Efter en genomgång av tekniska bedömningar som fann skador på Arecibo-observatoriet inte kan stabiliseras utan risk för byggnadsarbetare och personal vid anläggningen, U.S. National Science Foundation kommer att påbörja planerna på att avveckla det 305 meter långa teleskopet, som i 57 år har fungerat som en resurs i världsklass för radioastronomi, planetarisk, solsystem och georymdforskning.

Beslutet kommer efter att NSF utvärderat flera bedömningar av oberoende ingenjörsföretag som fann att teleskopstrukturen riskerar ett katastrofalt fel och att dess kablar kanske inte längre kan bära de belastningar som de var designade för att stödja. Vidare, flera bedömningar angav att alla försök till reparationer kunde sätta arbetare i potentiellt livshotande fara. Även i händelse av reparationer framöver, ingenjörer fann att strukturen sannolikt skulle ge långsiktiga stabilitetsproblem.

"NSF prioriterar arbetarnas säkerhet, Arecibo Observatorys personal och besökare, som gör detta beslut nödvändigt, även om det är olyckligt, " sade NSF-direktören Sethuraman Panchanathan. "I nästan sex decennier, Arecibo Observatory har fungerat som en ledstjärna för banbrytande vetenskap och hur ett partnerskap med ett samhälle kan se ut. Även om detta är en djupgående förändring, vi kommer att leta efter sätt att hjälpa det vetenskapliga samfundet och upprätthålla den starka relationen med folket i Puerto Rico."

Ingenjörer har undersökt Arecibo Observatory 305-meters teleskop sedan augusti, när en av dess stödkablar lossnade. NSF auktoriserade University of Central Florida, som förvaltar Arecibo, att vidta alla rimliga åtgärder och använda tillgängliga medel för att ta itu med situationen samtidigt som säkerheten förblev högsta prioritet. UCF agerade snabbt, och utvärderingsprocessen följde sin förväntade tidslinje, med tanke på anläggningens ålder, komplexiteten i konstruktionen och den potentiella risken för arbetarna.

Ingenjörsteamen hade designat och var redo att implementera nödstabilisering av det extra kabelsystemet. Medan observatoriet arrangerade leverans av två ersättningshjälpkablar, samt två tillfälliga kablar, en huvudkabel gick sönder på samma torn 6 november. Baserat på påfrestningarna på den andra trasiga kabeln - som borde ha varit väl inom dess förmåga att fungera utan att gå sönder - drog ingenjörerna slutsatsen att de återstående kablarna sannolikt är svagare än vad som ursprungligen beräknades.

"Ledarskap vid Arecibo Observatory och UCF gjorde ett berömvärt jobb med att ta itu med denna situation, agerar snabbt och strävar efter alla möjliga alternativ för att rädda detta otroliga instrument, sa Ralph Gaume, chef för NSF:s avdelning för astronomiska vetenskaper. "Tills dessa bedömningar kom in, vår fråga var inte om observatoriet skulle repareras utan hur. Men i slutändan, en övervikt av data visade att vi helt enkelt inte kunde göra detta säkert. Och det är en gräns vi inte kan passera."

Omfattningen av NSF:s avvecklingsplan skulle enbart fokusera på 305 meter teleskopet och är avsedd att på ett säkert sätt bevara andra delar av observatoriet som skulle kunna skadas eller förstöras i händelse av en oplanerad, katastrofal kollaps. Planen syftar till att behålla så mycket som möjligt av den återstående infrastrukturen för Arecibo Observatory, så att den förblir tillgänglig för framtida forsknings- och utbildningsuppdrag.

Avvecklingsprocessen innefattar att utveckla en teknisk utförandeplan och säkerställa efterlevnad av en rad juridiska, miljö, säkerhets- och kulturella krav under de kommande veckorna. NSF har auktoriserat en högupplöst fotografisk undersökning med drönare, och överväger alternativ för kriminalteknisk utvärdering av den trasiga kabeln – om en sådan åtgärd kan göras på ett säkert sätt – för att se om några nya bevis skulle kunna informera de pågående planerna. Detta arbete har redan påbörjats och kommer att fortsätta under hela avvecklingsplaneringen. Utrustning och annat material kommer tillfälligt att flyttas till byggnader utanför farozonen. När alla nödvändiga förberedelser har gjorts, teleskopet skulle bli föremål för en kontrollerad demontering.

Efter avvecklingen av teleskopet, NSF har för avsikt att återställa verksamheten vid tillgångar som Arecibo Observatory LIDAR-anläggningen – ett värdefullt georymdforskningsverktyg – såväl som vid besökscentret och utanför Culebra-anläggningen, som analyserar molntäcke och nederbördsdata. NSF skulle också försöka undersöka möjligheter för att utöka lärcentrets utbildningskapacitet. Säkerhetsåtgärder på grund av covid-19-pandemin kommer att finnas kvar vid behov.

Vissa Arecibo-operationer som involverar analys och katalogisering av arkiverade data som samlats in av teleskopet skulle fortsätta. UCF säkrade förbättrad molnlagring och analysfunktioner 2019 genom ett avtal med Microsoft, och observatoriet arbetar med att migrera data på plats till servrar utanför det drabbade området.

