ALMA

ALMA (англ. Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, «Атакамська велика міліметрова/субміліметрова решітка») — астрономічний інтерферометр у пустелі Атакама на півночі Чилі, який спостерігає електромагнітне випромінювання на міліметрових і субміліметрових довжинах хвиль. Місце розташування ALMA на плато Чахнантор на висоті близько 5000 метрів над рівнем моря обрали через велику висоту та низьку вологість, що є критично важливими для зменшення шуму та поглинання сигналу в атмосфері Землі. Телескоп складається з 66 круглих антен діаметром 12 і 7 метрів. ALMA є спільним проєктом між Європою, США, Канадою, Японією, Південною Кореєю, Тайванем і Чилі. Вартість проєкту становить близько 1,4 млрд доларів США, що робить його найдорожчим наземним телескопом, який нині працює. ALMA розпочала наукові спостереження в другій половині 2011 року, а перші зображення оприлюднили 3 жовтня 2011 року. Масив повністю введено в експлуатацію в березні 2013 року. Історія Перший крок до створення майбутнього ALMA зробили у 1997 році, коли Національна радіоастрономічна обсерваторія (NRAO) та Європейська південна обсерваторія (ESO) домовилися реалізувати спільний проєкт, що об’єднав Millimeter Array (MMA) і Large Southern Array (LSA). Об’єднаний масив поєднав чутливість LSA з частотним діапазоном і перевагами місця розташування MMA. ESO та NRAO працювали спільно в технічних, наукових і управлінських групах, щоб визначити та організувати спільний проєкт із участю Канади та Іспанії (остання згодом стала членом ESO). Серія рішень і угод привела до вибору назви «Atacama Large Millimeter Array», або ALMA, у березні 1999 року та до підписання угоди ALMA 25 лютого 2003 року між північноамериканською та європейською сторонами. («Alma» означає «душа» іспанською та «вчений/знаючий» арабською.) Після кількох років обговорень до проєкту ALMA приєдналася Національна астрономічна обсерваторія Японії. Подальші переговори між ALMA та NAOJ завершилися підписанням високорівневої угоди 14 вересня 2004 року, яка закріпила участь Японії в Enhanced ALMA. Урочиста церемонія закладання фундаменту відбулася 6 листопада 2003 року. Тоді ж представили логотип ALMA. На ранньому етапі планування ALMA вирішили використовувати антени, спроєктовані та виготовлені різними компаніями в Північній Америці, Європі та Японії, а не єдиний стандартний дизайн. Це рішення ухвалили переважно з політичних причин. Попри різні технічні підходи постачальників, усі конструкції антен відповідають жорстким вимогам ALMA. Компоненти, виготовлені в Європі, транспортувала спеціалізована аерокосмічна логістична компанія Route To Space Alliance. Фінансування ALMA виникла як співпраця у пропорції 50:50 між Національною радіоастрономічною обсерваторією та Європейською південною обсерваторією, а згодом проєкт розширили за участі японських, тайванських і чилійських партнерів. ALMA є найбільшим і найдорожчим наземним астрономічним проєктом із вартістю приблизно 1,4–1,5 млрд доларів США. (Утім різні космічні астрономічні проєкти, зокрема космічні телескопи Габбл, Джеймс Вебб та кілька великих планетних місій, коштували значно більше.) Учасниками ALMA стали: Європейська південна обсерваторія та Європейський регіональний центр підтримки Національний науковий фонд в особі Національної радіоастрономічної обсерваторії та Північноамериканського наукового центру ALMA Національна рада з наукових досліджень Канади Національна астрономічна обсерваторія Японії (NAOJ) під егідою Національного інституту природничих наук (NINS) ALMA-Тайвань при Інституті астрономії та астрофізики (ASIAA) Тайваню Академії Сініка Республіка Чилі Будівництво Комплекс побудували переважно європейські, американські, японські та канадські компанії й університети. Три прототипи антен проходили випробування на базі VLA з 2002 року. General Dynamics C4 Systems та її підрозділ SATCOM Technologies отримали контракт від Associated Universities на постачання 25 антен діаметром 12 м, тоді як європейський виробник Thales Alenia Space постачив ще 25 основних антен (у межах найбільшого в історії європейського промислового контракту в наземній астрономії). Японська компанія Mitsubishi Electric отримала контракт на складання 16 антен NAOJ. Антени доставляли на майданчик з грудня 2008 до вересня 2013 року. Транспортування антен Перевезення 115-тонних антен із Центру підтримки операцій на висоті 2900 м до майданчика на висоті 5000 м або переміщення антен майданчиком для зміни конфігурації масиву створює серйозні технічні