阿雷西博望遠鏡

阿雷西博望遠鏡，位於波多黎各島的山谷中，是世界上第二大的單面口徑射電望遠鏡，直徑達305米，後擴建為350米，由康奈爾大學管理。阿雷西博望遠鏡是固定望遠鏡，不能轉動只能通過改變天線潰源的位置掃描天空中的一個帶狀區域。

基本介紹

• 中文名：阿雷西博望遠鏡
• 直徑：305米
• 管理單位：康奈爾大學
• 類型：單面口徑射電望遠鏡

名稱來源

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傳送了一串由1679個二進制數字

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1-10十個數字；DNA所包含的化學元素序號；核甘酸的化學式；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傳送信息的原因是其中的恆星分布比較密集，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》的部分場景是在這裡拍攝的。

主要套用

為了觀測遙遠的天體，天文學家必須要研製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於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台可跟蹤信號的射電望遠鏡，口徑100米，靈敏度高、分辨本領強、覆蓋天區廣、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台望遠鏡的天線要大約10倍，靈敏度提高約1個數量級，成為當今最強大的單天線射電望遠鏡。然而，由於它覆蓋的天區有限，其他大型射電望遠鏡仍然起著非常重要的作用。

科學探測

為了探測月球、小行星、彗星、行星及其衛星，人們為其配備了一部波長為126厘米，發射功率為百萬瓦的發射機和雙偏振微波接收機。從接收到的目標反射回來的信號回波，可以獲得被探測物的表面的圖像。雷達探測的研究成果很廣泛，也很顯赫：測量出水星的自轉和北極附近的“水冰”的環狀結構；與格林班克100米射電望遠鏡組成雷達

干涉儀獲得金星局部地區的高解析度的地形圖；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入地點；發現兩個離地球很近的雙小行星系，阿雷西博雷達還發現一些對可能威脅地球的近地小行星，並對它們進行監測。

1959年美國康內爾大學的天文學家柯康尼和毛里森在英國《自然》雜誌發表了一篇先驅性的論文中提出，利用現有的設備，在1420兆赫頻率附近搜尋地外文明的建議，得到了強烈的反映。1960年開始了人類歷史上第一次有計畫地搜尋地外文明的奧茲瑪計畫以及第二期奧茲瑪計畫，利用比較小的射電望遠鏡在21厘米波段，對662顆離地球較近的類太陽恆星進行監測，希圖接收到地外文明發來的無線電波信號，沒有成功。這不得不在以後的後來的“高解析度微波巡視”計畫中使用最大的阿雷西博射電望遠鏡，對100光年以內的800多顆類太陽恆星進行監測，結果還是一無所獲。為了主動與地外文明聯繫，1974年用阿雷西博雷達曾向武仙座M31球狀星團發電報，告訴“武仙座”的智慧型生物，關於太陽系，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。電報是用是二進制的系列脈衝寫的，以每秒10個字的速度發出，它以光速傳播，達到目的地要2400年，如果收到後立即給我們回電，地球人要在4800年以後才能收到。

結構建造

研製阿雷西博雷達望遠鏡是康乃爾大學的電子工程教授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和雷達天文學上發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%的工作時間用於射電天文觀測，大氣研究占15%，剩下的5%用於雷達天文學的研究。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岩構成喀斯特地形，用其中的尺度合適、比較對稱的碗形大坑作為底座，減少了造價和技術難度。這個射電望遠鏡於1963年建造，主反射面是球面，原來的天線是金屬網，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年以後，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範圍擴展為波長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，由固定在石灰岩中的鋼索網支撐。固定在地面上的天線可以做得很大，其缺陷是不能通過轉動天線來對準處在不同天區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範圍的天體射電波，藉助饋源的移動可以在相當大的天區範圍(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，而要採取比較複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，最初採用長約28米的線性饋源的方法，後來改進為改正鏡的方法。

一個重達500噸的三角形平台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。平台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後再反射到第三反射面，最後到達接收機屋內的焦點上，不同的饋源連線在不同波段的接收機上，各個接收機裝置在一個可轉動的圓盤上，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。圓屋的設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。

觀測發現

阿雷西博觀測站於1963年11月1日正式開幕，從那以後，有幾千位科學家使用了它，也迎來了各種年齡各種職業的參觀者。電影明星和好來塢電影製片人也常常光顧這裡，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、脈衝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年泰勒和赫爾斯發現第一個射電脈衝雙星系統PSR191316。這是一個雙中子星系統，軌道周期為7.75小時。根據廣義相對論理論推算，這個雙星系統的引力輻射十分強。引力輻射將導致雙星系統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，獲得這顆脈衝星20年的軌道周期值，證明觀測結果與廣義相對論計算結果符合得很好，終於證實了引力波的存在。泰勒和赫爾斯一起榮獲1993年諾貝爾物理學獎，這也成為阿雷西博射電望遠鏡的驕傲。

1991年，天文學家沃斯贊和弗雷爾用這個望遠鏡發現毫秒脈衝星PSR125712的行星系統，又一次轟動科學界。這是天文學家首次發現的太陽系外的行星系統，是一次重大的突破。太陽系空間探測和地外文明的搜尋，射電望遠鏡是藉助雷達技術發展起來的，而雷達後來也成為直接探測天體的一種手段，發展成一門新的學科——雷達天文學。阿雷西博射電望遠鏡配備了一台強大的無線電發射機。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髮射出去，定向發射可以使發射功率大大提高。無線電波碰上固體狀物體後會被反射回來，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。正是由於這個望遠鏡的特點，使其當仁不讓地成為世界上最強大的雷達。