阿雷西博射电望远镜（美国的天文望远镜）

阿雷西博射电望远镜

美国的天文望远镜

阿雷西博射电望远镜（英文：Arecibo Radio Telescope），正式名称是阿雷西博天文台（英文：Arecibo Observatory），由史丹佛国际研究中心、美国国家科学基金会与康奈尔大学管理。是世界上第二大的单面口径射电望远镜。该望远镜位于波多黎各的阿雷西博（又名阿雷西沃），直径达305米，后扩建为350米。阿雷西博望远镜是固定望远镜，不能转动，只能通过改变天线馈源的位置扫描天空中的一个带状区域。

背景资料

1957年10月英国的Lovell射电望远镜于投入使用，直径达到76米光学望远镜越造越大的同时，射电望远镜的口径也是越造越大射电望远镜的基本原理和光学反射望远镜相似，投射来的电磁波被一精确镜面反射后，同相到达公共焦点用旋转抛物面作镜面易于实现同相聚焦。

射电望远镜天线大多是抛物面因为射电望远镜的极限分辨率取决于望远镜的口径和观测所用的波长口径越大，波长越短，分辨率越高由于无线电波的波长要远远大于可见光的波长，因此射电望远镜的分辨本领远远低于相同口径的光学望远镜，而射电望远镜的天线又不能无限做大这在射电天文学诞生的初期严重阻碍了射电望远镜的发展。

基本简介

阿雷西博是一个射电望远镜，它是世界上最大的单台射电望远镜，直径350米，设在中美洲波多黎各（美国托管地）。这样一口硕大无朋的“锅”是没法像一般的射电望远镜那样随意转动的——人们还无法让这样一个巨无霸既灵活转动又保持自身的形状不变。于是，人们干脆将计就计，把它安放在了一个山谷中。

这个远远望去就像野餐用的铁锅的望远镜接受了很多非常宝贵的射电信息。当它正式投入使用的时候，还像武仙座发出了人类第一份有意识表达自己存在的电报。今天，阿雷西博仍然是天文学家非常重要的研究工具。人们所熟悉的“搜寻地外文明”计划(SETI)就是由阿雷西博执行的——它全天候的接收来自地外（同样也来自地球，事实上地球上的干扰也占了很大一部分）的信号。

阿雷西博射电望远镜（Arecibo Radio Telescope）。它位于波多黎各的西南部的阿雷西博附近。望远镜是被建造在喀斯特地形（Karst terrain）凹地里的直径为305米（1000英尺）的一个碟形天线。大约需要100亿只普通的碗所盛的谷子才能将它填平。这个碟形天线的表面超过20英亩，具有18英亩或者说18个足球场那么大的光圈。碟形天线可以反射并将天空中微弱的信号集中在悬在正上方450英尺的接受天线上。

由于碟形天线是固定的无法转动，所以接受天线被装在一条弓形的轨道上，这样它们可以“观察”在他们顶点（正上方）20度范围内的目标。这条弓形臂被安装在另一个环形的轨道上，可以让接收天线跟随由于地球本身的自转而掠过天线上空的目标。这两种方式的移动可以使射电望远镜有能力扫描更多的一部分天空。

名称来源

1974年为庆祝改造完成，阿雷西博望远镜向距离地球25,000光年的球状星团M13发送了一串由1679个二进制数字组成的信号，称为阿雷西博信息。

如果信息被地外智慧生命所接收，会读到如右图所示的信息，从上到下依次为：用二进制表示的1-10十个数字；DNA所包含的化学元素序号；核甘酸的化学式；DNA的双螺旋形状；人的外形；太阳系的组成；望远镜的口径和波长。

向球状星团M13发送信息的原因是其中的恒星分布比较密集，被地外智慧生命接收的可能性较大。阿雷西博射电望远镜因其壮观的外形受到影视作品的青睐。007系列黄金眼和电影《接触》的部分场景是在这里拍摄的。

主要应用

为了观测遥远的天体，天文学家必须要研制能检测出极其微弱的天体射电信号的望远镜。全世界所有的射电望远镜在60年中所收集到所有天体射电源的能量仅仅相当于几个雨滴撞击地面所释放的能量。德国埃费尔斯贝格和美国格林班克的两台可跟踪信号的射电望远镜，口径100米，灵敏度高、分辨本领强、覆盖天区广、跟踪灵活方便，堪称望远镜中的精品。

