阿雷西博望远镜倒塌,部分天文观测希望将寄托在“中国天眼”_详细解读_最新资讯_热点事件

编者按:本文来自微信公众号“品玩”(ID:pinwancool),作者:李禾子,来源:人民数字与品玩联合出品,36氪经授权发布。

北京时间12月2日,美国国家科学基金会(NSF)确认,目前世界第二大单面口径球面射电望远镜、位于美国波多黎各的阿雷西博(Arecibo)射电望远镜已于当地时间2020年12月1日上午8时左右因结构失控而倒塌。据报道,阿雷西博望远镜塔尖折断,悬吊在空中的900吨接收设备平台直线坠落并砸毁了望远镜反射盘(天线)表面。

损毁后的阿雷西博望远镜

在2016年7月位于我国贵州省的500米口径球面射电望远镜(FAST,俗称“中国天眼”)建成前,阿雷西博望远镜一直是世界最大的单面口径球面射电望远镜。后者从1963年落成至今已服役57年,并在天文学领域有过诸多贡献。

由于射电望远镜观测的是比可见光更长、人眼无法看到的无线电波,因此常被用于脉冲星的观测。事实上,正是阿雷西博望远镜发现了人类历史上第一个脉冲双星系统(1974年),以及第一个毫秒脉冲星(1982年),证明了中子星的存在。

研究脉冲星的意义在于,脉冲星是中子星的一种,由恒星演化和超新星爆发形成,会周期性地发射脉冲讯号,这种星体的自转周期极其稳定,因而能够成为人类测量宇宙时空的超高精准度坐标,它相当于宇宙飞船的GPS,为星际导航提供了可能。

2019年的阿雷西博望远镜近景

此外,阿雷西博望远镜还在1962年重新测量了水星的自转周期为59天,而非此前认为的88天;1989年,又利用它的雷达模式对小行星4769 Castalia成像,这也是人类首次对小行星成像;1991年,在成功实现小行星成像的基础上,天文学家沃斯赞和弗雷尔用这个望远镜发现了毫秒脉冲星PSR125712的行星系统,这是天文学家发现的第一批系外行星系统。

除了进行天文观测,阿雷西博望远镜还进行了地外文明探索。较为知名的一个案例是“阿雷西博信息”的发送,1974年,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1,679个二进制数字组成的信号,期望可以被潜在的外星文明接收到。

阿雷西博信息

如上图所示,如果讯息被地外智慧生命所接收并正确解读,会得到图中显示讯息,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、核苷酸的化学式、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。

此外,自1999年5月起,阿雷西博望远镜还参与了旨在搜寻地外文明的计划——SETI@home项目,获得了更多的认可。

阿雷西博望远镜因其壮观的外形曾受到不少影视作品的青睐,007系列的《黄金眼》以及电影《超时空接触》都曾在此取景。不过,也因为阿雷西博望远镜占地庞大,结构复杂,给其后续维护造成了一定程度的困难。

事实上在近年,阿雷西博望远镜亦经历了几次较严重损坏。2017年9月21日,飓风玛莉亚带来的强风导致430MHz线路馈送断裂并掉到主镜盘上,损坏了38,000块铝板中的约30块。2020年8月10日,望远镜的辅助钢缆断裂,在望远镜反射盘上砸出了30m长的破口;同年11月6日,同一高塔上的另一根主承重钢缆断裂。

今年11月,因为望远镜本身结构有灾难性故障,剩余钢缆可能无法再支持设计的重量,并且任何维修尝试都有可能威胁到维修工人的性命,美国国家科学基金会已于11月19日决定将天文台的射电望远镜退役并准备拆除处理。

阿雷西博望远镜退役后,全世界在天文探索领域的一些观测,将只能依靠于今年1月通过国家验收正式开放运行的“中国天眼”FAST。FAST较阿雷西博的优势在于,其主反射器表面由4,450片每边长约11米的三角形面板组成,这种构造使得FAST能够在一定程度调节观测天空的角度;阿雷西博的反射器则是一个固定的球形,因而限制了观测范围。并且FAST反射器更深的盘面,也有助于扩大的视野。

阿雷西博天文台电波望远镜(上)与“中国天眼”(下)的盘面对比图(图源Wikipedia插画师Cmglee)

“中国天眼”自投入运行后运行稳定,并取得了一系列系列重大科学成果。11月初来自其建设单位中国科学院国家天文台的最新消息,FAST近一年已经观测服务超过5200个机时,科学家利用其高灵敏的观测性能已发现240余颗脉冲星,基于FAST的潜力,未来有望捕捉到宇宙大爆炸时期的原初引力波。

中国天眼,图源网络

同时,基于FAST数据发表的高水平论文达到40余篇。其中,北京大学教授、中科院国家天文台研究员李柯伽团队利用FAST探测到一例全世界目前仅有21例的快速射电暴重复爆FRB 180301,在国际上首次发现该重复爆的辐射具有非常丰富的偏振特征,显示出磁层在快速射电暴辐射机制中的作用,这一成果已于北京时间10月29日在国际科学期刊《自然》杂志上正式发表。

今年8月,北京师范大学林琳博士、北京大学张春风博士、国家天文台王培博士等联合研究团队,利用FAST观测到银河系中有一颗已知磁星SRG1935+2154呈现出几十次伽马射线爆发,并将研究成果在11月的《自然》杂志发表。王培表示,FAST的测量结果,对研究快速射电暴的起源和物理机制将起到重要的推动作用。

中国天眼FAST是目前世界上最大的单面口径球面射电望远镜。FAST科学委员会主任、中国科学院院士武向平介绍,脉冲星具有科学研究和应用的双重价值,未来五年,科学家将力争发现1000颗左右的脉冲星。同时为了发挥更大的科学价值,计划明年将FAST向全世界科学家开放使用。

美国“天眼”塌了

本文来自微信公众号:地球知识局(ID:diqiuzhishiju),作者:乃一姆, 制图:孙绿,编辑:养乐多,原文标题:《刚刚,美国“天眼“塌了!》,题图来自:视觉中国

当地时间12月1日,美国最大的天文射电望远镜(阿雷西博)上悬挂的接收设备平台坠落,靶心正中望远镜反射盘表面,曾经世界最大的单孔径望远镜就这样塌掉了……

大眼睛,瞎了…(图片:estadespr / shutterstock)

其实,这座在天文界功勋卓著的射电望远镜,一直命运多舛,这次发生的事故只是一个缩影。

颇为有趣的是,这座“美国之眼”其实不在美国本土,而是在——波多黎各自治邦

反导产物

上世纪50年代后期,美苏冷战第一阶段期间,苏联在拜科努尔发射了斯普特尼克1号卫星,成为首个将人造地球卫星送上太空的国家。

第一颗进入行星轨道的人造卫星(图片:Mil.ru / Wikipedia)

当时美国朝野上下感受到巨大危机,为应对此时占有太空科技优势的苏联,国会授权五角大楼成立了国防高级研究计划局。其目的很简单,就是要让美国的军事科技强过对手和假想敌,以保持国力优势。

在压倒性的科技和军事实力面前,一切问题都好解决(图片:Wikipedia)

新成立的计划局研究任务可谓繁多,其中就有一项重点任务,为美国发展反导防御系统

此时美苏两国的弹道导弹水平已有了突破进展,苏联也实现了“两弹结合”。但让美国人感到麻烦的是,反导需要发现对方的导弹位置,而且是越早发现越好,但是美国的雷达探测水平还远远跟不上这个距离。

在美国计划局成立的第二年,苏联就着手设计了射程可达16000公里的洲际导弹

由此,为了避免被苏联核平,美国制造一个超级雷达就显得颇为紧迫,但是没有可参照的案例,也只能摸着石头过河。

在这之前的反导系统所使用的原理也是研究人员意外发现的,核弹头在高空中会产生特有的物理征象,这是因为高速高温的物体所产生的大气电离与一般导弹不同。雷达可以根据这个特征,直接或间接地捕捉到导弹运动信息。

第一个反导系统是苏联的A-35,而美国紧随其后设计的宙斯系统,却没什么用(1967年,莫斯科郊外的杜奈雷达)(图片:美国政府 / Wikipedia)

虽然这个原理为导弹跟踪问题提供了解决方案,但缺点也很明显,它没有再对物理学及地球电离层等基础领域和学科进行更深一步的了解,只知其果,不知其因。

所以为了更好的解决这些问题,以继续增强雷达探测的精度,计划局先在马绍尔群岛共和国的夸贾林环礁建造了几台雷达,但效果没有达到预期,尤其是仍无法具体了解地球电离层F层的情况,所以只能在另外地方再修建一座。

这也不是美国第一次在太平洋岛国搞试验了(图片:wikimedia)

在没有投票权的地方建一个

这项任务被安排给了康奈尔大学的威廉·戈登,他需要在全球范围内美国所能实控的地区寻找一个合适的雷达站选址。

非常巧,他在波多黎各的中部喀斯特地貌区发现了一处十分完美的天坑。

决定就是你了(图片:Arecibo Observatory)

按照他最初的设想,在对天坑改造完成后,装置一个固定的抛物面反射镜,同时搞一座150m的塔,并将其固定在抛物面焦点上。总体而言这个设计方案有一定局限性,其指向固定方向,对于雷达天文学、射电天文学、大气科学等基础学科的后期探索发展不利。

戈登和康奈尔大学的教授共同设计模型(图片:Arecibo Observatory)

计划局的沃德·洛就发现了这一缺点,并向戈登提了出来。同时他还让戈登与波士顿的美国空军研究实验室联系,因为在那里正好有一个小组在研究球形反射镜,还有一个小组在研究无线电波在高层大气中及太空中的传播。

由此,计划局、康奈尔大学、美国空军研究实验室三家共同促成了新雷达站的建设。

大干快干(图片:Arecibo Observatory)

