阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列

阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（英語：Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，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，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。 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。 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。 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，精細度被號稱為當時望遠鏡觀測原行星盤「史上最佳代表作」。 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·麥斯威爾望遠鏡 （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。到了2004年9月14日，日本也決定加入。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。 科學成果 最初的測試圖像 2011年夏季，ALMA展開前期科學觀測 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 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。而在2008年10月，中華民國科技部（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。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，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 ，主要出資者為美國、歐洲各國及日本，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 外部連結 ALMA官網 （页面存档备份，存于互联网档案馆） NRAO ALMA site （页面存档备份，存于互联网档案馆） UK ALMA site （页面存档备份，存于互联网档案馆） ESO ALMA site （页面存档备份，存于互联网档案馆） ALMA site by NAOJ ALMA Antennas Collect First Data（页面存档备份，存于互联网档案馆）, "bbc.co.uk, 17 November 2009. How the Huge ALMA Radio Telescope Works (Infographic) （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Space.com, 12 March 2013. Into Deep Space: The Birth of the Alma Observatory （页面存档备份，存于互联网档案馆） An optical system design for the Atacama Large Millimeter Array （页面存档备份，存于互联网档案馆） SPIE Newsroom, 5 June 2014. CBS News' "60 Minutes" program （页面存档备份，存于互联网档案馆）, original broadcast on 9 March 2014, rebroadcast on 27 July 2014. Bob Simon is the correspondent. Michael Gavshon and David Levine, producers. ALMA 兒童網站 （页面存档备份，存于互联网档案馆）