但是，要观测更弱的射电源，还显不足。美国305米口径的阿雷西博射电望远镜的接收面积比上述两台望远镜的天线要大约10倍，灵敏度提高约1个数量级，成为当今最强大的单天线射电望远镜。然而，由于它覆盖的天区有限，其他大型射电望远镜仍然起着非常重要的作用。

结构建造

研制阿雷西博射电望远镜是康乃尔大学的电子工程教授WilliamE.Gordon为研究电离层提出的，因此最初的名称是阿雷西博电离层观测站。然而这个望远镜却在射电天文学和雷达天文学上发挥了更加重要的作用。不久，便改称国家天文和电离层中心(NAIC)。

阿雷西博射电望远镜80%的工作时间用于射电天文观测，大气研究占15%，剩下的5%用于雷达天文学的研究。世界上最灵敏的射电望远镜和雷达，建在波多黎各的阿雷西博射电望远镜利用了石灰岩构成喀斯特地形，用其中的尺度合适、比较对称的碗形大坑作为底座，减少了造价和技术难度。这个射电望远镜于1963年建造，主反射面是球面，原来的天线是金属网，最短只能工作在50厘米波段。

1972～1974年改建，由38778块金属板拼接而成，使工作波段达到5厘米。1980年以后，又进行了一次改建，把天线直径扩大到366米。1997年的改造使观测频率范围扩展为波长6米到3厘米，使望远镜可以观测到更多的分子谱线。球面天线直径305米，深508米，由固定在石灰岩中的钢索网支撑。

固定在地面上的天线可以做得很大，其缺陷是不能通过转动天线来对准处在不同天区的射电源和进行跟踪。球面天线与抛物面天线不同，没有主光轴，可以接收来自较大角度范围的天体射电波，借助馈源的移动可以在相当大的天区范围(约20°)扫描或跟踪。来自天体的射电波不能像抛物面那样聚集到一个点上，而要采取比较复杂的改正镜或线性馈源的方法来收集能量。为了增加可观测的波段和提高灵敏度，最初采用长约28米的线性馈源的方法，后来改进为改正镜的方法。

一个重达500吨的三角形平台和可移动馈源臂悬挂在主反射面上空，由连在三座高达100米铁塔的18根钢索支撑着。平台下方悬挂着离主反射面508米的一个圆屋，圆屋重75吨，直径24米，在其中放置了两个反射面(称之为格雷果里副反射面)、雷达发射机和微波接收机。

这两个反射面分别是第二和第三反射面，其直径分别为21'9米和7'9米。射到主反射面的天体射电波被反射到第二个反射面然后再反射到第三反射面，最后到达接收机屋内的焦点上，不同的馈源连接在不同波段的接收机上，各个接收机装置在一个可转动的圆盘上，可以很容易把所需的接收机移到焦点处。圆屋可以沿着曲线的臂上下运动，这个臂也可以旋转。圆屋的设计是为了防止恶劣天气对小反射面的伤害，也可以防止人为的电磁干扰。

观测发现

阿雷西博观测站于1963年11月1日正式开幕，从那以后，有几千位科学家使用了它，也迎来了各种年龄各种职业的参观者。电影明星和好来坞电影制片人也常常光顾这里，拍摄了好几部不同题材的电影。阿雷西博射电望远镜主要的研究对象是类星体、脉冲星以及处在宇宙边缘的其它射电源。最激动人心的观测成果是1974年泰勒和赫尔斯发现第一个射电脉冲双星系统PSR191316。这是一个双中子星系统，轨道周期为7.75小时。

根据广义相对论理论推算，这个双星系统的引力辐射十分强。引力辐射将导致双星系统轨道周期的明显变化。泰勒教授利用阿雷西博射电望远镜进行上千次的观测，获得这颗脉冲星20年的轨道周期值，证明观测结果与广义相对论计算结果符合得很好，终于证实了引力波的存在。泰勒和赫尔斯一起荣获1993年诺贝尔物理学奖，这也成为阿雷西博射电望远镜的骄傲。

