阿雷西博射電望遠鏡（美國的天文望遠鏡）

阿雷西博射電望遠鏡（美國的天文望遠鏡）

阿雷西博射電望遠鏡 （美國的天文望遠鏡） 次瀏覽 | 2022.08.21 14:14:45 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 阿雷西博射電望遠鏡美國的天文望遠鏡

阿雷西博射電望遠鏡（英文：Arecibo Radio Telescope），正式名稱是阿雷西博天文臺（英文：Arecibo Obrvatory），由史丹佛國際研究中心、美國國家科學基金會與康奈爾大學管理。是世界上第二大的單面口徑射電望遠鏡。該望遠鏡位于波多黎各的阿雷西博（又名阿雷西沃），直徑達305米，后擴建為350米。阿雷西博望遠鏡是固定望遠鏡，不能轉動，只能通過改變天線饋源的位置掃描天空中的一個帶狀區域。

中文名

阿雷西博射電望遠鏡

英文名

Arecibo Radio Telescope

管理機構

史丹佛國際研究中心等

類型

固定望遠鏡

直徑

350米

所在地

波多黎各，阿雷西沃

背景資料

1957年10月英國的Lovell射電望遠鏡于投入使用，直徑達到76米光學望遠鏡越造越大的同時，射電望遠鏡的口徑也是越造越大射電望遠鏡的基本原理和光學反射望遠鏡相似，投射來的電磁波被一精確鏡面反射后，同相到達公共焦點用旋轉拋物面作鏡面易于實現同相聚焦。

射電望遠鏡天線大多是拋物面因為射電望遠鏡的極限分辨率取決于望遠鏡的口徑和觀測所用的波長口徑越大，波長越短，分辨率越高由于無線電波的波長要遠遠大于可見光的波長，因此射電望遠鏡的分辨本領遠遠低于相同口徑的光學望遠鏡，而射電望遠鏡的天線又不能無限做大這在射電天文學誕生的初期嚴重阻礙了射電望遠鏡的發展。

基本簡介

阿雷西博是一個射電望遠鏡，它是世界上最大的單臺射電望遠鏡，直徑350米，設在中美洲波多黎各（美國托管地）。這樣一口碩大無朋的“鍋”是沒法像一般的射電望遠鏡那樣隨意轉動的——人們還無法讓這樣一個巨無霸既靈活轉動又保持自身的形狀不變。于是，人們干脆將計就計，把它安放在了一個山谷中。

這個遠遠望去就像野餐用的鐵鍋的望遠鏡接受了很多非常寶貴的射電信息。當它正式投入使用的時候，還像武仙座發出了人類第一份有意識表達自己存在的電報。今天，阿雷西博仍然是天文學家非常重要的研究工具。人們所熟悉的“搜尋地外文明”計劃(SETI)就是由阿雷西博執行的——它全天候的接收來自地外（同樣也來自地球，事實上地球上的干擾也占了很大一部分）的信號。

阿雷西博射電望遠鏡（Arecibo Radio Telescope）。它位于波多黎各的西南部的阿雷西博附近。望遠鏡是被建造在喀斯特地形（Karst terrain）凹地里的直徑為305米（1000英尺）的一個碟形天線。大約需要100億只普通的碗所盛的谷子才能將它填平。這個碟形天線的表面超過20英畝，具有18英畝或者說18個足球場那么大的光圈。碟形天線可以反射并將天空中微弱的信號集中在懸在正上方450英尺的接受天線上。

由于碟形天線是固定的無法轉動，所以接受天線被裝在一條弓形的軌道上，這樣它們可以“觀察”在他們頂點（正上方）20度范圍內的目標。這條弓形臂被安裝在另一個環形的軌道上，可以讓接收天線跟隨由于地球本身的自轉而掠過天線上空的目標。這兩種方式的移動可以使射電望遠鏡有能力掃描更多的一部分天空。

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，會讀到如右圖所示的信息，從上到下依次為：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，成為當今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。

結構建造

研制阿雷西博射電望遠鏡是康乃爾大學的電子工程教授WilliamE.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。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射電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。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邊緣的其它射電源。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PSR191316。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，終于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PSR125712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功率大大提高。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。

科學探測

為了探測月球、小行星、彗星、行星及其衛星，人們為其配備了一部波長為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：測量出水星的自轉和北極附近的“水冰”的環狀結構；與格林班克100米射電望遠鏡組成雷達世界上口徑最大的阿雷西博射電望遠鏡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對可能威脅地球的近地小行星，并對它們進行監測。

1959年美國康內爾大學的天文學家柯康尼和毛里森在英國《自然》雜志發表了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的建議，得到了強烈的反映。

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，希圖接收到地外文明發來的無線電波信號，沒有成功。這不得不在以后的后來的“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M31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。

流行文化

1997年的電影《超時空接觸》中，男主角提到了阿雷西博射電望遠鏡。

2010年的游戲《正當防衛2》中，阿雷西博天文臺是其中的一個場景。

2013年的游戲《戰地4》中，多人游戲地圖“傳輸中心”取景自阿雷西博射電望遠鏡，不過其原型是500米口徑球面射電望遠鏡。

故障事故

據美國有線電視新聞網(CNN)2020年12月1日報道，NSF當天在推特上說，“阿雷西博射電望遠鏡的平臺一夜之間坍塌，所幸沒有人員傷亡報告?！惫こ處熞言u估了損壞情況，確定望遠鏡的三個支撐塔全部斷裂，重達900噸的接收平臺墜落到下面的碟形反射盤上。此外，望遠鏡的支撐鋼纜也已斷裂。

長期在阿雷西博天文臺工作的物理學家門德斯對美國《商業內幕》表示，“現在唯一在做類似研究的地方是中國500米口徑球面射電望遠鏡，它比阿雷西博要靈敏。失去阿雷西博，就失去了一天24小時監控微弱無線電信號的能力，現在我們只有一只眼睛了?！?/p>

CNN稱，坍塌是對地球上最強大的望遠鏡之一的最后一擊。幾十年來，阿雷西博望遠鏡一直在為天文發現提供幫助，并經受住了颶風、地震和熱帶風暴的考驗。不過，它已經傷痕累累。就在望遠鏡坍塌前的11月19日，NSF宣布，該望遠鏡將被關閉并以可控方式拆除。阿雷西博天文臺將被關閉的消息宣布后，曾有3.5萬人參與網絡簽名活動，請求拯救該望遠鏡。[1]

參考資料