射電天文學的重生
在上世紀30年代早期，貝爾實驗室(Bell Labs)開始試驗橫跨大西洋的無線通信。這家通信巨人想要詳細分析一下在跨洋通信中出現的靜電雜訊，就找了一位名叫Karl Jansky的工程師來調查這些雜訊的來源。最終，他找到了三個雜訊源：附近的雷雨、遠處的雷雨、以及不知道來自於哪裡的一個穩定的雜訊……
Jansky花了整整一年的時間，用一種看起來和腳手架殘骸差不多的初級天線研究這個穩定的雜訊，並最終找到了它的來源：發出這個靜電噪音的，就是宇宙本身。「來自外太空的無線電波」，1933年5月，這個結論發表在了《紐約時報》上。「聽起來和鍋爐中泄露出的蒸汽差不多，只不過這聲音穿越了30000光年的距離。」無意之間，Jansky開拓了一門新學科——射電天文學。
如今，Jansky望遠鏡的複製品佇立在綠岸天文台(Green Bank Observatory，西弗吉尼亞州)前的草坪上，這裡還有著美國四台世界級公共射電望遠鏡之一。其餘三台則分別是甚大天線陣(Very Large Array，VLA，新墨西哥州)、阿雷西博天文台(Arecibo Observatory，波多黎各)和超長基線陣列(Very Long Baseline Array ，VBLA，夏威夷州)。它們都是二戰之後聯邦政府在射電天文學領域投資熱潮時期的遺產。
然而，在過去的幾年中，國家科學基金會(National Science Foundation，NSF)已經削減了對其中三台射電望遠鏡的資金。2012年，NSF發表了一份報告，建議聯邦削減綠岸望遠鏡和VLBA的資金——那時候前者才剛剛建好11年，而後者更是先進到能從960英里之外分辨出一枚硬幣。三年之後，基金會又要求阿雷西博提出「包括大幅削減來自NSF資金」的運營措施。
如今，這些望遠鏡的未來充滿了不確定性。而這些儀器正忙著繪製相鄰星系之間的氣態連接，「視線」穿透尚未形成恆星的星雲，探尋時空本身的扭曲方式。「射電天文學是一種非常、非常特別的天體物理學，」Brian Kent說到，他是美國國家射電天文台(National Radio Astronomy Observatory，NRAO)的一名天文學家。
儘管這些望遠鏡還在工作。但在美國，對純科學研究的支持總是顯得很複雜，因為這些研究往往嚴重依賴於聯邦機構的年度撥款以及那些官老爺的心情。出錢的機構會在建造、運營新望遠鏡與使用舊望遠鏡之間權衡，還要考慮給那些實際使用這些器材的天文學家的撥款。不過，不管怎樣，科學都變得越來越不一樣了。
建造巨大的射電望遠鏡——在現今這意味著要耗資1億到10億美金——其實最初是一種分攤成本的措施。上世紀50年代，新興的射電天文學社群意識到大學是建造不起望遠鏡的——至少造不起能夠推動該領域向前發展的那種望遠鏡。所以，在1956年，美國成立了國家射電天文台，在綠岸基地建造了一系列的望遠鏡，並把這些儀器借給全國各地的科學家使用。在波多黎各的阿雷西博300米望遠鏡始建於1960年，並在後來成為了國家天文與電離層研究中心(National Astronomy and Ionosphere Center)。70年代，NRAO在新墨西哥州開始建造甚大天線陣。
而最近，NARO則幫助智利建造了阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列(Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array，ALMA)。耗資超過10億美元，NSF出資了5億美元，每年還要花費超過4000萬美元來運營。但是這都是值得的：NSF天文學分部的主任Richard Green認為，目前類似於ALMA這樣的望遠鏡或者干涉儀(通過波的疊加引起的干涉現象來進行觀測、獲取信息)在美國天文學界更受歡迎，原來那種巨大的單一碟型天線望遠鏡已經不那麼流行了。「我們正在努力回應天文學社群的新興趣。」他說。這些干涉儀能給一小片區域提供更高解析度、更清晰的圖像——於是就可以用來研究許多天文現象。
天文學家們其實對巨大的單碟天線望遠鏡還是有興趣的——特別是對於那些旨在繪製天空中大量氣團的圖譜、尋找或監測脈衝星，以及找尋那些對干涉儀來說並不敏感的微弱射電源的天文學家來說更是如此。儘管如此，每當談到削減預算的時候，那些大號的碟狀天線還是首當其衝——阿雷西博和綠岸的望遠鏡都在其中。
現今，隨著NSF逐漸削減綠岸和阿雷西博的資金，這兩個天文台不得不另尋金主——主要來源是按次付費的私人使用。來自SETI(搜尋地外文明計劃，Search for extraterrestrial intelligence )的項目和一群合作尋找引力波的脈衝星天文學家讓綠岸天文台暫時活了下來。俄羅斯人則正考慮通過這個望遠鏡與他們的科學飛船聯絡。而VLBA則拿到了海軍的錢，目標是追蹤地球的傾斜角變化。
