阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列

23°01′9.42″S 67°45′11.44″W / 23.0192833°S 67.7531778°W / -23.0192833; -67.7531778

阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列
ALMA logo
基本资料
组织多国组织
位置拉诺德查南托天文台英语Llano_de_Chajnantor_Observatory
智利阿塔卡玛沙漠
坐标23°01′9.42″S 67°45′11.44″W / 23.0192833°S 67.7531778°W / -23.0192833; -67.7531778
高度5,058.7米(16,597英尺)
望远镜型式54座口径12米,12座口径7米,共66座的碟形天线电波望远镜,均以光纤缆线连结
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阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(英语:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,缩写为ALMA)位于智利北部阿塔卡玛沙漠,是由电波望远镜构成的天文干涉仪。因为具备“高海拔”和“空气干燥”两绝佳条件,这对毫米和次毫米波长的观测至关重要[1],阵列最终选择设在5,000公尺的查南托高原上,附近还有拉诺德查南托天文台 (Llano de Chajnantor Observatory) 和阿塔卡马探路者实验。ALMA 望远镜阵列有 54 座口径宽 12 米的天线以及 12 座口径 7 米的天线,总共 是66 座天线一起协同工作。每个天线个别收集来自太空的辐射,并将讯号聚焦在天线上的接收机上。然后,所有天线取得信号经由专用的“超级计算机”--相关器 (correlator)处理,最后汇总在一起。66 座 ALMA 天线可用不同的配置法排成阵列,天线间的距离变化多样 ,最短可以是 150公尺,最长可以到 16 公里。若与过去的望远镜系统做比较,在毫米及次毫米波段上,ALMA能看到更暗的天体,同时能得到更高的影像解析度[2]

名为毫米及次毫米波阵列的ALMA望远镜在毫米波和次毫米波的波长上进行观测,观测波段为0.3mm到9mm,解析度高达4毫角秒,成像比哈伯太空望远镜锐利十倍。由于站台位址条件极佳,再加上ALMA前所未有的探测灵敏度、角分辨率、频谱解析度和成像品质,使得天文学家可以在更广泛的天文学领域里进行新的研究,可望探测最早的恒星和星系起源、甚至直接捕捉行星形成时的影像[3]。 ALMA从2011年的下半年开始科学观测,在2011年10月3日向新闻界释出第一张图像,全面运作始于2013年3月[4][5]。 根据ALMA官方于2016年3月31日发布最新成果,高达1AU解析力的长蛇座TW星照片,精细度号称为望远镜观测原行星盘之“史上最佳代表作”[6][7]

概观

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ALMA最早连结在一起作为干涉仪的两架天线。
ALMA最早连结在一起作为干涉仪的三架天线。
接受测试中的三架ALMA原型天线。
在日落时的Cerro Chascon

由66架高精度的天线组成,观测波段在0.3至9.6mm的波长的ALMA阵列,灵敏度和解析力均较现有次毫米望远镜更高(如单镜的詹姆士·克拉克·马克斯威尔望远镜页面存档备份,存于互联网档案馆)(JCMT,James Clerk Maxwell Telescope)、次毫米波阵列望远镜(SMA,Submillimeter Array)、位于德布赫高原的Institut de Radio Astronomie Millimétrique页面存档备份,存于互联网档案馆(IRAM)等)。

它的概念类似于美国新墨西哥州甚大天线阵列(VLA)的站台,天线可以在沙漠高原上移动,移动距离范围从150米到16公里,这使ALMA的缩放功能强大,观测目标更为多样化。阵列是由较多望远镜组成时,所提供的灵敏度也较高。

望远镜阵列由三种不同型的天线组成:美国规格的有25座,欧洲制造的也有25座,日本的阿塔卡玛密集阵列(ACA,Atacama Compact Array)有16座,其中又分“4大、12小”(大的口径是12米,小的是7米)。ACA阵列既加强ALMA取得的天文影像品质,也扩大ALMA的成像视场。

历史

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ALMA的概念源自于后来合而为一的三个天文专案 -美国的“微米阵列”(MMA,Millimeter Array)、欧洲的“大南方阵列”(LSA,Large Southern Array)和日本的“大毫米波阵列”(LMA,Large Millimeter Array)。为了深入探索宇宙,1990年代前后,本来三组天文学家都在计画建造大型天文台,观测毫米波:美国有“MMA阵列计画”,欧洲人想在南半球盖一个叫做“LSA”的南天阵列,日本人的计画是“LMSA次毫米波阵列计画”。ALMA跨出的第一步是在1997年,美国国家电波天文台页面存档备份,存于互联网档案馆)(NRAO,National Radio Astronomy Observatory )和欧洲南方天文台(ESO)同意合并MMA和LSA为一,合并的阵列要兼具MMA的频率范围和LSA的灵敏度。ESO和NRAO并加入加拿大和西班牙的两个天文台(后者在后来成为ESO成员),一起在技术、科学、和管理上定义组织一联合专案。

