Большая миллиметровая/субмиллиметровая решётка Атакамы ( ALMA ) — астрономический интерферометр , состоящий из 66 радиотелескопов в пустыне Атакама на севере Чили , которые наблюдают электромагнитное излучение на длинах волн миллиметрового и субмиллиметрового диапазона . Массив был построен на плато Чахнантор на высоте 5000 м (16 000 футов) - недалеко от обсерватории Льяно-де-Чахнантор и эксперимента Pathfinder в Атакаме . Это место было выбрано из-за его большой высоты и низкой влажности — факторов, которые имеют решающее значение для снижения шума и уменьшения затухания сигнала из-за атмосферы Земли. [1] ALMA предоставляет информацию о рождении звезд в раннюю звездную эпоху и подробные изображения формирования местных звезд и планет. [2] [3]
ALMA – это международное партнерство Европы , США , Канады , Японии , Южной Кореи , Тайваня и Чили . [4] Его стоимость составляет около 1,4 миллиарда долларов США, и это самый дорогой действующий наземный телескоп. [5] [6] ALMA начала научные наблюдения во второй половине 2011 года, а первые изображения были опубликованы в прессе 3 октября 2011 года. Массив полностью работоспособен с марта 2013 года. [7] [8]
Первоначальная решетка ALMA состоит из 66 высокоточных антенн и работает на длинах волн от 3,6 до 0,32 миллиметра (от 31 до 1000 ГГц). [9] Эта решетка имеет гораздо более высокую чувствительность и более высокое разрешение, чем более ранние субмиллиметровые телескопы, такие как однозеркальный телескоп Джеймса Клерка Максвелла или существующие сети интерферометров, такие как Submillimeter Array или объект Плато-де-Бюре Института радиоастрономии миллиметра (IRAM) .
Усики можно будет перемещать по пустынному плато на расстояния от 150 м до 16 км, что даст ALMA мощный переменный «зум», аналогичный по своей концепции той, которая используется на площадке очень большой антенной решетки (VLA) сантиметровой длины волны в Нью-Йорке. Мексика, США .
Высокая чувствительность достигается главным образом за счет большого количества антенных антенн, составляющих решетку.
Телескопы предоставили европейские, североамериканские и восточноазиатские партнеры ALMA. Американские и европейские партнеры предоставили по двадцать пять антенн диаметром 12 метров, всего пятьдесят антенн, составляющих основную антенну. Участвующие страны Восточной Азии предоставили 16 антенн (четыре диаметром 12 метров и двенадцать антенн диаметром 7 метров) в виде компактной антенной решетки Атакамы (ACA), которая является частью усовершенствованной системы ALMA.
Используя антенны меньшего размера, чем основная решетка ALMA, можно получить изображения большего поля зрения на заданной частоте с использованием ACA. Расположение антенн ближе друг к другу позволяет отображать источники большей угловой протяженности. ACA работает вместе с основным массивом, чтобы улучшить возможности последнего по получению изображений в широком поле.
Концептуальные корни ALMA лежат в трех астрономических проектах: Миллиметровой решетке (ММА) США, Большой южной решетке (LSA) Европы и Большой миллиметровой решетке (LMA) Японии.
Первый шаг к созданию того, что впоследствии стало ALMA, был сделан в 1997 году, когда Национальная радиоастрономическая обсерватория (NRAO) и Европейская южная обсерватория (ESO) договорились реализовать общий проект, объединивший MMA и LSA. Объединенный массив сочетал в себе чувствительность LSA с частотным охватом и превосходным расположением MMA. ESO и NRAO работали вместе в технических, научных и управленческих группах, чтобы определить и организовать совместный проект двух обсерваторий с участием Канады и Испании (последняя стала членом ESO позже).