труднощі; про це розповідає документальний фільм «Monster Moves: Mountain Mission». Для цього використали два спеціально розроблені 28-колісні важковози. Машини виготовила компанія Scheuerle Fahrzeugfabrik у Німеччині; їхні розміри становлять 10 м завширшки, 20 м завдовжки і 6 м заввишки, а маса — 130 т. Вони працюють на двох дизельних двигунах з турбонаддувом потужністю 500 кВт. Транспортери мають кабіну водія, обладнану місцем для кисневого балона для роботи в розрідженому високогірному повітрі, і точно встановлюють антени на опорні майданчики. Першу машину завершили й випробували в липні 2007 року. Обидва транспортери доставили до Центру підтримки операцій ALMA (OSF) у Чилі 15 лютого 2008 року. 7 липня 2008 року транспортер ALMA вперше перемістив антену — із будівлі складання антен (Site Erection Facility) на майданчик для тестування. Восени 2009 року перші три антени по черзі перевезли на майданчик масиву. Наприкінці 2009 року команда астрономів і інженерів ALMA успішно об’єднала три антени на спостережному майданчику на висоті 5 км, завершивши перший етап складання та інтеграції масиву. Використання трьох антен дозволяє виправляти похибки, які виникають при роботі з лише двома антенами, і тим самим забезпечує основу для високоточної зйомки з високою роздільною здатністю. Після цього ключового етапу 22 січня 2010 року розпочалося введення в експлуатацію. 28 липня 2011 року перша європейська антена для ALMA прибула на плато Чахнантор на висоті 5000 м, приєднавшись до 15 антен, які вже встановили інші міжнародні партнери. Це відповідало кількості антен, необхідній для початку перших наукових спостережень ALMA, і стало важливою віхою проєкту. У жовтні 2012 року встановили 43 з 66 антен. Припинення роботи У серпні 2013 року працівники телескопа оголосили страйк, вимагаючи підвищення заробітної плати та поліпшення умов праці. Це був один із перших страйків, що торкнулися астрономічної обсерваторії. Страйк розпочався після того, як адміністрація обсерваторії не змогла досягти угоди з профспілкою працівників. Через 17 днів сторони досягли угоди, яка передбачала скорочений робочий графік і підвищену оплату праці за роботу на великій висоті. У березні 2020 року ALMA призупинила роботу через пандемію COVID-19. Також було перенесено кінцевий термін подання заявок на 8-й цикл спостережень і припинено проведення екскурсій для відвідувачів. 29 жовтня 2022 року ALMA призупинила спостереження через кібератаку. Спостереження відновили через 48 днів, 16 грудня 2022 року. Хронологія проєкту Деталі проєкту ALMA складається з 66 високоточних антен і працює на довжинах хвиль від 3,6 до 0,32 міліметра (31–1000 ГГц). Масив має значно вищу чутливість і кращу роздільну здатність, ніж попередні субміліметрові інтерферометри, такі як Субміліметровий масив чи Інтерферометр Плато-де-Бюр. Антени можна переміщувати по пустельному плато на відстані від 150 м до 16 км, що надає ALMA потужне змінне «збільшення», подібне за концепцією до того, яке використовує в сантиметровому діапазоні на Very Large Array у штаті Нью-Мексико в США. Високу чутливість головним чином забезпечує велика кількість антен, що входять до складу масиву. Телескопи надали європейські, північноамериканські та східноазійські партнери ALMA. Американські та європейські партнери надали по 25 антен діаметром 12 метрів, разом — 50 антен, що формують основний масив. Країни Східної Азії надали 16 антен (чотири 12-метрові та дванадцять 7-метрових) у складі ACA (англ. Atacama Compact Array, «Атакамський компактний масив»), який є частиною розширеного ALMA. Використання менших антен, ніж в основному масиві ALMA, дозволяє отримувати зображення ширших полів на заданій частоті. Розміщення антен ближче одна до одної дає змогу спостерігати об’єкти з більшою кутовою протяжністю. ACA працює разом із основним масивом, розширюючи його можливості ширококутного зображення. Параметри Щонайменше 50 антен діаметром 12 м, розташованих на висоті 5000 м в Обсерваторії плато Чахнантор, доповнених компактною решіткою з 4 × 12-метрових та 12 × 7-метрових антен. Можливість формування цифрових зображень у всіх атмосферних вікнах між 350 мкм і 10 мм. Конфігурації решітки з базою приблизно від 150 м до 14 км. Кутова роздільна здатність 10 мілісекунд (10−7 радіана), що у 10 разів перевищує можливості Very Large Array і в 5 разів — космічного телескопа «Габбл», хоча все ще істотно поступається роздільній здатності, яку забезпечують оптичні й інфрачервоні інтерферометри. Можливість отримувати зображення