文：許世穎
無線電天文學能給予我們不同於可見光的再見之眼最多視角來認識這個宇宙，但無線電電波望遠鏡需要大上好幾個量級的阿雷口徑，才能夠獲得與可見光相仿的西博解析度。
阿雷西博天文台是天文台波一座位於波多黎各的電波望遠鏡，口徑有三個足球場那麼長！多黎電波這麼壯觀的各的過建築能夠完成其實得利於當地的喀斯特地形。如此龐大的外星望遠結構也使聚焦、接收器的再見之眼最多技術與一般常見望遠鏡不同。
除了學術上的阿雷貢獻以外，阿雷西博天文台還曾出現在電影場景裡、西博曾嘗試發送過訊息給可能的天文台波外星生命。這座偉大的多黎電波望遠鏡在2020年因為結構損毀而除役，永遠闔上了這顆過去人類望向宇宙最大的各的過電波之眼。相信這座望遠鏡的外星望遠學術突破、建造經驗能帶給我們未來天文學觀測更穩健的再見之眼最多發展。
阿雷西波天文台：山谷中的電波之眼
我們一般能以口徑大小來評估天文望遠鏡的解析度，口徑愈大，解析度愈好。舉例來說，一個鏡面口徑60公分的望遠鏡解析度就會比40公分的好。
除此之外，觀測的波段也會有影響，波長愈長的波段，必須要用愈大口徑的望遠鏡才能有一樣的效果。同樣口徑大小的望遠鏡，拿去看可見光可能效果不錯，但拿來看紅外線就顯得不足。不同波段的光能帶給我們不同的資料，讓我們得以用不同的視野來了解我們的宇宙。無線電波的波長大約是毫米左右，比可見光大了10000倍。
一支拿來賞鳥、看演唱會的3公分口徑可見光望遠鏡得到的解析度，要靠30000公分（也就是300公尺）才能夠在無線電波得到一樣的效果！但把望遠鏡蓋大不是一件簡單的事情，望遠鏡愈大，支撐結構就需要愈健壯，工程上就愈困難。為了在無線電波波段擁有更好、更清楚的天文相片，天文學家想盡了辦法來讓望遠鏡口徑變大，解決工程上的困難。
要提到最大的天文望遠鏡，阿雷西博天文台（Arecibo Observatory）絕對是榜上有名 ，這座望遠鏡的口徑長達305公尺！阿雷西博天文台位於波多黎各的阿雷西博，這個地方的地貌為喀斯特地形（又稱溶蝕地形，karst topography，見下圖），由於具腐蝕性的降雨以及容易被侵蝕的岩層，喀斯特地形千溝萬壑，起伏不定。
Photo Credit: U.S. Geological Survey/Aero Service Corporation 科學家相中了這樣子的地貌，「既然這裡有著這麼多的大洞，不如就讓這天然的洞成為望遠鏡的支撐架吧！」於是一個蓋在谷裡、口徑305公尺、像一個巨大碗公的望遠鏡反射面就這樣就這樣誕生了。因為實在是太壯觀了，過去曾作為電影的場景，在電影「接觸未來」、「007黃金眼」當中就有它的樣貌，因為這個原因，或許阿雷西博是最多人看過的天文望遠鏡之一呢！[1] [2]
反射面與接收器：山不轉路轉
一般的望遠鏡反射面是拋物面，然而阿雷西博卻是球形面，這之間的差異就在於「指向」。
拋物面有著固定的焦點位置，能將來自遠方同一個方向的光線反射到一個焦點上、被偵測器接收，想要接收哪個方向來的光，就將反射面朝向那裡。然而阿雷西博天文台的反射面卻覆蓋整個山谷、是沒辦法轉的！
山不轉路轉，轉不了反射面就讓轉接收器自己轉。
阿雷西博的接收器不像一般常見天線是跟著反射面轉動，而是掛載在上方的平台，這個平台可以調整接收器的方位角以及仰角，讓接收器能收集不同方向反射來的光。不要小看這個懸吊在空中的接收器平台，它的重量有820公噸！球形反射面反射的光不會匯聚在一個焦點上，而是一條線。因此平台上初期掛載的接收器是一根長條的線形偵測器，可以將不同位置接收到的光收集起來。後期則多掛了一個像圓罩的反射面，藉由多次反射來修正這個球面像差。（見下圖）
Photo Credit: Mariordo (Mario Roberto Durán Ortiz) CC BY-SA 4.0 給外星人的電報及其他學術貢獻
阿雷西博天文太最著名的一項事蹟是在1974年，曾經發了一封「電報」到M13球狀星團，嘗試與可能的外星生命聯絡。
M13球狀星團的恆星分布均勻，是最有可能有外星生命存在的地方。這封電報的訊息是由一連串的0和1組成，將這組訊息以適當的方式排列的話，可以從中看出：2進位的數字1到10、DNA組成元素（氫、碳、氮、氧、磷）、核苷酸的組成、DNA的雙螺旋結構、人類的資訊（約略身高、樣貌、人口數）、太陽系資訊（太陽、當時的九大行星），甚至還放上了阿雷西博天文台的樣貌（如下圖）。
所以某角度來說，阿雷西博望遠鏡可能還是最多外星人看過的望遠鏡......