最终,康奈尔大学采用了这样一项提议,将反射面设计为圆环面,同时将四根电缆由桁架悬挂在反射面上方的四个塔架上(最终修改为三座),沿着其边缘还有用于其方位定位的轨道。

用了三个支点吊起了可转向接收器(图片:Arecibo Observatory)

一切准备就绪,新的雷达站在1960年中就开始建设,用了三年多时间,在1963年11月1日即建成运营。此后半个世纪以来,它一直是全球最大的单孔径望远镜,直至2016年7月被中国贵州FAST项目超越。

建成主要用于射电天文学,大气科学和雷达天文学的研究,以及找外星生命……(图片:Arecibo Observatory)

这处新设施被命名为阿雷西博望远镜,因其具有一定的天文观测属性,且为所有相关设施中的主力,所以其所在的总单位也被命名为阿雷西博天文台。

克林顿参观阿雷西博天文台(图片:Wikipedia)

耐人寻味的是,阿雷西博天文台的所在地波多黎各也是美国的一处特殊领土。

其全称为波多黎各自治邦,属于美国领土,但并不隶属于美国任何一个州,由国会直管,政区类别为自由联邦。作为美国的自治区,波多黎各居民也是美国公民,但是他们没有美国总统选举的投票权,但有权选举一名无表决权的美国众议院专员。

一直期待能成为美国国旗上的一颗星

而它所处的位置也远离北美大陆,处于中美洲的加勒比海地区,其西边为多美尼加和海地两个海岛国,东边为美属维尔京群岛和英属维尔京群岛,从这个意义上来说,美国与英国其实也算相邻国家。

波多黎各与美国本土

而波多黎各自治邦的主要组成部分就是波多黎各岛,首府设在岛北部的圣胡安,距离阿雷西博望远镜也有50公里以上的直线距离。

圣胡安与阿雷西博

建成后的望远镜也经历了多次升级。比如将镜面的材料及结构升级,最初预期工作最大的频率约500MHz也由此升级了十倍,变为约5000MHz。甚至后期还添加了外置装置,功能更强大的2400MHz发射机。

1974年升级后之后,由铝面板组成的高精度表面取代了旧的丝网(图片:Wikipedia)

耗资甚巨的天文台没有辜负科学家们的期望,发现了诸多此前未知的科研成果。比如修正了水星的自转周期,由以往认知的88天,更正为59天。

1974年,它还为赫尔斯和泰勒发现了首个脉冲双星系统PSR B1913+16(因发现者之名被命名为赫尔斯-泰勒脉冲双星),两人还因此获得了诺贝尔物理学奖。

二元制脉冲星:脉冲星和中子星围绕着共同的重心运转(图片仅为示意,不代表某个恒星系统)(图片:Anton Petrov/ Youtube)

后来,它还成功探测到了恩克彗星。人类最早发现的太阳系外行星也出自它的功劳。

虽然人类对恩克彗星的观测从18世纪就开始了,但第一次用雷达观测到的还是阿雷西博望远镜(恩克彗星 图片:NASA)

此外,还有一些并不为大众所熟知的天文学界辉煌成果。而如果说到大众最熟悉的阿雷西博望远镜的故事,则非阿雷西博信息和搜寻地外文明计划莫属,毕竟这两项可是吸引公众目光的流量之王。

1974年11月16日通过望远镜,向距离地球25,000光年的球状星团M13发送了无线电信息(颜色仅为分类作用,图片:Wikipedia)

当然,不忘初心的军事用途也有所体现,毕竟它和NASA也有着千丝万缕的联系。比如搜寻苏联雷达,但具体使用方面也可以说是一个“骚操作”。具体原理为,通过检测从月球反射通信发出的信号来确定苏联雷达的位置。

塌了

阿雷西博望远镜自建成以来,一直是美国国家科学基金会和美国宇航局眼中的香饽饽,相关经费得到充足供应。

然而,冷战结束以后,美国对太空这一“无用”的探索领域的投资骤减,这也影响了相关单位对其的充值,比如NASA在2006年就取消了对它的支持

望远镜下面种出的菜,不知有会不会有外星味道……(图片:Arecibo Observatory)

美国国家科学基金会也在2006年11月的报告中建议将其的天文经费从2007年的每年1050万美元开始,逐步缩减至2011年的400万美元。同时还进一步指出,如果找不到其他资金来源,则干脆直接关闭得了。

这当然引起了研究人员的不满,他们向社会四处活动,寻求支持。波多黎各当地政府也并不想关闭这个天文台,毕竟它已成为了当地的标志性旅游景点,关闭之后则会损失一大笔收入,所以当地也为其担保了300万美元的债券。

在长达53年的时间里都是世界第一大望远镜,想要一睹其风采的游客络绎不绝(图片:Dennis van de Water / shutterstock)

然而,毕竟没有了大佬的支持,预算也越来越少,一些社会活动也仅是杯水车薪。

屋漏偏逢连夜雨,本来每年的资金投入就很不到位,2017年发生的一起自然事件,又让其深受打击。

当年,玛莉亚飓风带来的强风导致430兆赫线路馈送断裂并掉到主镜盘上,损坏了接收盘面上38000块铝板中的约30块。然而根据其观测资料,由于其主要依赖于位于圆顶中的馈送和接收器传送,而不使用线路馈送。总体而言,这次事故产生的破坏字面上看着很吓人,但对它的影响很小,可忽略不计。

正常状态下的转向和接收器系统(方框区域即为430 MHz的线路部分)(图片:Jon Evans / Wikipedia)

飓风之后,就短了一截……(图片:Mariordo / Wikipedia)

不过,今年的几次意外伤害就没这么好运气了。

今年8月,用于支撑反射镜上方平台的一根辅助电缆断裂,损坏了大约6~8个面板,并在反射面上开了一道约30米长的口子,对望远镜的运作造成了很大的影响。

又一次,还不知道是什么原因(图片:https://www.ucf.edu/)

就在工程师们即将展开修复时,第二根主电缆又于11月6日掉落。本来修复团队预计望远镜的结构能继续承重,修修补补又能几十年,但新事故的发生让其措手不及。鉴于可能危及修复人员生命的前提下,这次美国国家科学基金会决定终止修复,并在11月19日直接宣布退役射电望远镜退役,后期逐步拆除。

11月份的破损情况(图片:cmglee&OpenStreetMap / Wikipedia)

然而,望远镜还没等开始拆,在12月1日早上8点左右(当地时间),就发生了坍塌事故。引用阿雷西博天文台工作了26年的职工描述:“听起来像隆隆声。我知道那是什么,我在尖叫。就我个人而言,我失去了控制……我无法用语言来表达。这是一种非常深刻、可怕的感觉。”

此次坍塌对望远镜造成的损害非常严重,仪器接收平台完全塌掉,接收平台部分铝板脱落,露出盘面下的植被。换句话说,这次的事故已经让天文台无法正常运转了。

差不多处于报废状态了……(图片:NotiCel / twitter)

发生了这么大的事,国家科学基金会的工作人员当然也得去实际察看一番。毕竟虽然望远镜不要了,但天文台的其他设施还得进行抢救。

美国对现阶段阿雷西博望远镜的放弃,并不代表彻底放弃阿雷西博望远镜这一计划。根据相关科学家的预测,恢复阿雷西博望远镜的最可行方式还是原地重建,毕竟很难再找到一个像阿雷西博如此绝佳的地理环境了。

夜间的望远镜(图片:Arecibo Observatory)

而重建后的阿雷西博,也将在许多领域成为重要的科学研究装置,尤其是在引力波领域。

但是,经济因素已成为重建阿雷西博望远镜的最大阻力。

下一任的拜登政府和国会能不能通过这一“超级工程”项目,依然是一个未知数。

参考文献:

1. http://www.naic.edu/

2. https://www.ucf.edu/news/broken-cable-damages-arecibo-observatory/

3. https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=301674

4. https://www.nature.com/articles/d41586-020-03270-9

5. https://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_Observatory

6. https://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_Telescope

7. https://en.wikipedia.org/wiki/William_E._Gordon

8. https://en.wikipedia.org/wiki/Air_Force_Research_Laboratory

9. https://en.wikipedia.org/wiki/Kwajalein_Atoll

10. https://en.wikipedia.org/wiki/DARPA

11. https://en.wikipedia.org/wiki/Earth%E2%80%93Moon%E2%80%93Earth_communication

本文来自微信公众号:地球知识局(ID:diqiuzhishiju),作者:乃一姆, 制图:孙绿,编辑:养乐多

美国“天眼”塌了

本文来自微信公众号:地球知识局(ID:diqiuzhishiju),作者:乃一姆, 制图:孙绿,编辑:养乐多,原文标题:《刚刚,美国“天眼“塌了!》,题图来自:视觉中国

当地时间12月1日,美国最大的天文射电望远镜(阿雷西博)上悬挂的接收设备平台坠落,靶心正中望远镜反射盘表面,曾经世界最大的单孔径望远镜就这样塌掉了……

大眼睛,瞎了…(图片:estadespr / shutterstock)

其实,这座在天文界功勋卓著的射电望远镜,一直命运多舛,这次发生的事故只是一个缩影。

颇为有趣的是,这座“美国之眼”其实不在美国本土,而是在——波多黎各自治邦

反导产物

上世纪50年代后期,美苏冷战第一阶段期间,苏联在拜科努尔发射了斯普特尼克1号卫星,成为首个将人造地球卫星送上太空的国家。

第一颗进入行星轨道的人造卫星(图片:Mil.ru / Wikipedia)

当时美国朝野上下感受到巨大危机,为应对此时占有太空科技优势的苏联,国会授权五角大楼成立了国防高级研究计划局。其目的很简单,就是要让美国的军事科技强过对手和假想敌,以保持国力优势。