об'єктів кутовим розміром від мінут до градусів із роздільною здатністю близько однієї кутової секунди. Роздільна здатність за швидкістю менше 50 м/с. Швидше та гнучкіше формування зображень, ніж у Very Large Array. Найбільший і найчутливіший у світі інструмент для спостережень у міліметровому та субміліметровому діапазонах. Чутливість до точкових джерел у 20 разів вища, ніж у Very Large Array. Для обробки даних використовується система CASA (Common Astronomy Software Applications) — програмний пакет нового покоління, створений на основі AIPS++. Атакамська компактна решітка ACA (англ. Atacama Compact Array, «Атакамська компактна решітка») — підмасив із 16 близько розташованих антен, який значно розширює можливості ALMA для дослідження небесних об'єктів великого кутового розміру, таких як молекулярні хмари та найближчі галактики. Антени, що утворюють Атакамську компактну решітку, — чотири 12-метрові та дванадцять 7-метрових — були виготовлені й поставлені Японією. 2013 року Атакамську компактну решітку назвали Решіткою Моріти (англ. Morita Array) на честь професора Кох-ічіро Моріти, члена японської команди ALMA та розробника ACA, який помер 7 травня 2012 року в Сантьяго. Наукові результати Зображення, отримані під час початкових випробувань До літа 2011 року під час масштабної програми випробувань перед початком етапу Early Science вже працювала достатня кількість телескопів, що дозволило отримати перші зображення. Ці ранні зображення вперше продемонстрували потенціал нового масиву, який із подальшим розширенням мав забезпечити ще якісніші спостереження. Об'єктом спостережень стала пара взаємодіючих галактик із сильно збуреною формою — Галактики Антени. Хоча ALMA не охопила галактики повністю, результат став найкращим на той час субміліметровим зображенням Галактик Антен. Він показав хмари щільного холодного газу, з яких формуються нові зорі, але які неможливо побачити у видимому діапазоні. Дослідження комет 11 серпня 2014 року астрономи опублікували перші дослідження, виконані за допомогою ALMA, у яких детально описано розподіл HCN, HNC, H2CO та пилу в комах комет C/2012 F6 (Леммона) і C/2012 S1 (ISON). Формування планет Зображення протопланетного диска навколо HL Тельця (дуже молодої зорі типу T Тельця у сузір'ї Тельця) було оприлюднено 2014 року. На ньому видно систему концентричних яскравих кілець, розділених проміжками, що свідчать про формування протопланет. У 2022 році ALMA започаткувала програму exoALMA — надзвичайно детальне дослідження 15 протопланетних дисків з метою пошуку екзопланет, які ще перебувають на стадії формування. Телескоп горизонту подій ALMA брала участь у роботі Телескопа горизонту подій, який 2019 року отримав перше зображення газу в безпосередніх околицях чорної діри. Фосфін в атмосфері Венери ALMA брала участь у дослідженні, в якому було заявлено про виявлення в атмосфері Венери фосфіну, потенційного біомаркера. Результат міг свідчити про наявність життя в атмосфері Венери. Подальші дослідження поставили це відкриття під сумнів, хоча деякі наступні роботи знову підтвердили початкові результати. Питання залишається дискусійним і потребує додаткових вимірювань. Інші результати За допомогою телескопів ALMA та NOEMA вперше зареєстрували радіоактивні молекули в міжзоряному просторі. Під час моніторингу за допомогою ALMA молодої зоряної системи PDS-70 у точці Лагранжа L5 системи виявили можливий зародок окремої екзопланети. 2023 року ALMA виявила в галактиці 9io9 найдальше галактичне магнітне поле. Галерея Див. також Atacama Pathfinder Experiment (APEX), однотарілочний субміліметровий радіотелескоп на базі прототипу антени, розробленої для ALMA. ASTE — радіоантена діаметром 10 метрів, створена як прототип для радіоінтерферометра ALMA. Cosmic Background Imager — сусідній телескоп на плато Чахнантор. Примітки Література Vanden Bout, Paul A.; Dickman, Robert L.; Plunkett, Adele L. (2023). The ALMA Telescope: The Story of a Science Mega-Project. Cambridge University Press. Посилання Офіційна вебсторінка ALMA [Архівовано 25 червня 2011 у Wayback Machine.] Вебсторінка NRAO ALMA [Архівовано 16 квітня 2010 у Wayback Machine.] Вебсторінка ESO ALMA [Архівовано 28 серпня 2008 у Wayback Machine.] Вебсторінка ALMA в NAOJ ALMA Antennas Collect First Data [Архівовано 22 березня 2012 у WebCite], "bbc.co.uk, 17 November 2009. Huge Observatory in Andes Takes Shape [Архівовано 7 березня 2010 у Wayback Machine.], Space.com, 7 February 2009. Віртуальний тур обсерваторією (за технологією Google Street view)