阿雷西博望遠鏡：向宇宙的呼喚

國毅

2020年12月1日，阿雷西博望遠鏡反射盤表面損毀。2022年10月13日，美國國家科學基金會宣布，不會重建已垮塌的阿雷西博望遠鏡。

阿雷西博的饋源艙，用于收集望遠鏡反射面接收到的外太空信號。

在加勒比海的波多黎各，從阿雷西博市出發(fā)，沿625號公路一路向南，穿越蒼翠的熱帶雨林，在公路盡頭等待著的，是一個科幻感十足的龐然巨物——一口昂然而立、直徑305米的“大鍋”。生于1963年的它，曾時刻聆聽著成千上萬光年，甚至更遠的宇宙之聲——脈沖星的信號、人類期待已久的外星智慧文明信息，更代表地球和人類對可能存在的外星智慧生命發(fā)出一聲問候。它的名字是阿雷西博射電望遠鏡。雖然阿雷西博望遠鏡在2020年塌了，但傾聽宇宙的故事還在繼續(xù)。

源于“冷戰(zhàn)”的誕生

二戰(zhàn)結(jié)束后，鐵幕拉起，美蘇兩大陣營“冷戰(zhàn)”開啟。為了防御蘇聯(lián)的洲際導彈，美國軍方大力投入彈道導彈防御技術(shù)的研究。他們發(fā)現(xiàn)：當導彈從外層空間重回大氣層的時候，會產(chǎn)生獨特的雷達回波。如果雷達足夠靈敏，導彈在飛行中段就可能會被發(fā)現(xiàn)，這需要一座天線直徑305米的巨型雷達，對大氣電離層進行深入研究。但如此巨大的雷達堪稱史無前例，它的造價也令人望而生畏。

而解決難題的答案，落在了波多黎各島阿雷西博市南部的群山里：這里有很多天然形成的漏斗狀大坑，它們是巖溶地貌“青春期”的產(chǎn)物，巖溶地貌也叫喀斯特地貌，著名的桂林山水、路南石林，都是巖溶地貌在不同發(fā)展階段的模樣。把雷達天線架在這些“天坑”里不但節(jié)約造價，建設(shè)難度也會大大降低。

但這也帶來了一個大問題：巨大的天線，即 “鍋”無法改變朝向。為了解決這個問題，工程師設(shè)計了3座百米塔架，牽于其上的鋼纜吊起作為接收系統(tǒng)的“饋源艙”，懸在天線上方150米處，負責采集反射信號，而饋源艙接收器指向的方向，就是天線的實際朝向。這樣一來，望遠鏡就同時具備了軍用和天文研究的雙重功能。

初建時的阿雷西博還不是我們熟悉的“大鍋”模樣，由于天線由鍍鋅鐵絲網(wǎng)組成，看上去可能更接近一個網(wǎng)眼密集的“大笊籬”。

傾聽宇宙的日常

這款叫作射電望遠鏡的雷達，實在很難與我們平時所見的望遠鏡畫等號。但它又的的確確是一架望遠鏡，它觀測的不是視網(wǎng)膜所感受到的可見光，而是無線電波。20世紀60年代天文學的四大發(fā)現(xiàn)——類星體、脈沖星、星際有機分子和宇宙微波背景輻射，都離不開射電望遠鏡。

阿雷西博出手便是不凡。正式運行還不到半年時，就取得了重大突破。它打破了人們認為水星被太陽引力鎖定的固有觀念，發(fā)現(xiàn)了它并非如月亮一樣，自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)時間相同，而是在繞太陽公轉(zhuǎn)2圈的同時自轉(zhuǎn)3圈。

接下來，它將目標轉(zhuǎn)向“一只張牙舞爪的螃蟹”——1054年超新星爆發(fā)后形成的蟹狀星云。天文學家在星云深處，發(fā)現(xiàn)了一個以33毫秒周期規(guī)律變化的脈沖信號，這來源于一顆高速旋轉(zhuǎn)的中子星。

