23°01′9.42″S 67°45′11.44″W / 23.0192833°S 67.7531778°W / -23.0192833; -67.7531778
阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(英語:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,缩写为ALMA)位於智利北部阿塔卡瑪沙漠,是由電波望遠鏡構成的天文干涉儀。因為具備「高海拔」和「空氣乾燥」兩絕佳條件,這對毫米和次毫米波長的觀測至關重要[1],陣列最終選擇設在5,000公尺的查南托高原上,附近還有拉諾德查南托天文臺 (Llano de Chajnantor Observatory) 和阿塔卡馬探路者實驗。ALMA 望遠鏡陣列有 54 座口徑寬 12 米的天線以及 12 座口徑 7 米的天線,總共 是66 座天線一起協同工作。每個天線個別收集來自太空的輻射,並將訊號聚焦在天線上的接收機上。然後,所有天線取得信號經由專用的「超級計算機」--相關器 (correlator)處理,最後彙總在一起。66 座 ALMA 天線可用不同的配置法排成陣列,天線間的距離變化多樣 ,最短可以是 150公尺,最長可以到 16 公里。若與過去的望遠鏡系統做比較,在毫米及次毫米波段上,ALMA能看到更暗的天體,同時能得到更高的影像解析度[2]。
名為毫米及次毫米波陣列的ALMA望遠鏡在毫米波和次毫米波的波長上進行觀測,觀測波段為0.3mm到9mm,解析度高達4毫角秒,成像比哈伯太空望遠鏡銳利十倍。由於站台位址條件極佳,再加上ALMA前所未有的探測靈敏度、角分辨率、頻譜解析度和成像品質,使得天文學家可以在更廣泛的天文學領域裡進行新的研究,可望探測最早的恆星和星系起源、甚至直接捕捉行星形成時的影像[3]。
ALMA從2011年的下半年開始科學觀測,在2011年10月3日向新聞界釋出第一張圖像,全面運作始於2013年3月[4][5]。
根據ALMA官方於2016年3月31日發布最新成果,高達1AU解析力的長蛇座TW星照片,精細度號稱為望遠鏡觀測原行星盤之「史上最佳代表作」[6][7]。
概觀
由66架高精度的天線組成,觀測波段在0.3至9.6mm的波長的ALMA陣列,靈敏度和解析力均較現有次毫米望遠鏡更高(如單鏡的詹姆士·克拉克·馬克斯威爾望遠鏡 (页面存档备份,存于互联网档案馆)(JCMT,James Clerk Maxwell Telescope)、次毫米波陣列望遠鏡(SMA,Submillimeter Array)、位於德布赫高原的Institut de Radio Astronomie Millimétrique (页面存档备份,存于互联网档案馆)(IRAM)等)。
它的概念類似於美國新墨西哥州甚大天線陣列(VLA)的站台,天線可以在沙漠高原上移動,移動距離範圍從150米到16公里,這使ALMA的縮放功能強大,觀測目標更為多樣化。陣列是由較多望遠鏡組成時,所提供的靈敏度也較高。
望遠鏡陣列由三種不同型的天線組成:美國規格的有25座,歐洲製造的也有25座,日本的阿塔卡瑪密集陣列(ACA,Atacama Compact Array)有16座,其中又分「4大、12小」(大的口徑是12米,小的是7米)。ACA陣列既加強ALMA取得的天文影像品質,也擴大ALMA的成像視場。
歷史
ALMA的概念源自於後來合而為一的三個天文專案 -美國的「微米陣列」(MMA,Millimeter Array)、歐洲的「大南方陣列」(LSA,Large Southern Array)和日本的「大毫米波陣列」(LMA,Large Millimeter Array)。為了深入探索宇宙,1990年代前後,本來三組天文學家都在計畫建造大型天文臺,觀測毫米波:美國有「MMA陣列計畫」,歐洲人想在南半球蓋一個叫做“LSA”的南天陣列,日本人的計畫是「LMSA次毫米波陣列計畫」。ALMA跨出的第一步是在1997年,美國國家電波天文台 (页面存档备份,存于互联网档案馆)(NRAO,National Radio Astronomy Observatory )和歐洲南方天文台(ESO)同意合併MMA和LSA為一,合併的陣列要兼具MMA的頻率範圍和LSA的靈敏度。ESO和NRAO並加入加拿大和西班牙的兩個天文台(後者在後來成為ESO成員),一起在技術、科學、和管理上定義組織一聯合專案。
