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阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列

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
ALMA logo
基本資料
組織多國組織
位置拉諾德查南托天文台（英語：Llano_de_Chajnantor_Observatory）
智利阿塔卡瑪沙漠
座標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）
望遠鏡型式54座口徑12米，12座口徑7米，共66座的碟形天線電波望遠鏡，均以光纖纜線連結
Official ALMA site
Official NRAO ALMA site
Official ESO ALMA site
Official NAOJ ALMA site
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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[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[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[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

 
ALMA最早連結在一起作為干涉儀的兩架天線。
 
ALMA最早連結在一起作為干涉儀的三架天線。
 
接受測試中的三架ALMA原型天線。
 
在日落時的Cerro Chascon
 
ALMA的關聯器

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[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（日語：森田耕一郎 (天文学者)）[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。

  • 測試階段觀測圖像
  •  

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[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

  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]. （原始內容存檔於2021-04-18）. 
  3. ^ ASIAA. ALMA 計畫內容和影像介紹. ASIAA. [2016-04-08]. （原始內容存檔於2021-04-18）. 
  4. ^ Alma telescope: Ribbon cut on astronomical giant. BBC. [2013-03-13]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2016-04-16）. 
  7. ^ ASIAA. ALMA拍攝原行星盤，最佳代表作出爐!. [2016-04-08]. （原始內容存檔於2021-04-18）. 
  8. ^ Alejandro Peredo. Ground breaking ceremony for the Atacama Large Millimeter Array (ALMA). [2014-11-15]. （原始內容存檔於2014-11-11）. 
  9. ^ ALMA, ASIAA. 有哪些人參與了ALMA建造？. [2016-04-13]. （原始內容存檔於2017-07-16）. 
  10. ^ ALMA EPO. Final ACA Antenna Delivered: The “Morita Array”. [2016-04-13]. （原始內容存檔於2016-04-22）. 
  11. ^ ALMA Open its Eyes. ALMA Press Release. 2011-10-03 [2011-10-04]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2016-06-01）. 
  13. ^ MoST. 中華民國科技部. [2016-04-08]. （原始內容存檔於2015-09-01）. 
  14. ^ ASIAA. 關於ALMA. ASIAA. [2016-04-08]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2021-04-18）. 
  16. ^ ALMA Inauguration Heralds New Era of Discovery. ESO - European Southern Observatory. 2013-03-13 [2014-04-29]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2013-05-24）. 

外部連結

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