。而阿雷西博就出生在群岛的北岸。
  
 在阿雷西博望远镜之前,其他的望远镜都是人造的独立建筑,这种建筑的口径最大也不超过100米。但是阿雷西博不一样,它是从自然地貌改造出来的,就像孙悟空从石头缝里蹦出来一样。工程师改造了当地自然形成的碗状的石灰岩地形,利用地形的支撑,建造了一个口径305米的巨大的射电望远镜。
  
 射电望远镜,可不是普通的望远镜。普通的望远镜,就跟我们人眼一样,只能接收可见光。但是在可见光之外的辐射,比如说宇宙星空的射电波,普通望远镜就看不到了。观察那些信号,我们就得用特殊的金属结构的望远镜来接收,信号经过处理器处理之后,再通过计算机呈现出影像,让天文学家研究。这就是射电望远镜的原理。
  
 天文学家通常会用射电望远镜,研究宇宙中那些肉眼看不见的低温目标,或者比较弥漫的星际气体。
  
 作为全球最大的射电望远镜,阿雷西博的一生可以说战功赫赫。从少年时期,它就展现出了惊人的天赋。
  
 我来给你举几个例子。1964年,刚投入使用不久的阿雷西博望远镜负责观测水星。它发现水星自转一圈的时间不是过去天文学家认为的88天,而是59天。因为这个发现,当时的天文学教科书都需要被重新修改一遍。
  
 紧接着,阿雷西博望远镜又发现蟹状星云的中心隐藏着一颗脉冲星,也就是旋转的中子星。这是人类发现中子星存在的第一个确凿证据。中子星是什么呢?它是大质量的恒星死亡之后的遗迹,只能通过高灵敏度的无线电望远镜探测到。确认发现中子星,让天文学对恒星的一生的演化过程的认识终于补齐了最后一块拼图,验证了恒星演化理论的正确。而中子星这种物质形态的存在,本身也颠覆了科学家对物质状态的传统理解。
  
 在这个基础上,阿雷西博望远镜再次发现相互绕转的两颗中子星。而这个发现让负责这项研究的天文学家获得了诺贝尔奖。
  
 在我们的太阳系里作出发现之后,阿雷西博望远镜又经过了几次升级改造。
  
 比如说,它最初的架构使用金属网,你可以把这个架构理解为它的骨骼。可后来阿雷西博的架构被升级成了38000块独立可调整的铝板。这让阿雷西博望远镜达了到更高的观测精度,观测无线电信号的波段范围提升到了5000兆赫。这是之前的10倍。
  
 升级后的阿雷西博望远镜又取得了惊人的科学发现。
  
 1989年,它直接拍摄了一颗小行星的无线电波段的照片。这是人类 历史 上第一次拍到我们太阳系内小行星的无线电波段的照片。一年之后,也就是1990年,阿雷西博望远镜再次立功。它发现了一颗新的脉冲星,而且确认脉冲星附近有三颗环绕它的行星。要知道,这是人类第一次发现太阳系外的行星。这是一个重大意义的发现。如果像地球这样的行星在宇宙里普遍存在,就意味着生命有可能并不孤独。这个发现也让负责这项研究的天文学家获得了诺贝尔奖。
  
 你看,从我们附近的太阳系小天体,到遥远的太空深处的脉冲星,阿雷西博望远镜不断地获得“人类第一次”的新发现。
  
 其实,阿雷西博望远镜的贡献远远不止天文学这一个领域。阿雷西博望远镜更出名的,是它对人类 探索 外星文明作出的努力。
  
 天文学家相信,如果宇宙中别的星球存在高等级智慧生命,它们可能会发射出可以破解的无线电信号。阿雷西博望远镜长时间检测这样的信号,试图搜寻地外生命存在的迹象。同时,它还主动出击,把人类的重要信息进行编码,然后用信号发射器向太空发射广播。
  
 如果你看过《三体》的小说,你可能会联想到,小说里负责联络外星人的红岸基地。没错,阿雷西博天文台就是现实世界里的红岸基地。
  
 在科学工作之余,阿雷西博望远镜也积极发展自己的文化兴趣爱好。它参与拍摄了《007黄金眼》《接触》和《X档案》等等热门影视作品。由于它极其专业的镜头感,阿雷西博望远镜受到科幻电影导演们的欢迎,成了科幻电影电视作品中常见的客串嘉宾。
  
 但是,活力四射的天才少年,也有步入迟暮的那一天。
  
 到了2010年代,经过50年的连续工作,阿雷西博望远镜已经上了年纪,急需休假进行全面的身体检查。但是,体检和日常保健的经费经常落实不到位。这导致阿雷西博望远镜的身体状况每况愈下。
  
 雪上加霜的是,最近几年发生的几场飓风,都给阿雷西博造成了不小的危害。2017年玛丽亚飓风导致波多黎各的一条电缆折断。折断的电缆跌落到望远镜的镜面上,损坏了30块铝板。即便是这样,阿雷西博望远镜仍然坚持科学工作,在缺少一根电缆和一部分镜面的情况下,继续跟踪星空中的目标,尽可能收集数据。
  
 不过虽然阿雷西博勉力支撑,可江山代有才人出。来自东方的后起之秀,终究还是动摇了老一代的地位。
  
 2000年之后,中国开始布局建造一台500米口径的射电望远镜,这台望远镜预计会取代阿雷西博望远镜,成为世界第一。中国的资金投入丰厚,人才积累充足,很有信心成为未来射电天文学的研究中心。而且从一开始,中国就提出向全世界分享自己的观测数据和科学成果。
  
