阿雷西博望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡，直徑達(dá)305米，后擴(kuò)建為350米，由康奈爾大學(xué)管理。阿雷西博望遠(yuǎn)鏡是固定望遠(yuǎn)鏡，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，只能借助地球自轉(zhuǎn)并通過改變天線饋源的位置掃描天空中的一個(gè)帶狀區(qū)域。

2020年12月1日，阿雷西博望遠(yuǎn)鏡所有方美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）確認(rèn)，繼2020年兩次嚴(yán)重電纜事故后，望遠(yuǎn)鏡懸掛的接收設(shè)備平臺(tái)當(dāng)天墜落并砸毀了望遠(yuǎn)鏡反射盤（天線）表面，無人傷亡，但望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡向距離地球25,000光年的球狀星團(tuán)M13發(fā)送了一串由1679個(gè)二進(jìn)制數(shù)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(huì)讀到如下的信息：用二進(jìn)制表示的1-10十個(gè)數(shù)字；DNA所包含的化學(xué)元素序號；核甘酸的化學(xué)式；DNA的雙螺旋形狀；人的外形；太陽系的組成；望遠(yuǎn)鏡的口徑和波長。向球狀星團(tuán)M13發(fā)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(yuǎn)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(yīng)用

為了觀測遙遠(yuǎn)的天體，天文學(xué)家必須要研制能檢測出極其微弱的天體射電信號的望遠(yuǎn)鏡。全世界所有的射電望遠(yuǎn)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(dāng)于幾個(gè)雨滴撞擊地面所釋放的能量。德國埃費(fèi)爾斯貝格和美國格林班克的兩臺(tái)可跟蹤信號的射電望遠(yuǎn)鏡，口徑100米，靈敏度高、分辨本領(lǐng)強(qiáng)、覆蓋天區(qū)廣、跟蹤靈活方便，堪稱望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡的接收面積比上述兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的天線要大約10倍，靈敏度提高約1個(gè)數(shù)量級，成為當(dāng)時(shí)最強(qiáng)大的單天線射電望遠(yuǎn)鏡。然而，由于它覆蓋的天區(qū)有限，其他大型射電望遠(yuǎn)鏡仍然起著非常重要的作用。

科學(xué)探測

為了探測月球、小行星、彗星、行星及其衛(wèi)星，人們?yōu)榘⒗孜鞑┥潆娡h(yuǎn)鏡配備了一部波長為126厘米，發(fā)射功率為百萬瓦的發(fā)射機(jī)和雙偏振微波接收機(jī)。從接收到的目標(biāo)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(dá)探測的研究成果很廣泛，也很顯赫：測量出水星的自轉(zhuǎn)及其北極附近的“水冰”的環(huán)狀結(jié)構(gòu)；與格林班克100米射電望遠(yuǎn)鏡組成雷達(dá)干涉儀獲得金星局部地區(qū)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(diǎn)；發(fā)現(xiàn)兩個(gè)離地球很近的雙小行星系，阿雷西博雷達(dá)還發(fā)現(xiàn)一些可能威脅地球的近地小行星，并對它們進(jìn)行監(jiān)測。

1959年美國康奈爾大學(xué)的天文學(xué)家柯康尼和毛里森在英國《自然》雜志發(fā)表的一篇先驅(qū)性的論文中提出，利用現(xiàn)有的設(shè)備，在1420兆赫頻率附近搜尋地外文明，得到了強(qiáng)烈的反應(yīng)。1960年開始了人類歷史上第一次有計(jì)劃地搜尋地外文明的奧茲瑪計(jì)劃以及第二期奧茲瑪計(jì)劃，利用比較小的射電望遠(yuǎn)鏡在21厘米波段，對662顆離地球較近的類太陽恒星進(jìn)行監(jiān)測，希望接收到地外文明發(fā)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(jì)劃中使用最大的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡，對100光年以內(nèi)的800多顆類太陽恒星進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果還是一無所獲。為了主動(dòng)與地外文明聯(lián)系，1974年用阿雷西博雷達(dá)曾向武仙座M13球狀星團(tuán)發(fā)電報(bào)，告訴“武仙座”的智能生物，關(guān)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(bào)是用是二進(jìn)制的系列脈沖寫的，以每秒10個(gè)字的速度發(fā)出，它以光速傳播，達(dá)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(jié)構(gòu)建造

