阿雷西博望遠鏡

阿雷西博望遠鏡，位于美屬波多黎各島的山谷中，是世界上第二大的單鏡面射電望遠鏡，直徑達305米，后擴建為350米，由康奈爾大學管理。阿雷西博望遠鏡是固定望遠鏡，不能轉動，只能借助地球自轉并通過改變天線饋源的位置掃描天空中的一個帶狀區域。

2020年12月1日，阿雷西博望遠鏡所有方美國國家科學基金會（NSF）確認，繼2020年兩次嚴重電纜事故后，望遠鏡懸掛的接收設備平臺當天墜落并砸毀了望遠鏡反射盤（天線）表面，無人傷亡，但望遠鏡很可能已不能再使用，重建是最可行的方法之一。

名稱來源

1974年為慶祝改造完成，阿雷西博望遠鏡向距離地球25,000光年的球狀星團M13發送了一串由1679個二進制數字組成的信號，稱為阿雷西博信息。如果信息被地外智慧生命所接收，會讀到如下的信息：用二進制表示的1-10十個數字；DNA所包含的化學元素序號；核甘酸的化學式；DNA的雙螺旋形狀；人的外形；太陽系的組成；望遠鏡的口徑和波長。向球狀星團M13發送信息的原因是其中的恒星分布比較密集，被地外智慧生命接收的可能性較大。阿雷西博射電望遠鏡因其壯觀的外形受到影視作品的青睞。007系列黃金眼和電影《接觸》的部分場景是在這里拍攝的。

主要應用

為了觀測遙遠的天體，天文學家必須要研制能檢測出極其微弱的天體射電信號的望遠鏡。全世界所有的射電望遠鏡在早期60年中所收集到所有天體射電源的能量僅僅相當于幾個雨滴撞擊地面所釋放的能量。德國埃費爾斯貝格和美國格林班克的兩臺可跟蹤信號的射電望遠鏡，口徑100米，靈敏度高、分辨本領強、覆蓋天區廣、跟蹤靈活方便，堪稱望遠鏡中的精品。但是，要觀測更弱的射電源，還顯不足。美國305米口徑的阿雷西博射電望遠鏡的接收面積比上述兩臺望遠鏡的天線要大約10倍，靈敏度提高約1個數量級，成為當時最強大的單天線射電望遠鏡。然而，由于它覆蓋的天區有限，其他大型射電望遠鏡仍然起著非常重要的作用。

科學探測

為了探測月球、小行星、彗星、行星及其衛星，人們為阿雷西博射電望遠鏡配備了一部波長為126厘米，發射功率為百萬瓦的發射機和雙偏振微波接收機。從接收到的目標反射回來的信號回波，可以獲得被探測物的表面的圖像。雷達探測的研究成果很廣泛，也很顯赫：測量出水星的自轉及其北極附近的“水冰”的環狀結構；與格林班克100米射電望遠鏡組成雷達干涉儀獲得金星局部地區的高分辨率的地形圖；以幾百英尺的精確度為阿波羅登月船和海盜號確定在月球上最好的登陸地點；發現兩個離地球很近的雙小行星系，阿雷西博雷達還發現一些可能威脅地球的近地小行星，并對它們進行監測。

1959年美國康奈爾大學的天文學家柯康尼和毛里森在英國《自然》雜志發表的一篇先驅性的論文中提出，利用現有的設備，在1420兆赫頻率附近搜尋地外文明，得到了強烈的反應。1960年開始了人類歷史上第一次有計劃地搜尋地外文明的奧茲瑪計劃以及第二期奧茲瑪計劃，利用比較小的射電望遠鏡在21厘米波段，對662顆離地球較近的類太陽恒星進行監測，希望接收到地外文明發來的無線電波信號，沒有成功。這不得不在后來的“高分辨率微波巡視”計劃中使用最大的阿雷西博射電望遠鏡，對100光年以內的800多顆類太陽恒星進行監測，結果還是一無所獲。為了主動與地外文明聯系，1974年用阿雷西博雷達曾向武仙座M13球狀星團發電報，告訴“武仙座”的智能生物，關于太陽系，氫、碳、氮、氧、磷五種重要元素，人類生命、人體形狀和高度、地球上的人口等信息。電報是用是二進制的系列脈沖寫的，以每秒10個字的速度發出，它以光速傳播，達到目的地要2400年，如果收到后立即給我們回電，地球人要在4800年以后才能收到。