Photo Credit: Arne Nordmann CC BY-SA 3.0 除了阿雷西博訊息以外，其他天文學術方面的貢獻也非常多。包括1968年Lovelace團隊關測到蟹狀星雲脈衝星（Crab Pulsar）的脈衝週期、進而指出內部存在中子星 [3]。 1974年 Hulse及Taylor發現了第一顆脈衝雙星（Hulse–Taylor脈衝雙星），這是由脈衝星與中子星互相繞轉而成的雙星系統，也讓發現者獲得了諾貝爾獎 [4]。1990年Wolszczan針對首次發現的脈衝星PSR B1257+12資料研究後，更是發現了觀測史上第一批系外行星 [5]！
除役與夥伴
這麼大的一座天文台，特別受到天氣的考驗。2017年，接收器上的線形天線就曾被颶風吹落，將底下的反射面砸出一個洞。到2020年8月、11月，各有一條纜繩損毀，導致整體架構的不穩定。在經過多方考慮後，由於潛在的工安危險決定放棄維修，讓這個曾是地球上最大的電波之眼走入歷史。
原本除役後保有一定的基礎架構的目標，也希望在未來還能有其他科學、教育的用途。然而還沒安排好除役規劃，這個望遠鏡上方的接受器平台就在12月1日墜落，讓整體架構徹底損毀。
Photo Credit: American Association for the Advancement of Science 阿雷西博天文台服役的最後幾年並不孤單，前面說到這麼巨大壯觀反射面的建造得利於一個得天獨厚的地形：喀斯特地形。說到這種地貌，想必很多人會想到另一個著名的喀斯特地形區：中國大陸的雲貴高原。在貴州省平塘縣克度鎮就蓋了一個更大的「500米口徑球面無線電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，簡稱FAST）」，別名「中國天眼」，在2016年正式啟用，成為最大的單面口徑球面無線電望遠鏡[6]。
電波天文學開啟現代天文學家另一個欣賞宇宙的視窗。利用地形的優勢，讓我們得以用更安全的方法、更穩健的構造、更低廉的價格來建造天文望遠鏡。也因為反射面位置固定，接收器的設計也需要跟著調整。在帶給我們許多精彩的科學進展、甚至是電影場景後，阿雷西博天文台結束了57年的任務、停役長眠了。但相信這個偉大建築所留下來的經驗、資料能讓後續電波天文學的發展更加踏實。
參考資料
- Arecibo Observatory Telescope
- wiki/Arecibo Telescope
- Richard V. E. Lovelace. "Discovery of the Period of the Crab Nebula Pulsar", Cornell University
- Hulse, R. A. and Taylor, J. H., ‘“Discovery of a pulsar in a binary system.”, Astrophysical Journal, 1975
- Wolszczan, A., “Confirmation of Earth-Mass Planets Orbiting the Millisecond Pulsar PSR B1257+12”, Science, 1994
- wiki/500米口徑球面無線電望遠鏡
延伸閱讀
- 零距離科學：把望遠鏡搬上太空，人類看得更清更遠了嗎？
- 如何在晚間觀察太陽？可以用微中子望遠鏡
- 人類史上第一張黑洞照片背後的台灣故事
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