接連不斷的發(fā)現(xiàn)讓美國人意識到，與軍用相比，阿雷西博似乎在科學研究方向更有前途。1969年10月1日，美國國防部正式“放手”，將阿雷西博移交美國科學基金會管理，成功實現(xiàn)“軍轉(zhuǎn)民”。

幾年后，阿雷西博成了我們熟悉的“大鍋”模樣，38778塊1米寬、2米長大小的鋁板，取代了原來由鍍鋅鐵絲網(wǎng)組成的反射天線。它的成果和任務包括但不限于：在水星上發(fā)現(xiàn)了冰的存在；透過厚重的大氣層繪制金星表面圖；監(jiān)測理論上有可能撞擊地球的近地小行星；為系外行星的觀測提供技術(shù)支持，甚至還發(fā)現(xiàn)了圍繞脈沖星公轉(zhuǎn)的行星。

除了傾聽，它也可以發(fā)出自己的聲音，這源于它配備了4個不同波段和不同發(fā)射功率的發(fā)射器。20世紀六七十年代，當尋找外星文明的熱潮到來之際，既可以傾聽，又能夠發(fā)聲的阿雷西博，便成了尋找外星智慧生命的重要助力。

屬于人類的浪漫

在科幻作家劉慈欣的小說《三體》中，葉文潔在“紅岸”向4光年之外的三體人發(fā)出了訊息。而阿雷西博也向宇宙發(fā)出了穿越25000年的一聲問候。

1974年，為了慶祝阿雷西博的升級改造，科學家們決定要做一件頗具儀式感的事情。他們選擇了距離地球25000光年的武仙座球狀星團M13作為目標，發(fā)送了一段包含1679個二進制數(shù)字的無線電信息，內(nèi)容為人類和地球的基本情況，史稱“阿雷西博信息”，向外星智慧生命傳遞著人類友好的愿望。為什么是1679個數(shù)字？這是因為它由23和73兩個質(zhì)數(shù)相乘而得來，而將這信息排列成73行23列便能獲得一張圖片。

這一年的11月16日，在阿雷西博射電望遠鏡改造落成儀式上，“阿雷西博信息”飛向了包含著至少數(shù)十萬顆恒星的球狀星團，如果那里存在智慧生命，它們將在25000年后聽到地球的這一聲問候。“阿雷西博信息”與“先驅(qū)者”和“旅行者”號飛船攜帶的金屬板、金唱片一樣，是人類曾經(jīng)生活在一個不起眼的恒星系中第三顆行星上的記錄。

這聲問候后，阿雷西博漸漸得到了好萊塢的關(guān)注，在很多電影，特別是與外星生命有關(guān)的電影中頻繁亮相。

1995年的《007之黃金眼》中，阿雷西博成了一口沸騰的大鍋，隨著大量的水傾瀉而下，整個望遠鏡漸漸顯露出來，場景令人震撼。電影的最后，阿雷西博被炸毀。雖然美國電影中不乏地標建筑的爆炸情節(jié)，炸口“大鍋”更不足為奇，但冥冥之間卻似乎預言著一些東西……

1997年的《超時空接觸》中，在朱迪·福斯特和馬修·麥康納的背后，冰冷的金屬巨物顯得清新脫俗，這是阿雷西博展現(xiàn)在人類面前最浪漫的時刻。也是在這一年，阿雷西博再次升級，傳言發(fā)射功率之大甚至可以讓飛鳥蒸發(fā)。但也是這次升級，讓原本就十分沉重的懸掛式饋源艙，重量增加了近1倍，相當于2000架三角鋼琴僅僅系于18根8厘米粗的鋼纜之上。

1999年5月，著名的“在家尋找外星人”（SETI@home，全稱Search for Extraterrestrial Intelligence at home）計劃開始，這是分布式計算平臺最著名的應用之一，由此，更多的普通人投入到聆聽來自外星的聲音的工作中。劉慈欣的另外一部小說《球狀閃電》中也提到了這一計劃，人們只需要在官網(wǎng)注冊賬號后，下載一個屏保軟件，個人計算機就可以在空閑時自行接收來自服務器的數(shù)據(jù)，對某一段無線電波進行分析，以此來捕捉可能來自外星智慧生命的信息。前后共有900多萬人參與了這個項目，而這些無線電波正是來自阿雷西博。