結構建造

研制阿雷西博雷達望遠鏡是康奈爾大學的電子工程教授William E.Gordon為研究電離層提出的，因此最初的名稱是阿雷西博電離層觀測站。然而這個望遠鏡卻在射電天文學和雷達天文學上發揮了更加重要的作用。不久，便改稱國家天文和電離層中心(NAIC)。阿雷西博射電望遠鏡80%的工作時間用于射電天文觀測，大氣研究占15%，剩下的5%用于雷達天文學的研究。作為世界上最靈敏的射電望遠鏡和雷達，建在波多黎各的阿雷西博望遠鏡利用了石灰巖構成喀斯特地形，用其中的尺度合適、比較對稱的碗形大坑作為底座，減少了造價和技術難度。這個射電望遠鏡于1963年建造，主反射面是球面，原來的天線是金屬網，最短只能工作在50厘米波段。1972～1974年改建，由38778塊金屬板拼接而成，使工作波段達到5厘米。1980年以后，又進行了一次改建，把天線直徑擴大到366米。1997年的改造使觀測頻率范圍擴展為波長6米到3厘米，使望遠鏡可以觀測到更多的分子譜線。球面天線直徑305米，深508米，由固定在石灰巖中的鋼索網支撐。固定在地面上的天線可以做得很大，其缺陷是不能通過轉動天線來對準處在不同天區的射電源和進行跟蹤。球面天線與拋物面天線不同，沒有主光軸，可以接收來自較大角度范圍的天體射電波，借助饋源的移動可以在相當大的天區范圍(約20°)掃描或跟蹤。來自天體的射電波不能像拋物面那樣聚集到一個點上，而要采取比較復雜的改正鏡或線性饋源的方法來收集能量。為了增加可觀測的波段和提高靈敏度，最初采用長約28米的線性饋源的方法，后來改進為改正鏡的方法。

一個重達500噸的三角形平臺和可移動饋源臂懸掛在主反射面上空，由連在三座高達100米鐵塔的18根鋼索支撐著。平臺下方懸掛著離主反射面508米的一個圓屋，圓屋重75噸，直徑24米，在其中放置了兩個反射面(稱之為格雷果里副反射面)、雷達發射機和微波接收機。這兩個反射面分別是第二和第三反射面，其直徑分別為21.9米和7.9米。從圖6可以看出，射到主反射面的天體射電波被反射到第二個反射面然后再反射到第三反射面，最后到達接收機屋內的焦點上，不同的饋源連接在不同波段的接收機上，各個接收機裝置在一個可轉動的圓盤上，可以很容易把所需的接收機移到焦點處。圓屋可以沿著曲線的臂上下運動，這個臂也可以旋轉。圓屋的設計是為了防止惡劣天氣對小反射面的傷害，也可以防止人為的電磁干擾。

觀測發現

阿雷西博觀測站于1963年11月1日正式開幕，從那以后，有幾千位科學家使用了它，也迎來了各種年齡各種職業的參觀者。電影明星和好來塢電影制片人也常常光顧這里，拍攝了好幾部不同題材的電影。阿雷西博射電望遠鏡主要的研究對象是類星體、脈沖星以及處在宇宙深處的其它射電源。最激動人心的觀測成果是1974年泰勒和赫爾斯發現第一個射電脈沖雙星系統PSR1913 16。這是一個雙中子星系統，軌道周期為7.75小時。根據廣義相對論理論推算，這個雙星系統的引力輻射十分強。引力輻射將導致雙星系統軌道周期的明顯變化。泰勒教授利用阿雷西博射電望遠鏡進行上千次的觀測，獲得這顆脈沖星20年的軌道周期值，證明觀測結果與廣義相對論計算結果符合得很好，間接證實了引力波的存在。泰勒和赫爾斯一起榮獲1993年諾貝爾物理學獎，這也成為阿雷西博射電望遠鏡的驕傲。

1991年，天文學家沃斯贊和弗雷爾用這個望遠鏡發現毫秒脈沖星PSR1257 12的行星系統，又一次轟動科學界。這是天文學家首次發現的太陽系外的行星系統，是一次重大的突破。太陽系空間探測和地外文明的搜索，射電望遠鏡是借助雷達技術發展起來的，而雷達后來也成為直接探測天體的一種手段，發展成一門新的學科——雷達天文學。阿雷西博射電望遠鏡配備了一臺強大的無線電發射機。巨大的天線具有非常高的方向性，使無線電波聚集成非常小的輻射束發射出去，定向發射可以使發射距離大大提高。無線電波碰上固體狀物體后會被反射回來，但是回波的能量很小，需要靈敏度非常高的射電望遠鏡來接收。正是由于這個望遠鏡的特點，使其當仁不讓地成為世界上最強大的雷達。

損壞拆除

2020年8月，位于加勒比地區波多黎各的阿雷西博遭遇意外事故，一條支撐饋源平臺的鋼纜斷裂，把望遠鏡反射面砸出一個約30米的口子。11月6日，望遠鏡上一根設計能承受544噸重量的主鋼纜因無法承受283噸重量而斷裂，對底部反射面造成了更嚴重的破壞。

2020年11月19日，美國國家自然科學基金會對3份工程報告進行評估后認為，阿雷西博望遠鏡的兩根鋼纜遭遇難以修復的損壞，結構非常危險，面臨倒塌風險，決定予以拆除。

2020年12月1日，阿雷西博望遠鏡所有方美國國家科學基金會（NSF）確認，繼2020年兩次嚴重鋼纜事故后，望遠鏡懸掛的接收設備平臺當天墜落并砸毀了望遠鏡反射盤（天線）表面，無人傷亡，但望遠鏡很可能已不能再使用，重建是最可行的方法之一。

位于美屬波多黎各的阿雷西博天文臺的射電望遠鏡因結構失控而垮塌的事件，引發多方關注。此前，負責管理該望遠鏡的美國國家科學基金會宣布，阿雷西博望遠鏡將退役，并以可控方式拆除。