 在这层影响下,阿雷西博望远镜的地位滑落得更快了,越来越得不到充足的政府拨款。人才相继流失,科学项目开始转移到其他新建成的望远镜上去了。阿雷西博望远镜在波多黎各的山谷中,和越来越多的杂草为伴。过去辉煌时代常见的天文学家们,渐渐地也不再来访。国际会议上更是越来越少见阿雷西博望远镜的发言。年迈的阿雷西博静静地衰老。
  
 2020年8月,阿雷西博的 健康 再一次受到了重击。一次热带风暴造成阿雷西博望远镜上,一根负责结构支撑的缆绳断裂,镜面上出现了长达30米的裂缝。这相当于是它的“肋骨”断了,还顺带损伤了周围的“内脏”。
  
 为了修补阿雷西博望远镜,美国自然科学基金委员会订购了用来替换的新缆绳。但就在准备安装之前,第二根重要缆绳又断裂了。这次断裂又砸碎了一部分镜面。美国陆军工程兵的抢修和评估发现,损坏部分太多,很难在现有资金投入的情况下简单维修,而且维修工程可能会威胁周边建筑物的安全。
  
 2020年11月19日,美国自然科学基金委员会宣布,放弃阿雷西博望远镜的抢救,在接下来几周时间内逐步清理安全区域,阿雷西博望远镜正式退役。2020年12月1日,阿雷西博望远镜第三根电缆断裂,整个观测平台彻底倒塌。
  
 现在,阿雷西博望远镜虽然离开了我们,但是它的一生留下了众多宝贵的精神遗产。
  
 比如,它推进了我们对望远镜建设的工程技术。阿雷西博望远镜让人们知道,利用天然的地形可以建造更大的望远镜。这种方法既能减少挖掘的施工负担,又能帮助望远镜在雨天排水。在阿雷西博望远镜之后,和自然景观结合的设计成为天文学界工程典范。
  
 这样的思路也影响了我们中国的天文学家。中国天眼望远镜也用了类似的原理建造,可以说,中国天眼是站在阿雷西博望远镜的肩膀上,成为新一代世界最大的望远镜的。
  
 再比如,阿雷西博望远镜的地址建成了访客中心。访客中心整年接待来参观学习的天文爱好者,不仅增进公众的科学兴趣,还传播普及科学精神。
  
 
  
  
 
  
     
 
  
  
 
  
     
 
  
  
 
  
     
 
  
  
 
  
     
 
  
  
 
  
     
 
  
  
 
  
     
 
  
  
 
  
     
 
  
  
 阿雷西博望远镜虽然不在了,但是它的科学精神永垂不朽!

7. 如何看待阿雷西博射电望远镜一夜坍塌,世界只剩中国FAST一只“天眼”?

当地时间12月1日,位于波多黎各的阿雷西博射电望远镜坍塌了。一时间,关于阿雷西博的各种报道铺天盖地。据悉,阿雷西博望远镜坍塌是因为3个支撑塔全部断裂,重达900吨的接收平台直接坠落到望远镜的反射盘上。天线被砸坏,望远镜已无修复可能。



阿雷西博为何会坍塌?500米口径球面射电望远镜(FAST)和阿雷西博同属于射电望远镜,二者有何异同?阿雷西博曾向宇宙发出信号,会收到回音吗?

早已预见的一场坍塌

遭受过地震和飓风,经历过摇晃和动荡,直径为305米的大型射电望远镜阿雷西博“久经沙场”,却终究还是在一夜之间倒下了。

实际上,这次坍塌并非毫无征兆。今年8月,阿雷西博塔架上的一根辅助钢缆脱落。此后,工程师一直在给阿雷西博“体检”,美国国家科学基金会(NSF)授权美国佛罗里达大学(UCF)采取相应措施。在评估过程中,UCF考虑了阿雷西博的使用年限、设计复杂性及继续使用的潜在风险。


11月6日,阿雷西博天文台正准备交付用于替换的辅助钢缆时,望远镜的一根主要钢缆又在同一塔架上断裂。工程师预判,其余的钢缆可能比最初预计的还要脆弱。


探索宇宙是场接力赛

阿雷西博一项著名的成就是向宇宙发射信号。1974年,阿雷西博望远镜向距离地球25000光年的球状星团M13发射了一系列二进制代码信息,包含人类DNA结构、太阳系结构和阿雷西博望远镜本身信息等,以期被潜在外星文明接收到。



“虽然阿雷西博不在了,FAST也可以接收这个信号的反馈。就好像你收到一封信,到底是寄信人本人查收,还是给他的亲戚朋友查收,都没关系。”刘庆会说。

从诞生到暮年,一台望远镜最多“活”几十年,但还有下一台望远镜接着往前走。对浩瀚宇宙的探索,有着一代又一代望远镜接力而向前。

阿雷西博远去了。倘若很久后的某一天,外星生命对阿雷西博信号的回复被人类捕捉到,我们一定会再次想起它。

如何看待阿雷西博射电望远镜一夜坍塌,世界只剩中国FAST一只“天眼”?

8. 美国“天眼”阿雷西博射电望远镜被砸成七级伤残


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