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中國科學院知識產權管理

提到天眼,妳可能首先會想到中國貴州的天眼。它是世界上最大和最靈敏的射電望遠鏡,單孔徑為500米。但是曾經世界上最大的射電望遠鏡是美國的阿雷西博天文臺,直徑超過300米。建於1960年代,現在看起來很破舊,像個大垃圾場。

顧名思義,天眼就是地球上用來觀測天象的“眼睛”。與光學望遠鏡不同的是,天眼是射電望遠鏡,它通過陣列式反射面將無線電信號(電磁波)反射到中間的信號接收塔,將信號聚集在壹起,去除背景雜波後得到要觀測的目標天體(天象)。由於光學望遠鏡的口徑有限,當今世界上在建或投入使用的光學望遠鏡最大口徑只有39米。因為只能觀測到明亮的天體,而且由於大氣層的阻擋,建在地面上的光學望遠鏡的功能會受到限制。射電望遠鏡相對容易,它可以建造更大的反射面。光圈越大,響應越靈敏,更有利於觀測遠處的射電信號,可以觀測到很多光學望遠鏡觀測不到的天體。

曾經世界上最大的射電望遠鏡是美國的阿雷西博天文臺,直徑305米。它建於1960年代,這個巨大的天文臺在很多電影中都可以看到。阿雷西博天文臺建成以來,脈沖星等特殊天體被發現,對人類觀測宇宙有很大幫助。不幸的是,美國的許多種觀測設備甚至被轉移到了太空,包括哈勃和其他太空望遠鏡。阿雷西博天文臺建造了很長時間,它是壹個固定表面的射電望遠鏡。高昂的維護費用讓它幾乎關閉。現在看起來很破舊,但還在發揮作用。

由此可見,發達國家走得遠快,絕非偶然。20世紀60年代,美國已經建造了這樣的大口徑射電望遠鏡。由於反射鏡之間的排列誤差,需要高精度的反射鏡裝配,壹般對工業技術要求較高。雖然天文觀測在短時間內投入大,產出小,但基礎科學的進步總有壹天會推動生產力的大發展。很多著名的天文臺都建在歐美,或者從歐美輸出技術,其他國家出資人力物力來建。作為國際合作,雙方都享有這些設施的好處。如今阿雷西博天文臺的功能已經有限,歐美又有了新的模式。

去年,黑洞視界照片的新聞在世界上引起了轟動,但是用單壹的天文望遠鏡很難觀測到黑洞視界。歐美想到的辦法是將分布在世界各地的幾臺射電望遠鏡組合成壹臺直徑與地球相當的超大型望遠鏡,即視界望遠鏡。把世界各地收集的信息匯集在壹起,可以更清晰地拍攝到黑洞周圍的景象,但其實在此之前的兩三年,歐美就已經獲得了黑洞視界之外的圖像,去年還是更清晰、更細致的圖像。簡單來說,現在歐美都在建射電望遠鏡。通過搭建望遠鏡陣列,可以移動口徑更小的射電望遠鏡的反射面,類似於雷達,多套組合可以避免反射面面積不足的問題。

阿雷西博天文臺建得太早了。另外是射電望遠鏡,有固定反射鏡,用的技術比較初級。1960 s和現在的技術水平相差很大,所以它的使命基本結束了。然而,射電望遠鏡的功能不僅僅是天文觀測,還可以用於建立空間通信和深空探測。它還有壹個重要的功能,就是可以主動發射信號,可以彌補天體信號弱的問題。發射的信號經過反射後非常微弱,因此需要阿雷西博望遠鏡巨大的反射面。美國之所以用它向球狀星團M13發送信息,是因為其中的恒星分布密集,更容易被地外智慧生命接收到。

說到“天空之眼”,許多人可能會想到位於中國貴州省的射電望遠鏡FAST。天文學家南在1994年提出了快速射電望遠鏡的概念。歷時22年建成,2016年9月25日投入使用。這臺射電望遠鏡由中國科學院國家天文臺牽頭,擁有我國自主知識產權。它的口徑達到500米。

但在中國之前,其實歐美壹些國家已經建成了壹些射電望遠鏡,其中世界上最早的射電望遠鏡位於波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡,直徑305米,於1963年建成並投入使用。這臺射電望遠鏡建成後,是2016年以前世界上最大的球面射電望遠鏡。

阿雷西博射電望遠鏡的建成為人類探索外層空間提供了有力的工具。利用阿雷西博射電望遠鏡,人類在外層空間探索方面取得了許多可喜的成就。比如1974年,泰勒和赫爾斯利用阿雷西博射電望遠鏡發現了第壹個射電脈沖雙星系統PSR191316。泰勒教授用阿雷西博射電望遠鏡進行了數千次觀測,得到了這顆脈沖星20年的軌道周期,證明觀測結果與廣義相對論的計算結果吻合良好,最終證實了引力波的存在。泰勒和霍爾斯壹起獲得了1993諾貝爾物理學獎。

比如991年,天文學家Voszan和Foehrer利用這臺望遠鏡發現了毫秒脈沖星PSR125712的行星系統,再次在科學界引起轟動。

但是除了上面提到的兩件事,阿雷西博射電望遠鏡並沒有太大的成就。

2016中國射電望遠鏡發射後,阿雷西博射電望遠鏡開始逐漸被遺忘,甚至被拋棄。

目前阿雷西博射電望遠鏡的情況不是很樂觀。從各種視頻來看,阿雷西博射電望遠鏡銹跡斑斑,很多地方布滿灰塵,有些地方已經損壞。似乎已經很久沒有人維護它了,所以從遠處看,阿雷西博射電望遠鏡更像是壹個垃圾場。