在压倒性的科技和军事实力面前,一切问题都好解决(图片:Wikipedia)

新成立的计划局研究任务可谓繁多,其中就有一项重点任务,为美国发展反导防御系统

此时美苏两国的弹道导弹水平已有了突破进展,苏联也实现了“两弹结合”。但让美国人感到麻烦的是,反导需要发现对方的导弹位置,而且是越早发现越好,但是美国的雷达探测水平还远远跟不上这个距离。

在美国计划局成立的第二年,苏联就着手设计了射程可达16000公里的洲际导弹

由此,为了避免被苏联核平,美国制造一个超级雷达就显得颇为紧迫,但是没有可参照的案例,也只能摸着石头过河。

在这之前的反导系统所使用的原理也是研究人员意外发现的,核弹头在高空中会产生特有的物理征象,这是因为高速高温的物体所产生的大气电离与一般导弹不同。雷达可以根据这个特征,直接或间接地捕捉到导弹运动信息。

第一个反导系统是苏联的A-35,而美国紧随其后设计的宙斯系统,却没什么用(1967年,莫斯科郊外的杜奈雷达)(图片:美国政府 / Wikipedia)

虽然这个原理为导弹跟踪问题提供了解决方案,但缺点也很明显,它没有再对物理学及地球电离层等基础领域和学科进行更深一步的了解,只知其果,不知其因。

所以为了更好的解决这些问题,以继续增强雷达探测的精度,计划局先在马绍尔群岛共和国的夸贾林环礁建造了几台雷达,但效果没有达到预期,尤其是仍无法具体了解地球电离层F层的情况,所以只能在另外地方再修建一座。

这也不是美国第一次在太平洋岛国搞试验了(图片:wikimedia)

在没有投票权的地方建一个

这项任务被安排给了康奈尔大学的威廉·戈登,他需要在全球范围内美国所能实控的地区寻找一个合适的雷达站选址。

非常巧,他在波多黎各的中部喀斯特地貌区发现了一处十分完美的天坑。

决定就是你了(图片:Arecibo Observatory)

按照他最初的设想,在对天坑改造完成后,装置一个固定的抛物面反射镜,同时搞一座150m的塔,并将其固定在抛物面焦点上。总体而言这个设计方案有一定局限性,其指向固定方向,对于雷达天文学、射电天文学、大气科学等基础学科的后期探索发展不利。

戈登和康奈尔大学的教授共同设计模型(图片:Arecibo Observatory)

计划局的沃德·洛就发现了这一缺点,并向戈登提了出来。同时他还让戈登与波士顿的美国空军研究实验室联系,因为在那里正好有一个小组在研究球形反射镜,还有一个小组在研究无线电波在高层大气中及太空中的传播。

由此,计划局、康奈尔大学、美国空军研究实验室三家共同促成了新雷达站的建设。

大干快干(图片:Arecibo Observatory)

最终,康奈尔大学采用了这样一项提议,将反射面设计为圆环面,同时将四根电缆由桁架悬挂在反射面上方的四个塔架上(最终修改为三座),沿着其边缘还有用于其方位定位的轨道。

用了三个支点吊起了可转向接收器(图片:Arecibo Observatory)

一切准备就绪,新的雷达站在1960年中就开始建设,用了三年多时间,在1963年11月1日即建成运营。此后半个世纪以来,它一直是全球最大的单孔径望远镜,直至2016年7月被中国贵州FAST项目超越。

建成主要用于射电天文学,大气科学和雷达天文学的研究,以及找外星生命……(图片:Arecibo Observatory)

这处新设施被命名为阿雷西博望远镜,因其具有一定的天文观测属性,且为所有相关设施中的主力,所以其所在的总单位也被命名为阿雷西博天文台。

克林顿参观阿雷西博天文台(图片:Wikipedia)

耐人寻味的是,阿雷西博天文台的所在地波多黎各也是美国的一处特殊领土。

其全称为波多黎各自治邦,属于美国领土,但并不隶属于美国任何一个州,由国会直管,政区类别为自由联邦。作为美国的自治区,波多黎各居民也是美国公民,但是他们没有美国总统选举的投票权,但有权选举一名无表决权的美国众议院专员。

一直期待能成为美国国旗上的一颗星

而它所处的位置也远离北美大陆,处于中美洲的加勒比海地区,其西边为多美尼加和海地两个海岛国,东边为美属维尔京群岛和英属维尔京群岛,从这个意义上来说,美国与英国其实也算相邻国家。

波多黎各与美国本土

而波多黎各自治邦的主要组成部分就是波多黎各岛,首府设在岛北部的圣胡安,距离阿雷西博望远镜也有50公里以上的直线距离。

圣胡安与阿雷西博

建成后的望远镜也经历了多次升级。比如将镜面的材料及结构升级,最初预期工作最大的频率约500MHz也由此升级了十倍,变为约5000MHz。甚至后期还添加了外置装置,功能更强大的2400MHz发射机。

1974年升级后之后,由铝面板组成的高精度表面取代了旧的丝网(图片:Wikipedia)

耗资甚巨的天文台没有辜负科学家们的期望,发现了诸多此前未知的科研成果。比如修正了水星的自转周期,由以往认知的88天,更正为59天。

1974年,它还为赫尔斯和泰勒发现了首个脉冲双星系统PSR B1913+16(因发现者之名被命名为赫尔斯-泰勒脉冲双星),两人还因此获得了诺贝尔物理学奖。

二元制脉冲星:脉冲星和中子星围绕着共同的重心运转(图片仅为示意,不代表某个恒星系统)(图片:Anton Petrov/ Youtube)

后来,它还成功探测到了恩克彗星。人类最早发现的太阳系外行星也出自它的功劳。

虽然人类对恩克彗星的观测从18世纪就开始了,但第一次用雷达观测到的还是阿雷西博望远镜(恩克彗星 图片:NASA)

此外,还有一些并不为大众所熟知的天文学界辉煌成果。而如果说到大众最熟悉的阿雷西博望远镜的故事,则非阿雷西博信息和搜寻地外文明计划莫属,毕竟这两项可是吸引公众目光的流量之王。

1974年11月16日通过望远镜,向距离地球25,000光年的球状星团M13发送了无线电信息(颜色仅为分类作用,图片:Wikipedia)

当然,不忘初心的军事用途也有所体现,毕竟它和NASA也有着千丝万缕的联系。比如搜寻苏联雷达,但具体使用方面也可以说是一个“骚操作”。具体原理为,通过检测从月球反射通信发出的信号来确定苏联雷达的位置。

塌了

阿雷西博望远镜自建成以来,一直是美国国家科学基金会和美国宇航局眼中的香饽饽,相关经费得到充足供应。

然而,冷战结束以后,美国对太空这一“无用”的探索领域的投资骤减,这也影响了相关单位对其的充值,比如NASA在2006年就取消了对它的支持

望远镜下面种出的菜,不知有会不会有外星味道……(图片:Arecibo Observatory)

美国国家科学基金会也在2006年11月的报告中建议将其的天文经费从2007年的每年1050万美元开始,逐步缩减至2011年的400万美元。同时还进一步指出,如果找不到其他资金来源,则干脆直接关闭得了。

这当然引起了研究人员的不满,他们向社会四处活动,寻求支持。波多黎各当地政府也并不想关闭这个天文台,毕竟它已成为了当地的标志性旅游景点,关闭之后则会损失一大笔收入,所以当地也为其担保了300万美元的债券。

在长达53年的时间里都是世界第一大望远镜,想要一睹其风采的游客络绎不绝(图片:Dennis van de Water / shutterstock)

然而,毕竟没有了大佬的支持,预算也越来越少,一些社会活动也仅是杯水车薪。

屋漏偏逢连夜雨,本来每年的资金投入就很不到位,2017年发生的一起自然事件,又让其深受打击。

当年,玛莉亚飓风带来的强风导致430兆赫线路馈送断裂并掉到主镜盘上,损坏了接收盘面上38000块铝板中的约30块。然而根据其观测资料,由于其主要依赖于位于圆顶中的馈送和接收器传送,而不使用线路馈送。总体而言,这次事故产生的破坏字面上看着很吓人,但对它的影响很小,可忽略不计。

正常状态下的转向和接收器系统(方框区域即为430 MHz的线路部分)(图片:Jon Evans / Wikipedia)

飓风之后,就短了一截……(图片:Mariordo / Wikipedia)

不过,今年的几次意外伤害就没这么好运气了。

今年8月,用于支撑反射镜上方平台的一根辅助电缆断裂,损坏了大约6~8个面板,并在反射面上开了一道约30米长的口子,对望远镜的运作造成了很大的影响。

又一次,还不知道是什么原因(图片:https://www.ucf.edu/)

就在工程师们即将展开修复时,第二根主电缆又于11月6日掉落。本来修复团队预计望远镜的结构能继续承重,修修补补又能几十年,但新事故的发生让其措手不及。鉴于可能危及修复人员生命的前提下,这次美国国家科学基金会决定终止修复,并在11月19日直接宣布退役射电望远镜退役,后期逐步拆除。

11月份的破损情况(图片:cmglee&OpenStreetMap / Wikipedia)

然而,望远镜还没等开始拆,在12月1日早上8点左右(当地时间),就发生了坍塌事故。引用阿雷西博天文台工作了26年的职工描述:“听起来像隆隆声。我知道那是什么,我在尖叫。就我个人而言,我失去了控制……我无法用语言来表达。这是一种非常深刻、可怕的感觉。”

此次坍塌对望远镜造成的损害非常严重,仪器接收平台完全塌掉,接收平台部分铝板脱落,露出盘面下的植被。换句话说,这次的事故已经让天文台无法正常运转了。

差不多处于报废状态了……(图片:NotiCel / twitter)

