天文觀測新世紀，宇宙誕生新視野（ 2015年7月，由科技部製作 ）

高聳於智利安第斯山脈荒涼的查南托爾高原上 這是一片地球上最嚴酷的環境 周圍有火山、沙漠平原與刺骨的風 ALMA 即阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列 已準備就緒 天文学家和科學家們已經為這個時刻期待了數十年 ALMA 是世界上最大的天文項目 但它並不是一台傳統的望遠鏡 它不是收集和分析可見光 而是觀察光譜中一個不同且 largely 未被探索的區域 透過開啟觀測宇宙的新視窗 阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列望遠鏡探索天文學最後的邊疆——寒冷而遙遠的宇宙 尋求解答關於我們宇宙起源的一些最深層問題 星星和行星是如何形成的 最早的星系又是如何形成的 智利北部的查南托爾高原 儘管海拔高達5000公尺 令人屏息 ALMA依然繁榮發展 過去幾年來 已在高海拔沙漠平原安裝了超過50座天線 ALMA 是一座獨特的大型望遠鏡 由歐洲、北美和東亞共同合作 並在智利的協助下建造而成 六十六座先進的天線將在毫米及亞毫米波長下觀測宇宙 是可見光波長的一千倍 這道光來自宇宙中一些最寒冷且最遙遠的物體 大氣中的水蒸氣會阻擋來自隱藏宇宙的微弱訊號 因此 為了收集這些訊號 我們必須前往像查南托這樣的高海拔乾燥地區 ALMA計畫的起源可以追溯到數十年前 歐洲、北美和東亞的科學家為毫米波和亞毫米波觀測開發了三種獨立的大型望遠鏡概念 最終這些概念被合併為一種 大科學需要大規模的全球合作 各國共同合作 可以達成單獨無法完成的事 整體大於各部分之和 阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列計畫誕生了 這台新望遠鏡需要一個家 人們的目光轉向了查南托爾 從天文學到氣象學 該地點的每個方面都經過了全面測試 大氣狀況每天都被監測 結論是 查南托是ALMA的最佳地點 2003年開始興建 並於ALMA的陣列作業場地舉行了動土典禮 這裡的環境位於海拔5 000公尺處 氣候嚴酷且極具挑戰性 強風 低溫 強烈的紫外線輻射 而且大氣層異常稀薄 薄到在這裡工作的人需要額外的氧氣 並必須接受嚴格的健康檢查 ALMA天線的製造工作由ALMA的三個合作夥伴共同承擔 三個原型在美國大型射電望遠鏡陣列設施進行了測試 ALMA 的 66 面天線位於高海拔地區 是 ALMA 的關鍵組成部分 他們的大 dish 收集來自太空的微弱毫米波 這些天線確實是尖端科技 它們的表面精度遠低於一張紙的厚度 它們能夠精確移動 遠在15公里外也能辨識出高爾夫球 他們必須在查南托爾高原上經受自然環境的考驗 歐洲南半球天文台提供了25座天線 美國國家射電 天文台提供了25座 日本 國家天文台則提供了16座 在一個真正的全球性努力中 天線元件在世界各地 的幾個地點製造完成 然後被運送到智利進行組裝 並在作業支援設施進行測試 以準備他們首次觀測天空 ALMA第一座天線被接受 不久之後兩座天線成功連結在一起 每個天線中的探測器都會記錄接收碟所收集微弱信號的細微差異 這些探測器是目前最敏感的類型 並使用氦氣冷卻至僅比絕對零度高四度 第一座完成的天線被運送到陣列作業現場 兩輛客製化運輸車奧托與洛蕾 負責移動重達百噸的天線 奧托小心翼翼地沿著蜿蜒的山路攀登 將高科技天線帶到高原上的最終安裝位置 這第一座天線很快便有許多其他天線加入 首次同時使用兩根天線 然後是三根天線進行觀測 ALMA陣列的關鍵測試 而且全部都表現出色 毫米和亞毫米波長為天文學家提供了觀察宇宙的獨特視窗 但要以天文學家所需的清晰度來觀察它們 單一的射電望遠鏡必須跨數公里 這是不可能建造的 相反 ALMA使用66個獨立的天線 這些天線可以分散在平面上 最大間距達16公里 天線被連結 信號也合併了 結果如何 一台巨大的望遠鏡 其尺寸與整個陣列一樣大 以空前的敏感度和解析度進行觀測 要解析這些複雜的訊號 需要世界上最高性能的超級電腦 擁有1 34億個處理器 每秒執行17京次運算 與世界上最快的超級電腦不相上下 ALMA在查南托的相關器將所有天線的訊號結合並進行比較 隨著越來越多的天線抵達查南托爾 觀測站的運作支援設施 也就是控制中心 正在2 900公尺稍為友善的海拔高度逐步成形 該站點全天候運作 操作望遠鏡 測試和維護天線及其 他設備 也是ALMA員工在天文台日夜班期間的住所 在主辦國智利的首都 ALMA聖地亞哥總部建築已經建成 這裡是聯合ALMA辦公室的技術、科學和行政人員正在工作的地方 即使在建設階段尚未完成之前 科學觀測已經開始進行 當時僅使用部分天線陣列 ALMA已經睜開了眼睛 全球數以千計的科學家爭相成為首批使用這些設施的幸運人之一 即使只有16座天線 阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列望遠鏡已經是當時最強大的同類望遠鏡 第一項科學觀察達成了所有人的期望 NGC 4676 一對正在碰撞且形狀嚴重扭曲的星系 可見光能讓我們看到星系中的恆星 但阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列（ALMA）則能揭示新恆星誕生的寒冷致密氣體雲 南天星座半人馬座A獨特星系的核心 ALMA穿透遮蔽其中心的厚重塵埃帶 附近恆星土星的視圖提供了關於行星系統如何形成和演化的線索 在棕矮星周圍發現的宇宙塵埃粒子顯示 類似地球的岩石行星在我們的宇宙中可能比我們想像的還要常見 科學家首次在一個年輕的太陽類似恆星周圍發現糖分子 生命的構建模塊在正確的時間和地點 可能成為圍繞這顆恆星形成的新生行星的一部分 這顆老恆星 R Sculptaurus 周圍物質中意外出現的螺旋結構 揭開了這顆垂死恆星的秘密 大量氣體流經年輕恆星周圍物質盤的間隙 觀測到巨大行星形成過程中的關鍵階段 這一切還是在陣列完全完成之前發生的 ALMA的啟用慶祝其步入成年 這段旅程漫長而艱辛 ALMA從一個想法發展成為一個建設項目 再成為一個全面運作的天文台 並成為真正的全球科學合作夥伴 在智利阿塔卡馬沙漠寧靜而孤寂的美景中 ALMA 正準備迎接未來 透過這架非凡的望遠鏡 世界各地的天文學家將深入探索宇宙的隱密奧秘 尋找我們自身宇宙的起源