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历史上的今天 2020年12月1日 阿雷西博射电望远镜出现坍塌事故

 胡侃杂史 2023-01-26 发布于黑龙江

阿雷西博望远镜是一个 305 米(1,000 英尺)的球面反射(射电望远镜),内置于波多黎各阿雷西博附近的阿雷西博天文台的天然天坑中。天线上方 150 米(492 英尺)处安装了一个电缆安装的可操纵接收器和几个用于发射信号的雷达发射器。阿雷西博望远镜于1963年11月竣工,曾连续 53 年成为世界上最大的单口径望远镜,直到 2016 年 7 月被中国贵州的500 米口径球面望远镜(FAST)超越。

拆除过程中的阿雷西博望远镜,2021 年 12 月

阿雷西博望远镜主要用于射电天文学、大气科学和雷达天文学的研究,以及寻找外星智能(SETI) 的计划。希望使用天文台的科学家提交由独立科学裁判评估的提案。NASA还使用该望远镜进行近地天体探测计划。该天文台主要由美国国家科学基金会(NSF) 资助,美国宇航局提供部分支持,从 1963 年建成到 2011 年由康奈尔大学管理,之后它被转移到由斯坦福国际研究所。2018 年,由中佛罗里达大学领导的财团承担了该设施的运营。

该望远镜独特的未来主义设计多次出现在电影、游戏和电视制作中,例如詹姆斯·邦德电影《黄金眼》 (1995) 中的高潮打斗场面。它是航海者金唱片收录的 116 张图片之一。自 2008 年以来,它已被列入美国国家历史名胜名录。该中心于 2001 年被命名为IEEE 里程碑。

2019 年 6 月阿雷西博射电望远镜主碟的全景图。

自 2006 年以来,NSF 减少了对天文台的资助承诺,学术界只能使用额外的资金继续其项目。该望远镜在 2017 年被玛丽亚飓风损坏,并在 2019 年和 2020 年受到地震的影响。两次电缆断裂,一次发生在 2020 年 8 月,第二次发生在 2020 年 11 月,威胁到悬挂平台支撑结构的完整性并损坏了天线。由于不确定支撑悬空结构的电缆的剩余强度,以及由于进一步故障导致维修危险而导致倒塌的风险,美国国家科学基金会于 2020 年 11 月 19 日宣布,该望远镜将退役并拆除,但无线电望远镜和激光雷达设施保持运行。12 月 1 日当地时间上午 7 点 55 分,剩余的几根支撑电缆在退役前发生严重故障,支撑结构、天线和圆顶组件全部掉入天线中, 直接摧毁了望远镜。美国国家科学基金会决定2022 年 10 月不会在该地点重建望远镜或类似的天文台。

望远镜直径为 1,000 英尺(305 米) ,曲率半径为869 英尺(265 米),并建在岩溶天坑 内。碟形表面由 38,778 块穿孔铝板制成,每块约 3 x 7 英尺(1 x 2 米),由钢缆网支撑。下方的地面支持耐荫植被。

该望远镜具有三个雷达发射器,有效各向同性辐射功率(EIRP)在 2380 MHz 时为 22 TW (连续),在 430 MHz 时为3.2 TW(脉冲峰值), 在 47 MHz 时为200 MW , 作为在 5.1 和 8.175 MHz 下运行的电离层修改设施。

接收器位于一个 820 吨的平台上,悬吊在天线上方 150 米(492 英尺)处,通过 18 根主电缆从三个钢筋混凝土塔(每个塔 6 根电缆)延伸,一个 111 米(365 英尺)高,另外两个 81 米(265 英尺)高,将它们的顶部放置在相同的高度。每根主电缆都是一束 160 根直径为 8 厘米(3.1 英寸)的电线,电线束上涂漆并不断吹干空气,以防止潮湿的热带气候造成腐蚀。该平台有一个旋转的弓形轨道,长 93 米(305 英尺),称为方位角臂,携带接收天线和二级和三级反射器。这使得望远镜能够观察当地天顶40 度视锥范围内的任何天空区域(在 -1 到 38 度偏角之间)。波多黎各靠近北回归线的位置使阿雷西博望远镜能够在其轨道北半部观察太阳系中的行星。