发生了这么大的事,国家科学基金会的工作人员当然也得去实际察看一番。毕竟虽然望远镜不要了,但天文台的其他设施还得进行抢救。

美国对现阶段阿雷西博望远镜的放弃,并不代表彻底放弃阿雷西博望远镜这一计划。根据相关科学家的预测,恢复阿雷西博望远镜的最可行方式还是原地重建,毕竟很难再找到一个像阿雷西博如此绝佳的地理环境了。

夜间的望远镜(图片:Arecibo Observatory)

而重建后的阿雷西博,也将在许多领域成为重要的科学研究装置,尤其是在引力波领域。

但是,经济因素已成为重建阿雷西博望远镜的最大阻力。

下一任的拜登政府和国会能不能通过这一“超级工程”项目,依然是一个未知数。

参考文献:

1. http://www.naic.edu/

2. https://www.ucf.edu/news/broken-cable-damages-arecibo-observatory/

3. https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=301674

4. https://www.nature.com/articles/d41586-020-03270-9

5. https://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_Observatory

6. https://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_Telescope

7. https://en.wikipedia.org/wiki/William_E._Gordon

8. https://en.wikipedia.org/wiki/Air_Force_Research_Laboratory

9. https://en.wikipedia.org/wiki/Kwajalein_Atoll

10. https://en.wikipedia.org/wiki/DARPA

11. https://en.wikipedia.org/wiki/Earth%E2%80%93Moon%E2%80%93Earth_communication

本文来自微信公众号:地球知识局(ID:diqiuzhishiju),作者:乃一姆, 制图:孙绿,编辑:养乐多

美国“天眼”塌了

本文来自微信公众号:地球知识局(ID:diqiuzhishiju),作者:乃一姆, 制图:孙绿,编辑:养乐多,原文标题:《刚刚,美国“天眼“塌了!》,题图来自:视觉中国

当地时间12月1日,美国最大的天文射电望远镜(阿雷西博)上悬挂的接收设备平台坠落,靶心正中望远镜反射盘表面,曾经世界最大的单孔径望远镜就这样塌掉了……

大眼睛,瞎了…(图片:estadespr / shutterstock)

其实,这座在天文界功勋卓著的射电望远镜,一直命运多舛,这次发生的事故只是一个缩影。

颇为有趣的是,这座“美国之眼”其实不在美国本土,而是在——波多黎各自治邦

反导产物

上世纪50年代后期,美苏冷战第一阶段期间,苏联在拜科努尔发射了斯普特尼克1号卫星,成为首个将人造地球卫星送上太空的国家。

第一颗进入行星轨道的人造卫星(图片:Mil.ru / Wikipedia)

当时美国朝野上下感受到巨大危机,为应对此时占有太空科技优势的苏联,国会授权五角大楼成立了国防高级研究计划局。其目的很简单,就是要让美国的军事科技强过对手和假想敌,以保持国力优势。

在压倒性的科技和军事实力面前,一切问题都好解决(图片:Wikipedia)

新成立的计划局研究任务可谓繁多,其中就有一项重点任务,为美国发展反导防御系统

此时美苏两国的弹道导弹水平已有了突破进展,苏联也实现了“两弹结合”。但让美国人感到麻烦的是,反导需要发现对方的导弹位置,而且是越早发现越好,但是美国的雷达探测水平还远远跟不上这个距离。

在美国计划局成立的第二年,苏联就着手设计了射程可达16000公里的洲际导弹

由此,为了避免被苏联核平,美国制造一个超级雷达就显得颇为紧迫,但是没有可参照的案例,也只能摸着石头过河。

在这之前的反导系统所使用的原理也是研究人员意外发现的,核弹头在高空中会产生特有的物理征象,这是因为高速高温的物体所产生的大气电离与一般导弹不同。雷达可以根据这个特征,直接或间接地捕捉到导弹运动信息。

第一个反导系统是苏联的A-35,而美国紧随其后设计的宙斯系统,却没什么用(1967年,莫斯科郊外的杜奈雷达)(图片:美国政府 / Wikipedia)

虽然这个原理为导弹跟踪问题提供了解决方案,但缺点也很明显,它没有再对物理学及地球电离层等基础领域和学科进行更深一步的了解,只知其果,不知其因。

所以为了更好的解决这些问题,以继续增强雷达探测的精度,计划局先在马绍尔群岛共和国的夸贾林环礁建造了几台雷达,但效果没有达到预期,尤其是仍无法具体了解地球电离层F层的情况,所以只能在另外地方再修建一座。

这也不是美国第一次在太平洋岛国搞试验了(图片:wikimedia)

在没有投票权的地方建一个

这项任务被安排给了康奈尔大学的威廉·戈登,他需要在全球范围内美国所能实控的地区寻找一个合适的雷达站选址。

非常巧,他在波多黎各的中部喀斯特地貌区发现了一处十分完美的天坑。

决定就是你了(图片:Arecibo Observatory)

按照他最初的设想,在对天坑改造完成后,装置一个固定的抛物面反射镜,同时搞一座150m的塔,并将其固定在抛物面焦点上。总体而言这个设计方案有一定局限性,其指向固定方向,对于雷达天文学、射电天文学、大气科学等基础学科的后期探索发展不利。

戈登和康奈尔大学的教授共同设计模型(图片:Arecibo Observatory)

计划局的沃德·洛就发现了这一缺点,并向戈登提了出来。同时他还让戈登与波士顿的美国空军研究实验室联系,因为在那里正好有一个小组在研究球形反射镜,还有一个小组在研究无线电波在高层大气中及太空中的传播。

由此,计划局、康奈尔大学、美国空军研究实验室三家共同促成了新雷达站的建设。

大干快干(图片:Arecibo Observatory)

最终,康奈尔大学采用了这样一项提议,将反射面设计为圆环面,同时将四根电缆由桁架悬挂在反射面上方的四个塔架上(最终修改为三座),沿着其边缘还有用于其方位定位的轨道。

用了三个支点吊起了可转向接收器(图片:Arecibo Observatory)

一切准备就绪,新的雷达站在1960年中就开始建设,用了三年多时间,在1963年11月1日即建成运营。此后半个世纪以来,它一直是全球最大的单孔径望远镜,直至2016年7月被中国贵州FAST项目超越。

建成主要用于射电天文学,大气科学和雷达天文学的研究,以及找外星生命……(图片:Arecibo Observatory)

这处新设施被命名为阿雷西博望远镜,因其具有一定的天文观测属性,且为所有相关设施中的主力,所以其所在的总单位也被命名为阿雷西博天文台。

克林顿参观阿雷西博天文台(图片:Wikipedia)

耐人寻味的是,阿雷西博天文台的所在地波多黎各也是美国的一处特殊领土。

其全称为波多黎各自治邦,属于美国领土,但并不隶属于美国任何一个州,由国会直管,政区类别为自由联邦。作为美国的自治区,波多黎各居民也是美国公民,但是他们没有美国总统选举的投票权,但有权选举一名无表决权的美国众议院专员。

一直期待能成为美国国旗上的一颗星

而它所处的位置也远离北美大陆,处于中美洲的加勒比海地区,其西边为多美尼加和海地两个海岛国,东边为美属维尔京群岛和英属维尔京群岛,从这个意义上来说,美国与英国其实也算相邻国家。

波多黎各与美国本土

而波多黎各自治邦的主要组成部分就是波多黎各岛,首府设在岛北部的圣胡安,距离阿雷西博望远镜也有50公里以上的直线距离。

圣胡安与阿雷西博

建成后的望远镜也经历了多次升级。比如将镜面的材料及结构升级,最初预期工作最大的频率约500MHz也由此升级了十倍,变为约5000MHz。甚至后期还添加了外置装置,功能更强大的2400MHz发射机。

1974年升级后之后,由铝面板组成的高精度表面取代了旧的丝网(图片:Wikipedia)

耗资甚巨的天文台没有辜负科学家们的期望,发现了诸多此前未知的科研成果。比如修正了水星的自转周期,由以往认知的88天,更正为59天。

1974年,它还为赫尔斯和泰勒发现了首个脉冲双星系统PSR B1913+16(因发现者之名被命名为赫尔斯-泰勒脉冲双星),两人还因此获得了诺贝尔物理学奖。

二元制脉冲星:脉冲星和中子星围绕着共同的重心运转(图片仅为示意,不代表某个恒星系统)(图片:Anton Petrov/ Youtube)

后来,它还成功探测到了恩克彗星。人类最早发现的太阳系外行星也出自它的功劳。

虽然人类对恩克彗星的观测从18世纪就开始了,但第一次用雷达观测到的还是阿雷西博望远镜(恩克彗星 图片:NASA)

此外,还有一些并不为大众所熟知的天文学界辉煌成果。而如果说到大众最熟悉的阿雷西博望远镜的故事,则非阿雷西博信息和搜寻地外文明计划莫属,毕竟这两项可是吸引公众目光的流量之王。

1974年11月16日通过望远镜,向距离地球25,000光年的球状星团M13发送了无线电信息(颜色仅为分类作用,图片:Wikipedia)

当然,不忘初心的军事用途也有所体现,毕竟它和NASA也有着千丝万缕的联系。比如搜寻苏联雷达,但具体使用方面也可以说是一个“骚操作”。具体原理为,通过检测从月球反射通信发出的信号来确定苏联雷达的位置。

塌了

阿雷西博望远镜自建成以来,一直是美国国家科学基金会和美国宇航局眼中的香饽饽,相关经费得到充足供应。

然而,冷战结束以后,美国对太空这一“无用”的探索领域的投资骤减,这也影响了相关单位对其的充值,比如NASA在2006年就取消了对它的支持

望远镜下面种出的菜,不知有会不会有外星味道……(图片:Arecibo Observatory)

美国国家科学基金会也在2006年11月的报告中建议将其的天文经费从2007年的每年1050万美元开始,逐步缩减至2011年的400万美元。同时还进一步指出,如果找不到其他资金来源,则干脆直接关闭得了。