Områden i observatoriet som kan påverkas av en okontrollerad kollaps har evakuerats sedan kabelbrottet i november och kommer att förbli stängda för obehörig personal under avvecklingen. NSF och UCF kommer att arbeta för att minimera risken i området vid en oväntad kollaps. NSF har prioriterat en snabb, grundlig process med avsikt att undvika en sådan händelse.

NSF erkänner den kulturella och ekonomiska betydelsen av Arecibo Observatory för Puerto Rico, och hur teleskopet fungerar som en inspiration för Puerto Ricans som funderar på utbildning och anställning inom STEM. NSF:s mål är att arbeta med Puerto Ricos regering och andra intressenter och partners för att undersöka möjligheten att använda resurser från Arecibo Observatory för utbildningsändamål.

"Under sin livstid, Arecibo Observatory har hjälpt till att förändra vår förståelse av jonosfären, visar oss hur täthet, sammansättning och andra faktorer samverkar för att forma denna kritiska region där jordens atmosfär möter rymden, sa Michael Wiltberger, chef för NSF:s Geospace-sektion. "Även om jag är besviken över förlusten av utredningskapacitet, Jag tror att denna process är ett nödvändigt steg för att bevara forskarsamhällets förmåga att använda Arecibo Observatorys andra tillgångar och förhoppningsvis säkerställa att viktigt arbete kan fortsätta vid anläggningen."

Teknisk sammanfattning

Arecibo Observatorys teleskop består av en radioskål 1, 000 fot (305 meter) bred i diameter med en 900-tons instrumentplattform som hänger 450 fot ovanför. Plattformen är upphängd av kablar anslutna till tre torn.

Den 10 augusti 2020, en hjälpkabel misslyckades, glider ur sitt uttag i ett av tornen och lämnar en 100-fots fläck i skålen nedan. NSF godkände Arecibo Observatory att vidta alla rimliga åtgärder och använda tillgängliga medel, som uppgick till miljontals dollar, för att säkra den analys och den utrustning som behövs för att hantera situationen. Ingenjörer arbetade med att fastställa hur skadan skulle repareras och fastställa strukturens integritet när en huvudkabel ansluten till samma torn gick sönder den 6 november.

Den andra trasiga kabeln var oväntad - tekniska bedömningar efter fel på hjälpkabeln visade att strukturen var stabil och att planeringen för att återställa teleskopet i drift pågick. Ingenjörer fann senare att den här 3-tums huvudkabeln gick av med cirka 60 % av vad som borde ha varit dess minsta brottstyrka under en period av lugnt väder, vilket ökar risken för att andra kablar blir svagare än förväntat.

Inspektioner av de andra kablarna avslöjade nya trådbrott på några av huvudkablarna, som var ursprungliga till strukturen, och bevis på betydande glidning vid flera uttag som håller de återstående hjälpkablarna, som tillkom vid en ombyggnad på 1990-talet som gav tyngd åt instrumentplattformen.

Thornton Tomasetti, ingenjörsfirman som anlitats av UCF för att bedöma strukturen, fann att med tanke på sannolikheten för att en annan kabel skulle gå sönder, reparationsarbeten på teleskopet – inklusive mildrande åtgärder för att stabilisera det för ytterligare arbete – skulle vara osäkert. Stresstester för att fånga ett mer exakt mått på de återstående kablarnas styrka kan kollapsa strukturen, Thornton Tomasetti hittade. Företaget rekommenderade en kontrollerad rivning för att eliminera risken för en oväntad kollaps.

"Även om det gör oss ledsna att ge denna rekommendation, vi anser att strukturen bör rivas på ett kontrollerat sätt så snart som pragmatiskt möjligt, ", sade Thornton Tomasettis rekommendation till åtgärdsbrev. "Det är därför vår rekommendation att skyndsamt planera för avveckling av observatoriet och utföra en kontrollerad rivning av teleskopet."

UCF anlitade också två andra ingenjörsfirmor för att ge bedömningar av situationen. En rekommenderad omedelbar stabiliseringsåtgärd. Den andra, efter att ha granskat Thornton Tomasettis modell, instämde i att det inte finns någon handling som säkert kan verifiera strukturens stabilitet och avrådde från att tillåta personal på teleskopets plattformar eller torn.

"Kritiskt arbete återstår att göra inom området för atmosfärsvetenskap, planetvetenskap, radioastronomi och radarastronomi, " UCF:s ordförande Alexander N. Cartwright sa. "UCF är redo att använda sin erfarenhet av observatoriet för att gå med andra intressenter i att fullfölja den typ av engagemang och finansiering som behövs för att fortsätta och bygga på Arecibos bidrag till vetenskapen."

Efter att ha mottagit de avtalade bedömningarna, NSF tog in en oberoende ingenjörsfirma och Army Corps of Engineers för att granska resultaten. Det anlitade företaget NSF instämde i Thornton Tomasettis rekommendationer och uttryckte oro över betydande fara från okontrollerad kollaps. Army Corps of Engineers rekommenderade att man samlade in ytterligare fotografiska bevis för anläggningen och en fullständig kriminalteknisk utvärdering av den trasiga kabeln.

Med tanke på det faktum att varje stabiliserings- eller reparationsscenario skulle kräva att arbetare befinner sig på eller nära teleskopstrukturen, graden av osäkerhet om kablarnas styrka och de extrema krafter som verkar, NSF accepterade rekommendationen att förbereda för kontrollerad avveckling av 305-metersteleskopet.