電影《超時空接觸》劇照，側(cè)后方便是阿雷西博的饋源艙。

2020年8月，一場風暴讓懸掛著饋源艙的一條鋼纜從150米的高空抽下來，在球面天線上撕開了一條30多米長的裂痕。

改造后的日子里，阿雷西博還完成了對快速射電暴（FRB）的監(jiān)測、對引力波的間接觀測，以及對星際物質(zhì)進行探測等。科學研究之外，阿雷西博也承擔起了“太空文化大使”的職責，每年有超過10萬名游客慕名而來。讓游客們驚喜的是，他們在這個大鍋下發(fā)現(xiàn)一個郁郁蔥蔥的世界——在這里安家的耐陰植被。自然與科技，就這樣融為一體，密不可分。

凄涼決絕的告別

2006年，阿雷西博望遠鏡因為資金問題可能關(guān)閉的消息傳出。2011年，其管理權(quán)被移交給了有成本優(yōu)勢的波多黎各城市大學和斯坦福研究院。

阿雷西博望遠鏡位于北緯18度，和海南三亞相當，來自熱帶海域的颶風給了它重重幾擊。2017年9月，一場颶風損壞了望遠鏡上的30多塊鋁板，然而并沒有維修資金。2020年8月，又一場颶風“光臨”阿雷西博，懸掛著饋源艙的一條鋼纜被連根拔起，“像一根巨大的鞭子，從150米的高空抽下來，在球面天線上撕開了一條30多米長的裂痕”。除了缺乏維修資金外，咸濕的海風也加速了鋼纜的老化。關(guān)于修復，工程團隊的結(jié)論是：“幾乎沒有什么辦法能在確保安全的前提下修復阿雷西博”。安全拆除的計劃隨之出臺，這又一次招致了輿論熱議。

就在兩股意見僵持不下的時候，2020年12月1日7時53分，又一根鋼纜崩斷。那一刻，三角形饋源艙的一角狠狠顫動了一下，牽扯著它57年的固定線纜，再也無法像從前那樣幫助它對抗地心引力，懸在望遠鏡的反射面上空。接下來，大大小小的碎片火山彈一般飛濺，和900噸的饋源艙一起，落在直徑305米的望遠鏡鏡面上。

而在此前的2020年3月31日，“在家尋找外星人”項目也已宣告休眠。

屬于阿雷西博的時代終結(jié)了。一個時代的結(jié)束，也意味著一個時代的開始。在阿雷西博這樣的單體射電望遠鏡之外，同樣出現(xiàn)在電影《超時空接觸》中的大型射電望遠鏡陣列VLA（由27臺25米口徑的天線組成，位于美國新墨西哥州的圣阿古斯丁平原）以及后來者們，也依然在傾聽宇宙的聲音。

在阿雷西博倒掉的4年前，貴州平塘，一個同樣巨大的喀斯特天坑中，500米口徑射電望遠鏡“中國天眼”正式投入使用，成為目前世界上最大的單口徑射電望遠鏡。因此有人說，如果外星人真的與地球接觸，中國人很可能是第一個聽到外星人聲音的。

（責編：劉婕）

?“阿雷西博信息”

這組圖案的含義，從上到下依次為：二進制數(shù)字1—10，5種化學元素——氫、碳、氮、氧、磷的原子序數(shù)，由以上5種元素構(gòu)成的生命物質(zhì)——核苷酸，人類DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，人類的身高和基本形態(tài)，1974年的世界總?cè)丝跀?shù)量，太陽和九大行星（2006年國際天文聯(lián)合會通過決議，將冥王星“降級”為矮行星，此后太陽系只有八大行星），阿雷西博望遠鏡的外形和相關(guān)數(shù)據(jù)。