阿塔卡瑪大型毫米波及次毫米波陣列

**阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列**（英語：**Atacama Large Millimeter/submillimeter Array**，縮寫為 **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) 和阿塔卡瑪探路者實驗。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、角解析度、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，精細度號稱為望遠鏡觀測原行星盤之「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・馬克斯威爾望遠鏡 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（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 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）_ （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 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（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。

* 測試階段觀測圖像
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### 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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## 台灣參與 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 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* NRAO ALMA site （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* UK ALMA site （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* ESO ALMA site （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* ALMA site by NAOJ
* ALMA Antennas Collect First Data（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, "bbc.co.uk_, 17 November 2009._
* How the Huge ALMA Radio Telescope Works (Infographic) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, _Space.com_, 12 March 2013.
* _Into Deep Space: The Birth of the Alma Observatory_ （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* An optical system design for the Atacama Large Millimeter Array （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） SPIE Newsroom, 5 June 2014.
* CBS News' "60 Minutes" program （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, 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 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）