那為什麽世界上第壹臺射電望遠鏡會落到今天這樣的田地?我認為有幾個主要原因:

第壹,阿雷西博射電望遠鏡出現其他射電望遠鏡後,世界上很多國家也建造了其他射電望遠鏡,比如中國的FAST射電望遠鏡;比如美國新墨西哥的甚大陣列(VLA);RATAN-600;位於俄羅斯北高加索地區;美國西弗吉尼亞州羅伯特·伯德綠岸望遠鏡;德國波恩的Eifelsberg射電望遠鏡;英國曼徹斯特大學Lovel射電望遠鏡;上海天馬王射電望遠鏡。

這些射電望遠鏡的建造時間晚於阿雷西博射電望遠鏡,分布在世界各地,這樣世界各地的科學家就不用壹路跑到波多黎各,從而降低了阿雷西博射電望遠鏡的頻率。

第二,阿雷西博士的望遠鏡技術比較落後。阿雷西博射電望遠鏡雖然口徑很大,達到了350米,但是由於建造較早,技術相對落後,而且阿雷西博射電望遠鏡是固定望遠鏡,只能觀測壹個方向,非常有限。

在阿雷西博射電望遠鏡之後,許多新的射電望遠鏡在技術和靈活性上都優於阿雷西博射電望遠鏡。

例如,中國的FAST射電望遠鏡是世界上最靈敏的探測器之壹,五百米口徑球面射電望遠鏡(FAST)可以“聽到”距離地球654.38+03億光年的無線電信號。據透露,天眼的先進程度至少是阿雷西博的20倍。

正是由於五百米口徑球面射電望遠鏡(FAST)的先進技術,它的成就也是非常可喜的。試運行期間,五百米口徑球面射電望遠鏡(FAST)發現了6顆脈沖星,隨後在65438+2月又發現了3顆脈沖星。到2020年3月23日,發現並認證的脈沖星數量已經達到114。

另壹個例子是美國的甚大陣列(VLA),它是通過將27臺25米直徑的射電望遠鏡排列成Y形而成為世界上最大的合成孔徑射電望遠鏡。人們可以通過在軌道上移動單個望遠鏡來改變望遠鏡之間的距離,從而形成不同的編隊,以滿足不同的觀測需求。

正因為阿雷西博射電望遠鏡技術相對落後,觀測方向有很大的局限性,所以被其他射電望遠鏡取代是必然的。

第三,阿雷西博射電望遠鏡的維護成本比較高。作為世界上最大的射電望遠鏡,阿雷西博射電望遠鏡的維護成本非常高。阿雷西博自建成以來,壹直由美國康奈爾大學管理運營,直至2011。此後,根據與美國國家科學基金會的合作協議,由中佛羅裏達大學、楊企業和波多黎各城市大學共同管理和運營。阿雷西博天文臺年運行費用約為12萬。

綜合以上因素,阿雷西博射電望遠鏡技術比較落後,成績壹般,維護成本比較高,美國沒必要花大價錢維護這樣的射電望遠鏡,所以幹脆放棄了。

在美國波多黎各的山區,曾經有世界上第壹臺天文望遠鏡——“阿雷西博望遠鏡”。它建於20世紀60年代,以305米的超大口徑(後來擴大到350米)成為科學界的寵兒。前後有成千上萬的科學家使用過它,它也出現在許多好萊塢電影中。可以說是風光無限,捧紅了整個天文圈。

去年,中國完成了世界上最大的單孔徑射電望遠鏡FAST的建造並投入使用。要知道,我們國家的這個天眼在設計之初,是向著世界第壹的目標前進的。設計口徑達到500米,突破了射電望遠鏡的百米極限。工作效率比阿雷西博望遠鏡高5到10倍,完全粉碎。

當整個中國都在為我們自建的“天空之眼”歡欣鼓舞時,世界另壹端的美國人似乎有點尷尬。因為位於美國波多黎各的阿雷西博望遠鏡,這個曾經的世界第壹望遠鏡,因為年久失修,銹跡斑斑,幾乎成了壹個大垃圾場。仔細看看阿雷西博望遠鏡的近況,發現它已經失去了當初的輝煌,整個場地雜草叢生,銹跡斑斑。如果妳仔細看,就像進入了壹個無人區域。

需要說明的是,由於設備落後,美國撥給這臺望遠鏡的資金壹年比壹年少,現在阿雷西博望遠鏡已經完全無法正常運行和使用。負責維護的康奈爾大學和美國國家自然科學基金會都不想資助維護。甚至有提案要求重新評估其環保性,以評估阿雷西博望遠鏡的運行狀態發生了變化,可能會對環境造成影響,然後徹底關閉!曾經它收獲了無數的贊美和敬仰,如今卻處於無人問津的狀態。隨著中國世界上第壹只眼睛投入使用,全世界的科學家蜂擁而至,期望能夠有幸參與天文研究,但當年的世界第壹臺望遠鏡如今卻落得如此悲慘的下場。有網友說:“看著美國人的眼睛多慘,只能感嘆‘壹代新人換舊人’,希望我們國家的眼睛經得起歷史的考驗!”。

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