最終，局面變成了另外一種形態的成本分攤，政府機構找到了可以讓這些「舊」望遠鏡們繼續發揮功用的商業模式。目前，NSF仍舊出資使用望遠鏡的一部分時間用於「開放天空(Open Sky)」計劃，這個項目向任何提出好點子的人開放。在剩下的時間裡，這些望遠鏡就任憑它們的客戶支配了。這就是眼下的妥協，NSF的NRAO項目主管Joseph Pesce說，「這就讓我們能繼續運行這些設備了。」他說，「算是個不錯的解決方案。」
這也給建造其他資源留下了空間——至少理論上留下了——比如其他天線陣列望遠鏡。
其實，已經有一個可能的設施快要浮出水面了：下一代的甚大天線陣(Next-Generation VLA，ngVLA。之前的甚大天線陣儘管升級不斷，但畢竟已經40歲「高齡」了)。按照目前的規劃，ngVLA將會有現在VLA十倍的解析度和靈敏度，可探測的頻率也更寬。主陣列將有214個18米高的天線，散佈於新墨西哥州、德克薩斯州、亞利桑那州和墨西哥。19個小一些的天線則坐落在靠近觀測中心的地方，另外還有30個18米高的天線分布在美國大陸各處。
Eric Murphy是建造這個尚在設想中設備的科學家。他認為，有了ngVLA，天文學家們就能夠製作出各個恆星系聚在一起的高解析度影片。之前想做這種東西是不可能的，因為嬰兒期行星周圍的塵埃會擋住它們「誕生」的畫面，之前的射電望遠鏡捕獲的畫面清晰度都不夠。新設備可以觀測到6億5000萬光年之外造成引力波事件的碰撞。還可以發現正在形成恆星的星系中的分子。
但一切還沒有定論。在付諸實現之前，委員會將把這項計劃列入2020年的「十年規劃」中進行重要性調研，這個規劃由一群天文學家每十年編製一次。如果這個項目在其中能過獲得較高的排位——以及後續的投資——那麼ngVLA最早會在2025年開工建設。
但這個項目是真的貴：僅僅建造就需要15億美元，美國政府會出資一半，並且每年再掏7500萬美元用於運營。與之相比，綠岸望遠鏡換算到今天的成本約為1.35億美元，每年的運營經費也不過1000萬美元。「也許明天就啥都沒有了，不過至少目前看來還挺有意思的。」Murphy說。
如果最終項目真的被關閉了，他的團隊可能會重新編製計劃，或者乾脆繼續使用現在的VLA。另一方面，射電天文學的社群也在努力翻新舊有的望遠鏡：天文學家們在開發一個新的阿雷西博接收器，能夠從根本上改進這個望遠鏡的視野。與綠岸望遠鏡合作的組織則在開發一種叫做Argus+的接收器，用於快速製作新恆星生成的星系圖像，並且保留豐富的細節。2011年，VLA獲得了價值9400萬美元的電子器件升級，並且有了一個之前沒人用過的新名字：擴展甚大天線陣(Expanded Very Large Array，EVLA)。「但畢竟那是四、五十年前的天線了，」Murphy說，「事情越來越難辦了。」
在一個假想的未來，美國有著一個50歲的VLA——以及已經部分私有化的綠岸、阿雷西博望遠鏡和VLBA——美國的射電天文學家在自己家裡已經沒什麼可乾的了。「只有一個綠岸望遠鏡，也只有一個阿雷西博、一個VLA。」Kent說，「如果沒辦法讓這些設備協同工作，我們的科學家、工程師和教育工作者就沒有趁手的工具可用了。」
但是射電天文學家門——在宇宙學機構中總是一幫有點不守規矩的人群——還是會繼續想辦法讓他們的望遠鏡繼續開放、持續運營，並且時不時升級一下。這已經算是老一輩人留下來的科學遺產了。
回到最初，當Karl Jansky完成了他的電話工程後，Bell基本無視了他的天文學發現。貝爾實驗室把Jansky調到了另外的項目中。但是在伊利諾斯州的Wheaton，一個叫做Grote Reber的傢伙開始對天文學著了迷。
Reber在他的後院中造出了自己的射電望遠鏡。這台1937年完成的望遠鏡有一個9.5米(31英尺)直徑的碟型天線——那是他能在當地硬體商店中買到的最大的零件。他發布了人類歷史上第一幅無線電頻譜的銀河照片，宛若天空中的一隻大章魚。之後的十年間，Reber不再是世界上唯一的射電天文學家。
當上世紀50年代NRAO初建的時候，他們買下了Reber的望遠鏡，並把它重新安置在了綠岸天文台——和Jansky望遠鏡的複製品一街之隔遙遙相對。
本文譯自 Wired，由譯者 Freez Sun 基於創作共用協議(BY-NC)發布。
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