这当然引起了研究人员的不满,他们向社会四处活动,寻求支持。波多黎各当地政府也并不想关闭这个天文台,毕竟它已成为了当地的标志性旅游景点,关闭之后则会损失一大笔收入,所以当地也为其担保了300万美元的债券。

在长达53年的时间里都是世界第一大望远镜,想要一睹其风采的游客络绎不绝(图片:Dennis van de Water / shutterstock)

然而,毕竟没有了大佬的支持,预算也越来越少,一些社会活动也仅是杯水车薪。

屋漏偏逢连夜雨,本来每年的资金投入就很不到位,2017年发生的一起自然事件,又让其深受打击。

当年,玛莉亚飓风带来的强风导致430兆赫线路馈送断裂并掉到主镜盘上,损坏了接收盘面上38000块铝板中的约30块。然而根据其观测资料,由于其主要依赖于位于圆顶中的馈送和接收器传送,而不使用线路馈送。总体而言,这次事故产生的破坏字面上看着很吓人,但对它的影响很小,可忽略不计。

正常状态下的转向和接收器系统(方框区域即为430 MHz的线路部分)(图片:Jon Evans / Wikipedia)

飓风之后,就短了一截……(图片:Mariordo / Wikipedia)

不过,今年的几次意外伤害就没这么好运气了。

今年8月,用于支撑反射镜上方平台的一根辅助电缆断裂,损坏了大约6~8个面板,并在反射面上开了一道约30米长的口子,对望远镜的运作造成了很大的影响。

又一次,还不知道是什么原因(图片:https://www.ucf.edu/)

就在工程师们即将展开修复时,第二根主电缆又于11月6日掉落。本来修复团队预计望远镜的结构能继续承重,修修补补又能几十年,但新事故的发生让其措手不及。鉴于可能危及修复人员生命的前提下,这次美国国家科学基金会决定终止修复,并在11月19日直接宣布退役射电望远镜退役,后期逐步拆除。

11月份的破损情况(图片:cmglee&OpenStreetMap / Wikipedia)

然而,望远镜还没等开始拆,在12月1日早上8点左右(当地时间),就发生了坍塌事故。引用阿雷西博天文台工作了26年的职工描述:“听起来像隆隆声。我知道那是什么,我在尖叫。就我个人而言,我失去了控制……我无法用语言来表达。这是一种非常深刻、可怕的感觉。”

此次坍塌对望远镜造成的损害非常严重,仪器接收平台完全塌掉,接收平台部分铝板脱落,露出盘面下的植被。换句话说,这次的事故已经让天文台无法正常运转了。

差不多处于报废状态了……(图片:NotiCel / twitter)

发生了这么大的事,国家科学基金会的工作人员当然也得去实际察看一番。毕竟虽然望远镜不要了,但天文台的其他设施还得进行抢救。

美国对现阶段阿雷西博望远镜的放弃,并不代表彻底放弃阿雷西博望远镜这一计划。根据相关科学家的预测,恢复阿雷西博望远镜的最可行方式还是原地重建,毕竟很难再找到一个像阿雷西博如此绝佳的地理环境了。

夜间的望远镜(图片:Arecibo Observatory)

而重建后的阿雷西博,也将在许多领域成为重要的科学研究装置,尤其是在引力波领域。

但是,经济因素已成为重建阿雷西博望远镜的最大阻力。

下一任的拜登政府和国会能不能通过这一“超级工程”项目,依然是一个未知数。

参考文献:

1. http://www.naic.edu/

2. https://www.ucf.edu/news/broken-cable-damages-arecibo-observatory/

3. https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=301674

4. https://www.nature.com/articles/d41586-020-03270-9

5. https://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_Observatory

6. https://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_Telescope

7. https://en.wikipedia.org/wiki/William_E._Gordon

8. https://en.wikipedia.org/wiki/Air_Force_Research_Laboratory

9. https://en.wikipedia.org/wiki/Kwajalein_Atoll

10. https://en.wikipedia.org/wiki/DARPA

11. https://en.wikipedia.org/wiki/Earth%E2%80%93Moon%E2%80%93Earth_communication

本文来自微信公众号:地球知识局(ID:diqiuzhishiju),作者:乃一姆, 制图:孙绿,编辑:养乐多

美国“天眼”塌了

本文来自微信公众号:地球知识局(ID:diqiuzhishiju),作者:乃一姆, 制图:孙绿,编辑:养乐多,原文标题:《刚刚,美国“天眼“塌了!》,题图来自:视觉中国

当地时间12月1日,美国最大的天文射电望远镜(阿雷西博)上悬挂的接收设备平台坠落,靶心正中望远镜反射盘表面,曾经世界最大的单孔径望远镜就这样塌掉了……

大眼睛,瞎了…(图片:estadespr / shutterstock)

其实,这座在天文界功勋卓著的射电望远镜,一直命运多舛,这次发生的事故只是一个缩影。

颇为有趣的是,这座“美国之眼”其实不在美国本土,而是在——波多黎各自治邦

反导产物

上世纪50年代后期,美苏冷战第一阶段期间,苏联在拜科努尔发射了斯普特尼克1号卫星,成为首个将人造地球卫星送上太空的国家。

第一颗进入行星轨道的人造卫星(图片:Mil.ru / Wikipedia)

当时美国朝野上下感受到巨大危机,为应对此时占有太空科技优势的苏联,国会授权五角大楼成立了国防高级研究计划局。其目的很简单,就是要让美国的军事科技强过对手和假想敌,以保持国力优势。

在压倒性的科技和军事实力面前,一切问题都好解决(图片:Wikipedia)

新成立的计划局研究任务可谓繁多,其中就有一项重点任务,为美国发展反导防御系统

此时美苏两国的弹道导弹水平已有了突破进展,苏联也实现了“两弹结合”。但让美国人感到麻烦的是,反导需要发现对方的导弹位置,而且是越早发现越好,但是美国的雷达探测水平还远远跟不上这个距离。

在美国计划局成立的第二年,苏联就着手设计了射程可达16000公里的洲际导弹

由此,为了避免被苏联核平,美国制造一个超级雷达就显得颇为紧迫,但是没有可参照的案例,也只能摸着石头过河。

在这之前的反导系统所使用的原理也是研究人员意外发现的,核弹头在高空中会产生特有的物理征象,这是因为高速高温的物体所产生的大气电离与一般导弹不同。雷达可以根据这个特征,直接或间接地捕捉到导弹运动信息。

第一个反导系统是苏联的A-35,而美国紧随其后设计的宙斯系统,却没什么用(1967年,莫斯科郊外的杜奈雷达)(图片:美国政府 / Wikipedia)

虽然这个原理为导弹跟踪问题提供了解决方案,但缺点也很明显,它没有再对物理学及地球电离层等基础领域和学科进行更深一步的了解,只知其果,不知其因。

所以为了更好的解决这些问题,以继续增强雷达探测的精度,计划局先在马绍尔群岛共和国的夸贾林环礁建造了几台雷达,但效果没有达到预期,尤其是仍无法具体了解地球电离层F层的情况,所以只能在另外地方再修建一座。

这也不是美国第一次在太平洋岛国搞试验了(图片:wikimedia)

在没有投票权的地方建一个

这项任务被安排给了康奈尔大学的威廉·戈登,他需要在全球范围内美国所能实控的地区寻找一个合适的雷达站选址。

非常巧,他在波多黎各的中部喀斯特地貌区发现了一处十分完美的天坑。

决定就是你了(图片:Arecibo Observatory)

按照他最初的设想,在对天坑改造完成后,装置一个固定的抛物面反射镜,同时搞一座150m的塔,并将其固定在抛物面焦点上。总体而言这个设计方案有一定局限性,其指向固定方向,对于雷达天文学、射电天文学、大气科学等基础学科的后期探索发展不利。

戈登和康奈尔大学的教授共同设计模型(图片:Arecibo Observatory)

计划局的沃德·洛就发现了这一缺点,并向戈登提了出来。同时他还让戈登与波士顿的美国空军研究实验室联系,因为在那里正好有一个小组在研究球形反射镜,还有一个小组在研究无线电波在高层大气中及太空中的传播。

由此,计划局、康奈尔大学、美国空军研究实验室三家共同促成了新雷达站的建设。

大干快干(图片:Arecibo Observatory)

最终,康奈尔大学采用了这样一项提议,将反射面设计为圆环面,同时将四根电缆由桁架悬挂在反射面上方的四个塔架上(最终修改为三座),沿着其边缘还有用于其方位定位的轨道。

用了三个支点吊起了可转向接收器(图片:Arecibo Observatory)

一切准备就绪,新的雷达站在1960年中就开始建设,用了三年多时间,在1963年11月1日即建成运营。此后半个世纪以来,它一直是全球最大的单孔径望远镜,直至2016年7月被中国贵州FAST项目超越。

建成主要用于射电天文学,大气科学和雷达天文学的研究,以及找外星生命……(图片:Arecibo Observatory)

这处新设施被命名为阿雷西博望远镜,因其具有一定的天文观测属性,且为所有相关设施中的主力,所以其所在的总单位也被命名为阿雷西博天文台。

克林顿参观阿雷西博天文台(图片:Wikipedia)

耐人寻味的是,阿雷西博天文台的所在地波多黎各也是美国的一处特殊领土。

其全称为波多黎各自治邦,属于美国领土,但并不隶属于美国任何一个州,由国会直管,政区类别为自由联邦。作为美国的自治区,波多黎各居民也是美国公民,但是他们没有美国总统选举的投票权,但有权选举一名无表决权的美国众议院专员。