1991年，天文学家沃斯赞和弗雷尔用这个望远镜发现毫秒脉冲星PSR125712的行星系统，又一次轰动科学界。这是天文学家首次发现的太阳系外的行星系统，是一次重大的突破。太阳系空间探测和地外文明的搜索，射电望远镜是借助雷达技术发展起来的，而雷达后来也成为直接探测天体的一种手段，发展成一门新的学科——雷达天文学。

阿雷西博射电望远镜配备了一台强大的无线电发射机。巨大的天线具有非常高的方向性，使无线电波聚集成非常小的辐射束发射出去，定向发射可以使发射功率大大提高。无线电波碰上固体状物体后会被反射回来，但是回波的能量很小，需要灵敏度非常高的射电望远镜来接收。正是由于这个望远镜的特点，使其当仁不让地成为世界上最强大的雷达。

科学探测

为了探测月球、小行星、彗星、行星及其卫星，人们为其配备了一部波长为126厘米，发射功率为百万瓦的发射机和双偏振微波接收机。从接收到的目标反射回来的信号回波，可以获得被探测物的表面的图像。雷达探测的研究成果很广泛，也很显赫：测量出水星的自转和北极附近的“水冰”的环状结构；与格林班克100米射电望远镜组成雷达世界上口径最大的阿雷西博射电望远镜干涉仪获得金星局部地区的高分辨率的地形图；以几百英尺的精确度为阿波罗登月船和海盗号确定在月球上最好的登陆地点；发现两个离地球很近的双小行星系，阿雷西博雷达还发现一些对可能威胁地球的近地小行星，并对它们进行监测。

1959年美国康内尔大学的天文学家柯康尼和毛里森在英国《自然》杂志发表了一篇先驱性的论文中提出，利用现有的设备，在1420兆赫频率附近搜寻地外文明的建议，得到了强烈的反映。

1960年开始了人类历史上第一次有计划地搜寻地外文明的奥兹玛计划以及第二期奥兹玛计划，利用比较小的射电望远镜在21厘米波段，对662颗离地球较近的类太阳恒星进行监测，希图接收到地外文明发来的无线电波信号，没有成功。这不得不在以后的后来的“高分辨率微波巡视”计划中使用最大的阿雷西博射电望远镜，对100光年以内的800多颗类太阳恒星进行监测，结果还是一无所获。

为了主动与地外文明联系，1974年用阿雷西博雷达曾向武仙座M31球状星团发电报，告诉“武仙座”的智能生物，关于太阳系，氢、碳、氮、氧、磷五种重要元素，人类生命、人体形状和高度、地球上的人口等信息。电报是用是二进制的系列脉冲写的，以每秒10个字的速度发出，它以光速传播，达到目的地要2400年，如果收到后立即给我们回电，地球人要在4800年以后才能收到。

流行文化

1997年的电影《超时空接触》中，男主角提到了阿雷西博射电望远镜。

2010年的游戏《正当防卫2》中，阿雷西博天文台是其中的一个场景。

2013年的游戏《战地4》中，多人游戏地图“传输中心”取景自阿雷西博射电望远镜，不过其原型是500米口径球面射电望远镜。

故障事故

据美国有线电视新闻网(CNN)2020年12月1日报道，NSF当天在推特上说，“阿雷西博射电望远镜的平台一夜之间坍塌，所幸没有人员伤亡报告。”工程师已评估了损坏情况，确定望远镜的三个支撑塔全部断裂，重达900吨的接收平台坠落到下面的碟形反射盘上。此外，望远镜的支撑钢缆也已断裂。

长期在阿雷西博天文台工作的物理学家门德斯对美国《商业内幕》表示，“现在唯一在做类似研究的地方是中国500米口径球面射电望远镜，它比阿雷西博要灵敏。失去阿雷西博，就失去了一天24小时监控微弱无线电信号的能力，现在我们只有一只眼睛了。”

CNN称，坍塌是对地球上最强大的望远镜之一的最后一击。几十年来，阿雷西博望远镜一直在为天文发现提供帮助，并经受住了飓风、地震和热带风暴的考验。不过，它已经伤痕累累。就在望远镜坍塌前的11月19日，NSF宣布，该望远镜将被关闭并以可控方式拆除。阿雷西博天文台将被关闭的消息宣布后，曾有3.5万人参与网络签名活动，请求拯救该望远镜。

参考资料

1.美国阿雷西博望远镜塌了，世界只剩中国FAST一只“天眼·中国新闻网