该望远镜在 1969 年 10 月 1 日从国防部到国家科学基金会的监督下进行了多次升级,随后于 1971 年 9 月将 AIO 更名为国家天文学和电离层中心 (NAIC)。最初,当最大预期工作频率约为 500 MHz 时,表面由直接铺设在支撑电缆上的半英寸镀锌金属丝网组成。1973 年,由 38,000 个可单独调节的铝板组成的高精度表面取代了旧的金属丝网,最高可用频率升至约 5000 MHz。格里高利反射器系统于 1997 年安装,结合了二级和三级反射器以将无线电波聚焦在一点。这允许安装一套接收器,覆盖整个 1-10 GHz 范围,可以轻松移动到焦点,为 Arecibo 提供更大的灵活性。

额外的仪器为平台增加了 270 吨(300 短吨)的重量,因此增加了六根额外的支撑钢缆,每个塔两根。在周边还安装了金属网屏,以阻止地面的热辐射到达馈电天线。1997 年,增加了功能更强大的 2400 MHz 发射器。最后,在 2013 年拨款250 万美元, 添加电离层修改 HF 设施的工作开始于 2015 年完成。 HF 设施包括在主天线内的六个可折叠 100 kW 交叉偶极子的发送端和一个悬挂在天线和平台之间的 100 米宽的副反射器网格。

2010 年代的几次飓风和风暴引起了结构工程师对天文台稳定性的担忧。2017 年 9 月 21 日,与飓风玛丽亚相关的强风导致 430 MHz 线路馈电中断并落在主天线上,损坏了 38,000 块铝板中的大约 30 块。大多数阿雷西博观测没有使用换行,而是依赖于位于圆顶中的馈源和接收器。总的来说,玛丽亚造成的伤害很小,但它进一步笼罩了天文台的未来。恢复所有以前的功能需要的不仅仅是天文台已经受到威胁的运营预算,而且用户担心会做出将其退役的决定。

由中央佛罗里达大学(UCF)、Yang Enterprises 和UMET组成的财团于 2018 年 2 月出面提供资金,使 NSF 从 2022 财年起将其对阿雷西博运营成本的从 800 万美元减少到 200 万美元。2023 年,确保天文台的未来。因此,UCF 财团在 2018 年被任命为天文台的新运营商。

2020 年 8 月 10 日,一根辅助平台支撑电缆从 4 号塔分离,造成望远镜损坏,包括反射盘中 100 英尺(30 米)的裂缝。损坏包括格列高利圆顶中的六到八块面板,以及用于进入圆顶的平台。据报道,没有人因局部倒塌而受伤。在进行损坏评估后,该设施已关闭。

2020 年 12 月下旬,时任波多黎各州长的旺达·巴斯克斯·加塞德签署了一项行政命令,耗资 800 万美元,用于清除碎片并设计一座新的天文台,以取而代之。州长表示,天文台的重建是“公共政策问题”。行政命令还指定该地区为历史遗址。

根据2021 年《综合拨款法》的要求,美国国家科学基金会于 2022 年 3 月向国会提交了一份报告,“关于损害的原因和程度,以安全和无害环境的方式清除碎片的计划,相关 [Arecibo] 的保护观测站]设施和周边地区,以及确定是否在现场建立可比技术的过程,以及任何相关的成本估算”。

德克萨斯大学奥斯汀分校的一个团队能够在 2021 年 5 月之前完全恢复和备份望远镜自 1960 年代开放以来捕获的 3 PB数据,以免存储设备受到进一步损害。数据被转移到德克萨斯高级计算中心的学校服务器上,以供继续研究使用。

NSF 科学家制定的一项早期计划提出了一种可能的替代品,称为下一代阿雷西博望远镜,使用 1000 个紧密排列的 9 米(30 英尺)望远镜安装在一个或多个平板上,这些平板将覆盖 300 米(980英尺)阿雷西博天坑的宽度。虽然望远镜本身是固定的,但平板可以在任何方向上偏离水平面旋转超过 45°。这将使新仪器的视场是原来的阿雷西博望远镜的 500 倍,灵敏度是原来的两倍,雷达功率是原来的两倍。预计建造成本约为4.5 亿美元。这将有助于更好地研究银河系中心的超大质量黑洞作为主要目标。

NSF 于 2022 年 10 月确定,阿雷西博场地将不会用于建造新望远镜,而是将该场地转变为 STEM 教育中心。阿雷西博打捞调查委员会保留了望远镜的一些部件,包括部分天顶和方位角轨道、平台的一角、旋转接头和缆车。

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