一直期待能成为美国国旗上的一颗星

而它所处的位置也远离北美大陆,处于中美洲的加勒比海地区,其西边为多美尼加和海地两个海岛国,东边为美属维尔京群岛和英属维尔京群岛,从这个意义上来说,美国与英国其实也算相邻国家。

波多黎各与美国本土

而波多黎各自治邦的主要组成部分就是波多黎各岛,首府设在岛北部的圣胡安,距离阿雷西博望远镜也有50公里以上的直线距离。

圣胡安与阿雷西博

建成后的望远镜也经历了多次升级。比如将镜面的材料及结构升级,最初预期工作最大的频率约500MHz也由此升级了十倍,变为约5000MHz。甚至后期还添加了外置装置,功能更强大的2400MHz发射机。

1974年升级后之后,由铝面板组成的高精度表面取代了旧的丝网(图片:Wikipedia)

耗资甚巨的天文台没有辜负科学家们的期望,发现了诸多此前未知的科研成果。比如修正了水星的自转周期,由以往认知的88天,更正为59天。

1974年,它还为赫尔斯和泰勒发现了首个脉冲双星系统PSR B1913+16(因发现者之名被命名为赫尔斯-泰勒脉冲双星),两人还因此获得了诺贝尔物理学奖。

二元制脉冲星:脉冲星和中子星围绕着共同的重心运转(图片仅为示意,不代表某个恒星系统)(图片:Anton Petrov/ Youtube)

后来,它还成功探测到了恩克彗星。人类最早发现的太阳系外行星也出自它的功劳。

虽然人类对恩克彗星的观测从18世纪就开始了,但第一次用雷达观测到的还是阿雷西博望远镜(恩克彗星 图片:NASA)

此外,还有一些并不为大众所熟知的天文学界辉煌成果。而如果说到大众最熟悉的阿雷西博望远镜的故事,则非阿雷西博信息和搜寻地外文明计划莫属,毕竟这两项可是吸引公众目光的流量之王。

1974年11月16日通过望远镜,向距离地球25,000光年的球状星团M13发送了无线电信息(颜色仅为分类作用,图片:Wikipedia)

当然,不忘初心的军事用途也有所体现,毕竟它和NASA也有着千丝万缕的联系。比如搜寻苏联雷达,但具体使用方面也可以说是一个“骚操作”。具体原理为,通过检测从月球反射通信发出的信号来确定苏联雷达的位置。

塌了

阿雷西博望远镜自建成以来,一直是美国国家科学基金会和美国宇航局眼中的香饽饽,相关经费得到充足供应。

然而,冷战结束以后,美国对太空这一“无用”的探索领域的投资骤减,这也影响了相关单位对其的充值,比如NASA在2006年就取消了对它的支持

望远镜下面种出的菜,不知有会不会有外星味道……(图片:Arecibo Observatory)

美国国家科学基金会也在2006年11月的报告中建议将其的天文经费从2007年的每年1050万美元开始,逐步缩减至2011年的400万美元。同时还进一步指出,如果找不到其他资金来源,则干脆直接关闭得了。

这当然引起了研究人员的不满,他们向社会四处活动,寻求支持。波多黎各当地政府也并不想关闭这个天文台,毕竟它已成为了当地的标志性旅游景点,关闭之后则会损失一大笔收入,所以当地也为其担保了300万美元的债券。

在长达53年的时间里都是世界第一大望远镜,想要一睹其风采的游客络绎不绝(图片:Dennis van de Water / shutterstock)

然而,毕竟没有了大佬的支持,预算也越来越少,一些社会活动也仅是杯水车薪。

屋漏偏逢连夜雨,本来每年的资金投入就很不到位,2017年发生的一起自然事件,又让其深受打击。

当年,玛莉亚飓风带来的强风导致430兆赫线路馈送断裂并掉到主镜盘上,损坏了接收盘面上38000块铝板中的约30块。然而根据其观测资料,由于其主要依赖于位于圆顶中的馈送和接收器传送,而不使用线路馈送。总体而言,这次事故产生的破坏字面上看着很吓人,但对它的影响很小,可忽略不计。

正常状态下的转向和接收器系统(方框区域即为430 MHz的线路部分)(图片:Jon Evans / Wikipedia)

飓风之后,就短了一截……(图片:Mariordo / Wikipedia)

不过,今年的几次意外伤害就没这么好运气了。

今年8月,用于支撑反射镜上方平台的一根辅助电缆断裂,损坏了大约6~8个面板,并在反射面上开了一道约30米长的口子,对望远镜的运作造成了很大的影响。

又一次,还不知道是什么原因(图片:https://www.ucf.edu/)

就在工程师们即将展开修复时,第二根主电缆又于11月6日掉落。本来修复团队预计望远镜的结构能继续承重,修修补补又能几十年,但新事故的发生让其措手不及。鉴于可能危及修复人员生命的前提下,这次美国国家科学基金会决定终止修复,并在11月19日直接宣布退役射电望远镜退役,后期逐步拆除。

11月份的破损情况(图片:cmglee&OpenStreetMap / Wikipedia)

然而,望远镜还没等开始拆,在12月1日早上8点左右(当地时间),就发生了坍塌事故。引用阿雷西博天文台工作了26年的职工描述:“听起来像隆隆声。我知道那是什么,我在尖叫。就我个人而言,我失去了控制……我无法用语言来表达。这是一种非常深刻、可怕的感觉。”

此次坍塌对望远镜造成的损害非常严重,仪器接收平台完全塌掉,接收平台部分铝板脱落,露出盘面下的植被。换句话说,这次的事故已经让天文台无法正常运转了。

差不多处于报废状态了……(图片:NotiCel / twitter)

发生了这么大的事,国家科学基金会的工作人员当然也得去实际察看一番。毕竟虽然望远镜不要了,但天文台的其他设施还得进行抢救。

美国对现阶段阿雷西博望远镜的放弃,并不代表彻底放弃阿雷西博望远镜这一计划。根据相关科学家的预测,恢复阿雷西博望远镜的最可行方式还是原地重建,毕竟很难再找到一个像阿雷西博如此绝佳的地理环境了。

夜间的望远镜(图片:Arecibo Observatory)

而重建后的阿雷西博,也将在许多领域成为重要的科学研究装置,尤其是在引力波领域。

但是,经济因素已成为重建阿雷西博望远镜的最大阻力。

下一任的拜登政府和国会能不能通过这一“超级工程”项目,依然是一个未知数。

参考文献:

1. http://www.naic.edu/

2. https://www.ucf.edu/news/broken-cable-damages-arecibo-observatory/

3. https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=301674

4. https://www.nature.com/articles/d41586-020-03270-9

5. https://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_Observatory

6. https://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_Telescope

7. https://en.wikipedia.org/wiki/William_E._Gordon

8. https://en.wikipedia.org/wiki/Air_Force_Research_Laboratory

9. https://en.wikipedia.org/wiki/Kwajalein_Atoll

10. https://en.wikipedia.org/wiki/DARPA

11. https://en.wikipedia.org/wiki/Earth%E2%80%93Moon%E2%80%93Earth_communication

本文来自微信公众号:地球知识局(ID:diqiuzhishiju),作者:乃一姆, 制图:孙绿,编辑:养乐多

金星上存在生命?科学家试图揭开“维纳斯”面纱|金星|地球

国际科学团队发表了一项最新的研究,称在金星上找到了生命的“标记物”磷化氢,并首次推测金星可能存在过生命。

探索外星生命一直是科学家长期努力回答的首要问题之一。科学家已经使用探测器和望远镜在太阳系内和系外的其他行星上寻找生命的间接标志——“生物标记物”。

9月14日,国际科学团队发表了一项最新的研究,称在金星上找到了生命的“标记物”——磷化氢,并首次推测金星可能存在过生命。

这项发现被发表在《自然天文学》杂志上。研究团队首先使用夏威夷的James Clerk Maxwell望远镜发现了磷化氢,然后使用智利的Atacama大毫米/亚毫米阵列(ALMA)射电望远镜对其进行了确认。

该研究的主要作者、威尔斯卡迪夫大学的天文学家简·格雷夫斯(Jane Greaves)教授表示:“我感到非常惊讶,事实上应该说是十分震惊。”

推测有生命是“不得已的解释”

虽然研究人员没有发现实际的生命形式,但指出地球上的磷化氢是由在缺氧的环境中繁殖的细菌产生的。为了产生磷化氢,地球上的细菌需要从矿物质或生物物质中吸收磷和氢。

麻省理工学院分子天体物理学家、研究的合作者克拉拉·索萨·席尔瓦(Clara Sousa-Silva)教授表示:“就我们目前对金星的了解而言,对磷化氢的发现最合理的解释应该是有生命的存在,虽然这听起来有些难以置信。”

2019年诺贝尔物理学奖得主迪迪埃·奎罗兹(Didier Queloz)今年7月曾对第一财经记者表示:“很多留在地球表面的标记物,都可以成为外星生命研究的素材。最近我们看到生命起源方面研究的新进展,这能从化学分子层面帮助人们理解生命必需的元素。”

他还说道,尽管金星从各方面条件来看不适合生命的存在,但是依然可以把金星作为一个很好的研究对象,比如说它有没有水的迹象,有没有可能存在生命的活动。

金星是太阳系中离地球最近的行星。它与地球的结构类似,但比地球小,它也是仅次于太阳的行星,表面温度高达471摄氏度,足以熔化铅。并且金星被包裹在一层厚厚的有毒大气中,这使得其表面热量无法散发。

索萨·席尔瓦教授表示,金星上生存生命只是一种推测。“即便金星上的生物化学与地球上的完全不同,它也不适合居住。”她说道,“但是很久以前,也就是失控的温室效应使该星球的大多数生命完全无法生存之前,金星表面可能存在过生命。”

索萨·席尔瓦教授强调,将磷化氢的发现解释为有生命迹象,是在无法给出其他解释的情况下的最后假设。她还表示,这可能意味着在整个银河系中,生命本身就是一种普遍的存在,它很可能存在于地球之外的其他星球。

