一息尚存的阿雷西博，给我浴火重生吧！
原作：MONICA YOUNG
翻译：黄雪妮
校对：艾宇熙 毕琳 郑仓晟
编排：王招君
后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳
原文链接：
https://skyandtelescope.org/astronomy-news/arecibo-to-be-determined-future/
随着波多黎各阿雷西博天文台(Arecibo Observatory)的清理工作逐步开展，一些科学家正提议用一个全新的天线来替代现在这个受损的但受人敬仰的射电天线。
美国国家科学基金会(NSF)上周向国会提交了一份报告，详细说明了吊在反射盘上方的重达900吨的设备平台倒塌后给这个305米口径的射电望远镜造成的损害。该报告披露了导致倒塌事件的细节，并展望了阿雷西博天文台的下一步发展。
尽管阿雷西博的部分功能还能运作，但是美国国家科学基金会也在考虑修复其它功能。与此同时，一组科学家和工程师提议全面更换这个射电望远镜，大幅提高功率和灵敏度。
倒塌
这张照片显示了阿雷西博的第一次钢缆故障造成的破坏。
图片来源：UCF/美国国家科学基金会
美国国家科学基金会报告概述了事件的详细时间表:
▶ 美国东部时间 2020年8月10日 早上 3:00
4号塔的一根辅助钢缆从链座掉落到反射盘上，组成反射盘的4万块铝瓦中的250块受到损坏。
▶ 八月和九月
工程师们建立支撑结构模型，并确定安全计划，以便进入4号塔的链座。他们还为维修制定了一个稳定计划。
▶ 九月底
美国国家科学基金会批准订购新的钢缆，预计12月到达。稳定工作定在11月9日开始。
▶ 十月初
工程师们把这个坏掉的链座取下来，送到美国宇航局肯尼迪航天中心进行分析。
▶ 2020年11月6日 晚上8：15
4号塔的一根主钢缆断了。
▶ 2020年11月19日
美国国家科学基金会宣布，305米口径的射电望远镜将不得不拆除，因为继续维修，将会带来人员伤亡危险。
▶ 2020年11月24日
美国国家科学基金会证实，其他钢缆也在断裂。
▶ 202年12月1日 早上7：00
4号塔剩下的缆绳突然断裂，悬挂着的接收设备平台坠落到下面的盘子上，造成了巨大的破坏。
这次坍塌还摧毁了顶部18米(60英尺)的4号和12号塔，以及顶部37米的8号塔。令人惊讶的是，在碟形反射盘、塔和其他支撑结构之外，破坏非常有限。天文台的一些设施仍在运作，包括激光雷达和观测大气的光学镜，以及一个12米口径的射电望远镜。
美国国家科学基金会表示，对坍塌事件的调查正在进行中。工程师们继续调查辅助钢缆和主钢缆坍塌的原因，美国国家科学基金会透露，主钢缆“比预期的要脆弱”。主要和辅助钢缆分别建立于20世纪60年代和90年代。国家科学基金会预计在2021年12月之前完成这些调查的最终报告。
这张照片拍摄于2020年12月8日，显示了阿雷西博天文台305米口径的望远镜在坍塌后受到的损坏。在望远镜的碟面上可以看到接收平台的残片。
资料来源：Michelle Negron/美国国家科学基金会
维修
清理工作已经开始，但这是一个漫长的过程，将持续到2022年，耗资约3000万至5000万美元。工程师们绘制了坍塌的废墟地图，工作人员也取得了不错的进展，如下图所示。清理工作不仅仅是移除机器; 还要考虑对环境的影响。例如，坍塌过程中释放的液压油污染的土壤也要一并清除。
阿雷西博305米口径反射盘的鸟瞰图，图中显示清理工作已经在进行中。工人们已经清除了大部分的残骸，露出了地面，现在可以到达反射盘左上方坍塌的接收平台。
图片来源：美国国家科学基金会
但是，任何在科学上仍然可用的东西都留在了原地，因为美国国家科学基金会还在考虑如何修复它们。基金会将在今年4月召开一次科学家和工程师会议，以商讨下一步措施。
一个可行的方案是重建305米口径的反射盘，并使用高频电离层加热器和非相干散射雷达等仪器继续研究地球大气。
但要进行天文学或行星的研究，就必须更换这个反射盘。由阿雷西博高级科学家Anish Roshi领导的团队提议用全新的，更强功率的望远镜完全替代现有的望远镜。
替代
这是Roshi和他的同事们在一份白皮书中概述的想法:下一代阿雷西博望远镜将把数百个，甚至超过1000个更小的反射盘装入现在的305米口径的单个反射盘的空间内。这些小巧的反射盘一起运作起来就像一个更大的望远镜(不需要悬挂的仪器平台)。
理想情况下，这些反射盘将放在一个单一的、可倾斜的平台上，以便从阿雷西博可以覆盖更大范围的天空;多个平台也可以做到这一点。
图中显示了下一代阿雷西博望远镜的两种可能设计:左为1112个直径为9米的反射镜，右为400个直径为15米的反射镜。在这两种情况中，阵列都放置在一个单独的可倾斜平台上。
图片来源：Roshi et al. / arXiv
翻修后的望远镜能够覆盖的天空范围将是传统望远镜的两倍宽，单个图像的视场将是原来的500倍，灵敏度至少是原来的两倍，雷达功率是原来的五倍。
这些增强的功能会给太空探测带来更多的福音。例如，天空覆盖范围的扩大将把银河系中心纳入视野中，使得天文学家能够寻找围绕超大质量黑洞运行的脉冲星，从而让前所未有的广义相对论的验证成为可能。
粗略估计，这样一个设施的成本为4.54亿美元，低于《复仇者联盟4:终局之战》的制作和营销成本。望远镜的设计一旦敲定，成本预估将会更加准确。
该团队在其网站上表示:“下一代阿雷西博望远镜不会从零开始。”“它将充分利用现有的基础设施、几十年的经验，以及当地人民和政府的支持。”
克里米亚的Pluton雷达系统由8个反射器组成，每个反射器直径为16米。它是一个安装在平台上的小型碟形阵列实例。
图片来源：Rumlin / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0
计划尚待确定
这一计划固然令人兴奋，但要最终做出决定可能还有很长的路要走。
“美国国家科学基金会在集资和建造大型基础设施(包括望远镜)方面有一个非常明确的流程，”美国国家科学基金会天文部门主任Ralph Gaume说。“这将是一个历时多年的过程，涉及国会拨款、科学界的评估和需求。所以现在对替换做出评论还为时过早。”
但值得注意的是,除了要维修阿雷西博,美国国家科学基金会还需要提供资金修建和维护Vera C. Rubin 天文台,Daniel K. Inouye 太阳望远镜,智利的阿塔卡马大型毫米[/亚毫米]波阵, LIGO引力波探测器和其他设施。所有的这些昂贵的大型设备都得争夺同一资金。
一项单独的国会拨款理论上是可能的——重建1988年意外坍塌的100米口径的格林班克射电望远镜的资金就是这么来的。波多黎各的政治情况与西维吉尼亚有些不同，但是一些代表表示支持重建阿雷西博。
天文学团体的十年调查，将在几个月后发布，这个调查通常会规划未来10年(或更久)的优先资助项目，因此它也可能在决定阿雷西博的命运中发挥作用。
无论现状如何，都希望阿雷西博有一个完美的归宿，亦或者是新生！
『天文时刻』 牧夫出品
微信公众号：astronomycn
IC1318：气体和尘埃中的蝴蝶星云
Image Credit : Alan Pham