研制阿雷西博雷達(dá)望遠(yuǎn)鏡是康奈爾大學(xué)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(gè)望遠(yuǎn)鏡卻在射電天文學(xué)和雷達(dá)天文學(xué)上發(fā)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(yuǎn)鏡80%的工作時(shí)間用于射電天文觀測，大氣研究占15%，剩下的5%用于雷達(dá)天文學(xué)的研究。作為世界上最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡和雷達(dá)，建在波多黎各的阿雷西博望遠(yuǎn)鏡利用了石灰?guī)r構(gòu)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(jià)和技術(shù)難度。這個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡于1963年建造，主反射面是球面，原來的天線是金屬網(wǎng)，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(dá)到5厘米。1980年以后，又進(jìn)行了一次改建，把天線直徑擴(kuò)大到366米。1997年的改造使觀測頻率范圍擴(kuò)展為波長6米到3厘米，使望遠(yuǎn)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?guī)r中的鋼索網(wǎng)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(zhuǎn)動(dòng)天線來對準(zhǔn)處在不同天區(qū)的射電源和進(jìn)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(dòng)可以在相當(dāng)大的天區(qū)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(gè)點(diǎn)上，而要采取比較復(fù)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(jìn)為改正鏡的方法。

一個(gè)重達(dá)500噸的三角形平臺(tái)和可移動(dòng)饋源臂懸掛在主反射面上空，由連在三座高達(dá)100米鐵塔的18根鋼索支撐著。平臺(tái)下方懸掛著離主反射面508米的一個(gè)圓屋，圓屋重75噸，直徑24米，在其中放置了兩個(gè)反射面(稱之為格雷果里副反射面)、雷達(dá)發(fā)射機(jī)和微波接收機(jī)。這兩個(gè)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(gè)反射面然后再反射到第三反射面，最后到達(dá)接收機(jī)屋內(nèi)的焦點(diǎn)上，不同的饋源連接在不同波段的接收機(jī)上，各個(gè)接收機(jī)裝置在一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤上，可以很容易把所需的接收機(jī)移到焦點(diǎn)處。圓屋可以沿著曲線的臂上下運(yùn)動(dòng)，這個(gè)臂也可以旋轉(zhuǎn)。圓屋的設(shè)計(jì)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(fā)現(xiàn)

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(xué)家使用了它，也迎來了各種年齡各種職業(yè)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(yuǎn)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(dòng)人心的觀測成果是1974年泰勒和赫爾斯發(fā)現(xiàn)第一個(gè)射電脈沖雙星系統(tǒng)PSR1913 16。這是一個(gè)雙中子星系統(tǒng)，軌道周期為7.75小時(shí)。根據(jù)廣義相對論理論推算，這個(gè)雙星系統(tǒng)的引力輻射十分強(qiáng)。引力輻射將導(dǎo)致雙星系統(tǒng)軌道周期的明顯變化。泰勒教授利用阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)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(jié)果與廣義相對論計(jì)算結(jié)果符合得很好，間接證實(shí)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(xué)獎(jiǎng)，這也成為阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡的驕傲。

1991年，天文學(xué)家沃斯贊和弗雷爾用這個(gè)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星PSR1257 12的行星系統(tǒng)，又一次轟動(dòng)科學(xué)界。這是天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)的太陽系外的行星系統(tǒng)，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(yuǎn)鏡是借助雷達(dá)技術(shù)發(fā)展起來的，而雷達(dá)后來也成為直接探測天體的一種手段，發(fā)展成一門新的學(xué)科——雷達(dá)天文學(xué)。阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡配備了一臺(tái)強(qiáng)大的無線電發(fā)射機(jī)。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(fā)射出去，定向發(fā)射可以使發(fā)射距離大大提高。無線電波碰上固體狀物體后會(huì)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(yuǎn)鏡來接收。正是由于這個(gè)望遠(yuǎn)鏡的特點(diǎn)，使其當(dāng)仁不讓地成為世界上最強(qiáng)大的雷達(dá)。

損壞拆除

2020年8月，位于加勒比地區(qū)波多黎各的阿雷西博遭遇意外事故，一條支撐饋源平臺(tái)的鋼纜斷裂，把望遠(yuǎn)鏡反射面砸出一個(gè)約30米的口子。11月6日，望遠(yuǎn)鏡上一根設(shè)計(jì)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(yán)重的破壞。

2020年11月19日，美國國家自然科學(xué)基金會(huì)對3份工程報(bào)告進(jìn)行評估后認(rèn)為，阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的兩根鋼纜遭遇難以修復(fù)的損壞，結(jié)構(gòu)非常危險(xiǎn)，面臨倒塌風(fēng)險(xiǎn)，決定予以拆除。

2020年12月1日，阿雷西博望遠(yuǎn)鏡所有方美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）確認(rèn)，繼2020年兩次嚴(yán)重鋼纜事故后，望遠(yuǎn)鏡懸掛的接收設(shè)備平臺(tái)當(dāng)天墜落并砸毀了望遠(yuǎn)鏡反射盤（天線）表面，無人傷亡，但望遠(yuǎn)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(tái)的射電望遠(yuǎn)鏡因結(jié)構(gòu)失控而垮塌的事件，引發(fā)多方關(guān)注。此前，負(fù)責(zé)管理該望遠(yuǎn)鏡的美國國家科學(xué)基金會(huì)宣布，阿雷西博望遠(yuǎn)鏡將退役，并以可控方式拆除。