金星云中的剧毒物质

磷化氢是一种由带有三个氢原子的磷原子组成的化合物,有剧毒。本研究中使用地面望远镜,就能够帮助科学家研究天体的化学性质和其他特征。

研究人员在金星大气中发现的磷化氢浓度为亿分之二。格雷夫斯教授说,研究人员检查了潜在的非生物来源,如火山活动,陨石,闪电和各种类型的化学反应,但没有一个看起来可行。这项研究未来的方向有两个,要么继续确认生命的存在,要么寻找一种可替代的解释。

一些科学家怀疑,金星的云层很高,温度较为温和,约为30摄氏度,这会让云层藏有可承受极端酸性的微生物气溶胶。这些云层约含90%的硫酸,在地球上的微生物是无法在这种酸度中存活的。

“如果这种生命是微生物,它们将能够获得阳光和水分,并且能存活在液滴中来防止自身脱水,但同时它们将需要某种未知的机制来防止酸腐蚀。”格里夫斯教授说道。

在地球上,“厌氧”环境中的微生物能产生磷化氢,这种不依赖氧气的生态系统包括污水处理厂、沼泽、稻田、湖泊沉积物以及许多动物的排泄物和肠道中;在某些工业环境中,磷化氢也以非生物方式产生。

“我们尽了最大努力,用无需生物学过程参与的方法,试图解释这一发现,但是根据我们目前对磷化氢、金星和地球化学的了解,我们无法解释磷化氢为何存在于金星云中。” 索萨·席尔瓦教授表示。

另一方面,金星对磷化氢的存在并不利,因为它的表面和大气中富含会迅速与磷化氢反应并破坏磷化氢的氧化合物。

该研究的合作者、英格兰曼彻斯特大学天体物理学家安妮塔·理查兹(Anita Richards)表示:“在金星上,某种物质必须以磷化氢被破坏的同等速度来生成磷化氢。”

科学家认为,人们对金星的认知应该发挥更大的作用,来解释这种奇特物质的存在。过去曾有机器人飞船造访过金星,而未来可能需要一个新的探测器来确认生命的存在。“好在金星就在地球隔壁,所以飞过去应该并不是件难事。” 格雷夫斯教授说道。

“科学家下一阶段将会有更加雄心勃勃的计划,我们试图通过发射卫星来探测系外行星上的生物标记,从而回答是否会有外星生命的问题。”2019年诺贝尔物理学奖得主米歇尔·马约尔(Michel Mayor)教授今年早些时候对第一财经记者表示。

这个曾经闻名世界的望远镜坏了,而且坏得很严重

本文来自微信公众号:科学大院(ID:kexuedayuan),作者:乘凉,头图来自:University of Central Florida

在我国的“天眼”FAST建成之前,有这样一个望远镜,它一直是射电天文领域里最大的望远镜,并保留这一名号约五十年之久,它便是位于美国波多黎各岛上的阿雷西博望远镜(Arecibo Observatory)

似乎新的崛起就预示着旧的衰败,最近这一望远镜受飓风影响,反射镜面上被砸开了一个三十多米长的大口子,让本身就气息奄奄的阿雷西博再次雪上加霜。


令人意外的事故

北京时间8月4号的上午,北大西洋一级飓风“伊萨亚斯”在美国北卡罗来纳州的东南部沿岸登陆。从地图上看,阿雷西博所在的波多黎各也是较早一批遭受侵袭的地方之一。

阿雷西博望远镜的所在位置和此次飓风的侵袭路线 (图片来源:wikipedia.org)

为了避免极端天气的影响,望远镜短暂关闭了观测,希望可以逃过此劫。可惜在随后的几天里,望远镜还是出事了。

在美国东部时间8月10日凌晨两点钟左右,用于支撑望远镜型信号接收器的缆绳突然断裂,并砸到了下面的反射面板上。这根缆绳直径将近8厘米,如此的一砸,砸开了一个长约30米的大口子,导致约有250块反射面板损坏,同时底下支撑面板的绳索也坏了一些,整个望远镜的框架也出现了一些变形。

损坏的阿雷西博射电望远镜(图片来源:University of Central Florida)

这样的事故无疑是灾难性的。整个望远镜无疑会在较长的一段时间内无法观测了。好一点可能几个月,糟糕一年也不是没有可能。这也预示着很多该望远镜观测的科学子项目要么延期,要么只能转而寻找其他观测设备(这里暗示一下FAST)。罪魁祸首无疑是那根悬在望远镜上方一百多米的缆绳,不过目前工程师们还在排查具体的事故原因。

在8月14日的记者招待会上,阿雷西博望远镜的主管就向前来的记者解释道,这一支撑的线缆在设计的时候就有很长的寿命,按理说可以再维持15-20年,所以线缆的断裂确实很让人迷惑。

不过当我们联想到阿雷西博是上世纪六十年代就建成的时候,难免不让我们联想设备老化、年久失修这类的词汇。

曾经不朽的第一

与FAST这样生来就用来从事射电天文不同,阿雷西博的建造还是冷战时军事博弈的产物。它最初的设计目标之一是可以飞行中的苏联导弹头。所以,相对于普通的射电望远镜只能接收电磁信号,它有着一点巨大的不同,那就是它同时还是一台可以发射信号的雷达。它1963年正式建造完毕上线的时候,正式的科学用途是探索地球电离层的结构。其本身搭载的雷达可以电离层发射信号,而后接收发射回来的信号以便后续的研究分析。

这里有个鲜为人知的小故事。当时为了研究电离层,需要计算多大的望远镜才能达到要求,有科学家计算得到的理想尺度是1000 英尺,刚好是现今的阿雷西博口径(305 米),后来也确实这么建了。这一工程在那个时代确实是个奇迹,研究团队们难以置信地克服了很多技术难关。后来气象科学家发现,完成电离层的探测根本不需要如此大的口径,他们用一个小得多的镜子也同样取得了理想的效果。所以虽然前一个科学家的结论错了,既然建都建了,这么大的口径浪费也属实可惜,接着才有了它在天文领域大展身手的故事。

从空中看阿雷西博望远镜(图片来源:space.com)

阿雷西博的原始口径为305米,到1974年的时候在外围“编织”的一圈外网,使它的口径达到了350米。如此大的口径让人们难以设计支架来支撑它,转而利用和FAST相同的喀斯特地形优势,将反射面板沿着修整后的环境进行铺设。大锅由38778块穿孔的铝板制成,每片的大小约为1米 × 2米。

我们需要避免的一个认识误区是,它和普通铺瓷砖地板不同,每片面板并不是直勾勾地“镶嵌”在地面上,而是脱离地面的,下面有钢缆网进行支撑。所以我们回顾那张损坏的照片时,会发现底下除了茂盛的植被,还有很多牵拉的缆绳。

上图是阿雷西博大锅的外围,下图是从望远镜底部向上看的情形 以及反射面板图 根据电磁学方面的特性,面板不需要做成实心的,所以我们从望远镜的底部向天空看的时候,会发现除了支撑的边框几乎无遮无栏(FAST也差不多)(图片来源:University of Central Florida)

在大锅上方的150米处,还有一个重达900吨的接收机平台。这一平台被三个百米左右的塔架延伸过去的18根电缆所维持,平台最关键的则是下部可移动的接收机,用于接收不同天区的电磁波信号。

望远镜上方悬挂着的信号接收设备,它可以在平台上移动(图片来源:University of Central Florida)

由于望远镜搭载雷达,除了星系、脉冲星这样的射电探测外,它还可以通过信号发射,探测近地的小行星,为地球起到良好的预警作用。就在望远镜坏掉的前几天,它还认了一颗与地球擦肩而过的小行星。

最新通过阿雷西博发现的小行星2020 NK1,其直径只有1 km左右(图片来源:University of Central Florida)

在我们的天眼 FAST诞生之前,从1963年到2016年,阿雷西博一直保持着世界最大射电望远镜的名誉。

从辉煌到窘态

在望远镜建成十年之际,由著名天文学家卡尔萨根和德雷克的主持下,向距离地球25万光年的球状星团M13中心发送了一串由1679个二进制数字组成的信号,如果外星人能够正确解码这一串信息,他们将获得一系列的数字和图形,可以帮助外星人对地球产生基本的认识。里面包含了二进制表示的从1到10十个数字,核苷酸的化学式、DNA的双螺旋形状,人类外形,太阳系组成等。这一信息被称之为阿雷西博信息。

阿雷西博信息 这一试图向外星智慧生命联系的信号的行为比旅行者1号还早了三年(图片来源:wikipedia.org)

这个望远镜建成之后除了天文学界的欢欣鼓舞,它还是电影里的名场面。1995年的经典电影《007之黄金眼》就曾在阿雷西博取景。而在1997年的电影《超时空接触》里,搜寻地外信号的女主角天文学家艾莉就在此待过一段时间,这部电影成功的将外星生命的话题推向了一个高潮,阿雷西博也随之进一步名声大噪。

上图为《007之黄金眼》剧照 ,下图为《超时空接触》剧照(图片来源:space.com)

关键在于,除了建设一个望远镜,日常的科研项目开支也要钱。尽管阿雷西博很实用,在当时可以扫描很大的天区,不过搜寻外星人的行动也不能光靠爱发电。执行SETI计划如此,从事其他天文学目标的研究也如此。

从2006年开始,由盛转衰的苗头开始涌现。自那一年起,美国国家科学基金会(NSF)就动起了削减经费的念头,提出要在2007年~2011年将预算从一千万美元砍到四百万美元。如果没有其他经费来源,这样的当头一棒会迫使望远镜关停。