經決議協定,1999年3月,新陣列名稱定為「阿塔卡瑪大型毫米波陣列」或ALMA(Atacama Large Millimeter Array),「alma」在西班牙文的意思是「靈魂」,在阿拉伯文的意思是「知識淵博」或是「博學」。2003年2月25日,北美和歐洲雙方簽屬了協議。2003年11月6日,ALMA舉行了奠基儀式,而ALMA的標誌也首度公諸於世[8]。到了2004年9月14日,日本也決定加入[9]。日本國立天文台(NAOJ,National Astronomical Observatory of Japan )提案,將負責設計建造阿塔卡瑪密集陣列(ACA)。該陣列後來命名為森田陣列(Morita Array),以紀念對ALMA望遠鏡陣列貢獻良多的日本電波天文學家森田耕一郎[10]。
科學成果
最初的測試圖像
2011年夏季,ALMA展開前期科學觀測 [11]首批公布圖像證實極大潛力。首批觀測目標之一是一對因為正在碰撞而明顯呈現扭曲的星系,稱為觸鬚星系。雖然ALMA沒有觀察到整個星系合併,但該圖像是觸鬚星系在次毫米波段的最清晰圖像,它顯示從密集的冷氣體雲形成新的恆星,那是可見光波段不能看到的圖像。
正式測試圖像
ALMA可探測最早的恆星和星系起源、直接捕捉行星形成時的影像
- 正式觀測圖像
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ALMA 觀測重力透鏡現象下的SDP.81星系
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ALMA觀測金牛座 HL 原行星盤
台湾參與 ALMA 計畫
2005年9月,中華民國中央研究院與日本國立自然科學研究機構(NINS)協議,以ALMA-Japan計畫的一員加入ALMA團隊[12]。而在2008年10月,中華民國科技部[13](當時為國家科學委員會)與美國國家科學基金會(NSF)達成中華民國與北美 ALMA 團隊的合作協議[14]。中央研究院天文及天文物理研究所藉主導ALMA第一頻段接收機的研發、測試、製造,在ALMA國際團隊中扮演重要角色[15],用「實物製作換得觀測時間」的模式,建立了臺灣天文學界可透過「觀測計畫競投」使用ALMA的管道。
ALMA是東亞(日本、中華民國)、歐洲、北美和智利共和國形成之國際合作計畫所共同建造、運營及管理。建造成本約為美金14億[16] ,主要出資者為美國、歐洲各國及日本[17],是目前造價最高昂的地面望遠鏡。北美和歐洲團隊負責興建的是12米基線陣列,日本負責的是阿塔卡瑪密集陣列(ACA)。
參考資料
- ^ 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.
- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ Alma telescope: Ribbon cut on astronomical giant. BBC. [2013-03-13]. (原始内容存档于2015-08-13).
- ^ Spie. Pierre Cox plenary: ALMA Update. SPIE Newsroom. 2014. doi:10.1117/2.3201407.14.
- ^ ALMA. ALMA's Best Image of a Protoplanetary Disk. [2016-04-08]. (原始内容存档于2016-04-16).
- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ ALMA EPO. Final ACA Antenna Delivered: The “Morita Array”. [2016-04-13]. (原始内容存档于2016-04-22).
- ^ ALMA Open its Eyes. ALMA Press Release. 2011-10-03 [2011-10-04]. (原始内容存档于2011-10-05).
- ^ 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).
- ^ MoST. 中華民國科技部. [2016-04-08]. (原始内容存档于2015-09-01).
- ^ ASIAA. 關於ALMA. ASIAA. [2016-04-08]. (原始内容存档于2021-04-18).
- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ 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).
外部連結