经决议协定,1999年3月,新阵列名称定为“阿塔卡玛大型毫米波阵列”或ALMA(Atacama Large Millimeter Array),“alma”在西班牙文的意思是“灵魂”,在阿拉伯文的意思是“知识渊博”或是“博学”。2003年2月25日,北美和欧洲双方签属了协议。2003年11月6日,ALMA举行了奠基仪式,而ALMA的标志也首度公诸于世[8]。到了2004年9月14日,日本也决定加入[9]日本国立天文台(NAOJ,National Astronomical Observatory of Japan )提案,将负责设计建造阿塔卡玛密集阵列(ACA)。该阵列后来命名为森田阵列(Morita Array),以纪念对ALMA望远镜阵列贡献良多的日本电波天文学家森田耕一郎日语森田耕一郎 (天文学者)[10]

科学成果

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最初的测试图像

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2011年夏季,ALMA展开前期科学观测 [11]首批公布图像证实极大潜力。首批观测目标之一是一对因为正在碰撞而明显呈现扭曲的星系,称为触须星系。虽然ALMA没有观察到整个星系合并,但该图像是触须星系在次毫米波段的最清晰图像,它显示从密集的冷气体云形成新的恒星,那是可见光波段不能看到的图像。

正式测试图像

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ALMA可探测最早的恒星和星系起源、直接捕捉行星形成时的影像

台湾参与 ALMA 计画

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2005年9月,中华民国中央研究院与日本国立自然科学研究机构(NINS)协议,以ALMA-Japan计画的一员加入ALMA团队[12]。而在2008年10月,中华民国科技部[13](当时为国家科学委员会)与美国国家科学基金会(NSF)达成中华民国与北美 ALMA 团队的合作协议[14]。中央研究院天文及天文物理研究所藉主导ALMA第一频段接收机的研发、测试、制造,在ALMA国际团队中扮演重要角色[15],用“实物制作换得观测时间”的模式,建立了台湾天文学界可透过“观测计画竞投”使用ALMA的管道。

ALMA是东亚(日本、中华民国)、欧洲、北美和智利共和国形成之国际合作计画所共同建造、运营及管理。建造成本约为美金14亿[16] ,主要出资者为美国、欧洲各国及日本[17],是目前造价最高昂的地面望远镜。北美和欧洲团队负责兴建的是12米基线阵列,日本负责的是阿塔卡玛密集阵列(ACA)。

参考资料

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  1. ^ Bustos, R.; Rubio, M.; Otárola, A.; et al. Parque Astronómico de Atacama: An Ideal Site for Millimeter, Submillimeter, and Mid-Infrared Astronomy. Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 2014, 126 (946): 1126. Bibcode:2014PASP..126.1126B. arXiv:1410.2451 . doi:10.1086/679330. 
  2. ^ ASIAA ALMA Team. ALMA 阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列計畫. [2016-04-08]. (原始内容存档于2021-04-18). 
  3. ^ ASIAA. ALMA 計畫內容和影像介紹. ASIAA. [2016-04-08]. (原始内容存档于2021-04-18). 
  4. ^ Alma telescope: Ribbon cut on astronomical giant. BBC. [2013-03-13]. (原始内容存档于2015-08-13). 
  5. ^ Spie. Pierre Cox plenary: ALMA Update. SPIE Newsroom. 2014. doi:10.1117/2.3201407.14. 
  6. ^ ALMA. ALMA's Best Image of a Protoplanetary Disk. [2016-04-08]. (原始内容存档于2016-04-16). 
  7. ^ ASIAA. ALMA拍攝原行星盤,最佳代表作出爐!. [2016-04-08]. (原始内容存档于2021-04-18). 
  8. ^ Alejandro Peredo. Ground breaking ceremony for the Atacama Large Millimeter Array (ALMA). [2014-11-15]. (原始内容存档于2014-11-11). 
  9. ^ ALMA, ASIAA. 有哪些人參與了ALMA建造?. [2016-04-13]. (原始内容存档于2017-07-16). 
  10. ^ ALMA EPO. Final ACA Antenna Delivered: The “Morita Array”. [2016-04-13]. (原始内容存档于2016-04-22). 
  11. ^ ALMA Open its Eyes. ALMA Press Release. 2011-10-03 [2011-10-04]. (原始内容存档于2011-10-05). 
  12. ^ ALMA, NAOJ. 2005年9月08日 台湾の中央研究院との協定書に署名. [2016-04-13]. (原始内容存档于2016-06-01). 
  13. ^ MoST. 中華民國科技部. [2016-04-08]. (原始内容存档于2015-09-01). 
  14. ^ ASIAA. 關於ALMA. ASIAA. [2016-04-08]. (原始内容存档于2021-04-18). 
  15. ^ ASIAA. ALMA 阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列計畫--臺灣參與的 ALMA 相關計畫. [2016-06-08]. (原始内容存档于2021-04-18). 
  16. ^ ALMA Inauguration Heralds New Era of Discovery. ESO - European Southern Observatory. 2013-03-13 [2014-04-29]. (原始内容存档于2021-04-18). 
  17. ^ Romero, Simon. At the End of the Earth, Seeking Clues to the Universe. New York Times. 2012-04-07 [2012-04-08]. (原始内容存档于2013-05-24). 

外部链接

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