经过这些年的口水纷争,现在的阿雷西博主要靠弗罗里达大学的经费苦苦支撑。虽然它为人类做出了巨大的贡献,但是经过半个世纪的风风雨雨,其各个部件也在逐渐老化。由于沿海的地理环境,它每年还要禁受飓风的袭击。

事故前的阿雷西博看起来宛如垃圾场(图片拍摄:Xavier Garcia/Bloomberg/Getty)

让我们再来看看事故前的画面。图片里的阿雷西博因为无人维修,锅里的反射面板已经开始大面积生锈,远远看去,就像一个大型的垃圾场。杂草丛生,昔日的荣光早已不在,再来对比我们的崭新大锅,不得不令人唏嘘。


再度回顾这场事故

尽管造成此次大裂缝的线缆为什么断裂的原因还未知,但是原因基本上离不开年久失修、设备老化这几个字。具体的损坏评估也还在进行当中。所幸的是这次事故中没有人员受伤。事件发生当地时间在凌晨2:45分,所以观测站里没有人,而如果发生在白天,就可能有人受伤了。

支撑线缆损坏的照片(图片来源:University of Central Florida)

仪器方面,其特有的雷达部分没有损失,只有大锅坏了,后期至少需要更换250块面板。所以天文台处的负责人Cordova说,会尽快修复设备让其重新运转,不过暂时还没有提及需要修多久,修的钱从哪出。时间可能会是几个月,也可能会是几年;修缮的资金目前还是个未知数,个人猜测光靠弗罗里达大学的支撑不太可能完成这一维修工作。

其实这也不是阿雷西博第一次受到创伤了,过去就发生过很多大大小小的事故,只不过这一次的最严重。上一次的创伤发生于2017年9月21日,飓风玛莉亚带来的强风导致悬在大锅上的一根天线掉了下来,砸坏了38778块铝板中的约30块。修补这这些砸坏的铝板容易,而重新铺设天线不容易。由于阿雷西博的大部分观测依靠位于圆顶中的馈源和接收器,平时也很少用到那根天线(所以干脆就不管它了)。总体而言,这次的损伤还算小的。可惜我们从新闻中知悉到,即便是如此微小的创伤到现在还没算完全修复好,可想而知这一次的维修需要多久了。

阿雷西博关停的期间,势必有很多观测项目要转移到其他望远镜上。如果追求单口径高分辨率、高信噪比的图像,FAST将会是最佳的接棒者,预期后续申请使用FAST的科学项目也会更多一些。

结语

望远镜是喜新不厌旧的,虽然我们的FAST在性能上比阿雷西博强大的多,但是我们也不希望阿雷西博从此一蹶不振。多一个设备的观测就能多一份数据,也预示着能在天文学中多出一分成果。阿雷西博的研究同样覆盖着广泛的研究内容,从银河系和星系的演化,到暗物质暗能量和宇宙大尺度结构的研究,都有它的身影,可谓是为功勋卓著。

尽管FAST在技术上相比阿雷西博进步太多,但是作为吃瓜群众的我们,还是理应从阿雷西博的厄运中思考一番:我们应该怎么做,才能保护我方的大锅?

参考资料:

[1]. A Broken Cable Has Smashed a Huge Hole in The Arecibo Observatory https://www.sciencealert.com/a-broken-cable-smashed-a-huge-hole-in-the-arecibo-observatory

[2]. Broken Cable Damages Arecibo Observatory https://www.ucf.edu/news/broken-cable-damages-arecibo-observatory/

[3]. The investigation into why a cable mysteriously broke on the Arecibo Observatory has begun https://www.space.com/arecibo-observatory-cable-failure-investigation.html

[4].The Arecibo Observatory: Puerto Rico's Giant Radio Telescope in Photos https://www.space.com/38217-arecibo-observatory-puerto-rico-telescope-photos.html

[5]. Arecibo Observatory Returns from Tropical Storm Isaias Lockdown to Track Asteroid for NASA https://solarsystem.nasa.gov/news/1421/arecibo-observatory-returns-from-tropical-storm-isaias-lockdown-to-track-asteroid-for-nasa/

[6].Arecibo Observatory, Puerto Rico – The World’s Largest Radio Telescope For Over 50 Years https://uncover.travel/arecibo-observatory-puerto-rico-the-worlds-largest-radio-telescope-for-over-50-years/

[7]. 喜新不厌旧 我们需要阿雷西博与FAST望远镜 http://suo.im/5ZNSyr

本文来自微信公众号:科学大院(ID:kexuedayuan),作者:乘凉

“氦闪”可产生锂元素

郭守敬望远镜是全球光谱获取率最高的望远镜,安放于中国国家天文台兴隆观测站。 (资料图片)

在人们日常生活中,对锂元素的应用几乎随处可见。它通常被用于现代通信设备与运输行业。手机、平板电脑、电动汽车等均使用锂电池供电。此外,锂元素还被大量应用于航空航天、国防军工等领域。但可能大多数人都不知道锂元素从何而来。

其实,绝大多数锂的起源可以追溯到同一个事件——那就是约138亿年前发生的宇宙大爆炸,即宇宙起源。锂是目前已知在宇宙早期大爆炸中最早产生的3种元素之一,另外两种是氢和氦。一直以来,锂元素是连接宇宙大爆炸、星际物质与恒星的关键元素。所以,对锂元素的研究是宇宙与恒星演化的重要课题。

根据研究,宇宙大爆炸时期锂含量小幅增长,这主要是由于高能宇宙射线轰击星际介质中较重的原子核,如碳和氧,将它们分裂成较小原子,如锂。与其他元素不同,研究人员普遍认为,锂元素将会在恒星中逐渐消失。这是因其在恒星内部相对较低温度下(250万摄氏度)参与核反应,再经过与外部大气混合,最初的锂就会在恒星生命周期中消失。比如,太阳与地球的组成元素高度相似,且被认为几乎同时形成,但太阳却比地球中的锂含量低了100倍。但随着观测技术的进步,人们陆续发现,部分类太阳恒星大气中的锂含量非常高,在某些情况下,甚至比理论模型预测高10万倍。这到底是什么原因导致的?过去40年里,该问题一直困扰着研究人员。

近日,科学家解开了上述谜题——中国科学院国家天文台研究员赵刚与国际团队合作,利用我国重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST)光谱数据及国际GALAH望远镜巡天数据,发现类太阳恒星经过氦闪后普遍可以产生锂元素。该研究成果已发表于国际知名天文期刊《自然·天文》。

借助GALAH、LAMOST与GAIA(盖亚卫星)巡天数据,研究团队发现了类太阳恒星经过氦闪后普遍可以产生锂元素,从而解开了上述谜团。论文第一作者表示:我们系统研究了晚期类太阳恒星中锂丰度异常升高的现象。令人惊讶的是,类太阳恒星经过氦闪后锂丰度异常升高的现象极为普遍。

氦闪是类太阳恒星中必然经历的一个标志性事件。在恒星演化晚期,其核心不断积累氦元素,并导致温度与压力持续上升。这个巨大的氦核最终被点燃,发生剧烈失控的核燃烧,在几分钟内释放出相当于整个银河系的能量。理论模型预测,经历此阶段的恒星锂含量应该非常低;但实际上,这些恒星的锂含量平均高出理论预测值200多倍,这表明类太阳恒星通过氦闪产生了新的锂元素。

此外,该研究还提出了一个新标准来鉴别被称为富锂巨星的天体。照此标准,人们在过去40年间所发现的富锂巨星可能仅是宇宙中的冰山一角。

研究团队负责人、论文共同通讯作者赵刚研究员表示:“对我们而言,下一步研究的关键是了解锂在氦闪和混合机制之间的核聚变,这里依然包含着很多未解之谜。”(经济日报-中国经济网记者 沈 慧)

宇宙第一批恒星和星系形成时间或更早|宇宙

来源:科技日报

科技日报北京6月8日电 (记者刘霞)据物理学家组织网近日报道,欧洲天文学家借助哈勃太空望远镜对大爆炸后5亿到10亿年间的宇宙展开研究,没有发现第一代恒星——所谓第三星族恒星存在的证据。这一最新结果表明,早期宇宙中第一批恒星和星系的形成时间比科学家此前认为的要早得多。

在现代天文学领域,探索第一批恒星和星系如何以及何时形成仍是一项重大挑战。普朗克太空望远镜此前提供的数据表明,恒星约在大爆炸后5.5亿年开始形成。哈勃望远镜研究项目由欧洲航天局(ESA)和美国国家航空航天局携手开展,可观测大爆炸后5亿年内宇宙的情况。

由ESA的拉查娜·巴塔德卡领导的欧洲研究团队一直在着手研究第三星族星,它们由大爆炸产生的原始物质组成。在最新研究中,团队成员通过借助哈勃太空望远镜研究MACSJ0416星团及其平行场,探索了大爆炸后约5亿至10亿年间早期宇宙的情况。她说:“我们没有发现第一代恒星的证据。”

这一研究是“哈勃前沿领域”计划的一部分。该计划2012年开始,2017年结束,观测了六个遥远的星系团,获得了迄今对星系团和位于其后的星系最深的观测结果。这些星系由于引力透镜效应而被放大,因此,比以前观测到的星系暗10到100倍的星系也会“现形”。

巴塔德卡及其团队开发了一种新技术,可以消除构成这些引力透镜的明亮前景星系发出的光,从而发现比哈勃望远镜以前观察到的质量更低的星系,这些星系诞生于宇宙不到10亿岁时,最有可能成为宇宙再电离的候选者。宇宙再电离时期是中性星系介质被第一批恒星和星系电离的时期。

巴塔德卡说:“这些结果影响深远,因为它们表明第一批恒星和星系的形成时间比我们此前认为的要早得多,其形成时间点超出了哈勃太空望远镜的能力,詹姆斯·韦伯太空望远镜拟于2021年发射,有望揭示宇宙最早星系的秘密。”