阿雷西博望遠鏡

為了觀測遙遠 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(lǐng)強、覆蓋天區(qū)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(shù)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(qū)有限，其他大型射電望遠鏡仍然起著非常重要的作用。

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(fā)現(xiàn)第一個射電脈沖雙星系統(tǒng)PSR191316。這是一個雙中子星系統(tǒng)，軌道周期為7.75小時。根據(jù)廣義相對論理論推算，這個雙星系統(tǒng)的引力輻射十分強。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(jié)果與廣義相對論計算結(jié)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(xué)獎，這也成為阿雷西博射電望遠鏡的驕傲。

1991年，天文學(xué)家沃斯贊和弗雷爾用這個望遠鏡發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星PSR125712的行星系統(tǒng)，又一次轟動科學(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，射電望遠鏡是借助雷達技術(shù)發(fā)展起來的，而雷達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--雷達天文學(xué)。阿雷西博射電望遠鏡配備了一臺強大的無線電發(fā)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(fā)射出去，定向發(fā)射可以使發(fā)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。

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(fā)送了一串由1679個二進制數(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，會讀到如下的信息:用二進制表示的1-10十個數(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;望遠鏡的口徑和波長。向球狀星團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。

研制阿雷西博雷達望遠鏡是康乃爾大學(xué)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(xué)和雷達天文學(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(xué)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望遠鏡利用了石灰?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，減少了造價和技術(shù)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(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?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)動天線來對準處在不同天區(qū)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(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點上，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(fā)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(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)。圓屋的設(shè)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。

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(fā)送了一串由1679個二進制數(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(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;望遠鏡的口徑和波長。向球狀星團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。

為了觀測遙遠的天體，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(lǐng)強、覆蓋天區(qū)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(shù)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(qū)有限，其他大型射電望遠鏡仍然起著非常重要的作用。