Серия резолюций и соглашений привела к выбору «Большой миллиметровой решетки Атакамы» или ALMA в качестве названия новой установки в марте 1999 года и подписанию Соглашения ALMA 25 февраля 2003 года между североамериканской и европейской сторонами. . («Алма» означает «душа» по-испански и «ученый» или «знающий» по-арабски.) После взаимных обсуждений, продолжавшихся несколько лет, проект ALMA получил предложение от Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ), согласно которому Япония предоставит ACA (Atacama Compact Array) и три дополнительных диапазона приемника для большого массива, образующие Enhanced ALMA. Дальнейшие обсуждения между ALMA и NAOJ привели к подписанию 14 сентября 2004 года соглашения на высоком уровне, которое делает Японию официальным участником расширенной ALMA, известной как Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакамы. 6 ноября 2003 года состоялась церемония закладки фундамента и был представлен логотип ALMA. [10]
На раннем этапе планирования ALMA было решено использовать антенны ALMA, спроектированные и изготовленные известными компаниями в Северной Америке, Европе и Японии, а не использовать одну единую конструкцию. Это было главным образом по политическим причинам. Хотя поставщики выбрали очень разные подходы, каждая из конструкций антенн, по-видимому, способна удовлетворить строгим требованиям ALMA. Компоненты, разработанные и изготовленные по всей Европе, были доставлены специализированной аэрокосмической и астрокосмической логистической компанией Route To Space Alliance, [11] всего 26 компонентов, которые были доставлены в Антверпен для дальнейшей отправки в Чили.
Первоначально ALMA представляла собой сотрудничество 50 на 50 между Национальной радиоастрономической обсерваторией и Европейской южной обсерваторией (ESO), а затем расширилось с помощью других японских, тайваньских и чилийских партнеров. [12] ALMA — крупнейший и самый дорогой наземный астрономический проект, стоимость которого составляет от 1,4 до 1,5 миллиардов долларов США. [5] [13] (Однако различные проекты космической астрономии, включая космический телескоп Хаббл , космический телескоп Джеймса Уэбба и несколько крупных планетных зондов, стоили значительно дороже).
Комплекс строился преимущественно европейскими, американскими, японскими и канадскими компаниями и университетами . С 2002 года три прототипа антенны прошли оценку на Very Large Array .
General Dynamics C4 Systems и ее подразделение SATCOM Technologies заключили контракт с Associated Universities, Inc. на поставку двадцати пяти из 12-метровых антенн [14] , тогда как европейский производитель Thales Alenia Space предоставил остальные двадцать пять основных антенн [15] (в крупнейший в истории европейский промышленный контракт в области наземной астрономии). Японская компания Mitsubishi Electric получила контракт на сборку 16 антенн NAOJ. [16] [17] Усики были доставлены на объект с декабря 2008 г. по сентябрь 2013 г. [18]
Транспортировка 115- тонных антенн из пункта поддержки операций на высоте 2900 м на площадку на высоте 5000 м или перемещение антенн по площадке для изменения размера антенны представляет собой огромную проблему; как показано в телевизионном документальном фильме Monster Moves: Mountain Mission . [19] В качестве решения было выбрано использование двух самозагружающихся тяжелых самосвалов с 28 колесами на заказ . Автомобили были изготовлены компанией Scheuerle Fahrzeugfabrik [20] в Германии, имеют ширину 10 м, длину 20 м, высоту 6 м и вес 130 тонн. Они оснащены дизельными двигателями с двойным турбонаддувом мощностью 500 кВт .
В транспортерах, сиденье водителя которых предназначено для размещения кислородного баллона, облегчающего дыхание разреженным высотным воздухом, размещают усики точно на подушечках. Первая машина была завершена и испытана в июле 2007 года. [21] Оба транспортера были доставлены в Центр поддержки операций ALMA (OSF) в Чили 15 февраля 2008 года.
7 июля 2008 года транспортер ALMA впервые перенес антенну из здания сборки антенны (комплекса по монтажу) на площадку снаружи здания для тестирования (измерения голографической поверхности). [22]
Осенью 2009 года первые три антенны были перевезены одна за другой на площадку установки антенны. В конце 2009 года команда астрономов и инженеров ALMA успешно соединила три антенны на высоте 5000 метров (16000 футов) на наблюдательной площадке, завершив, таким образом, первый этап сборки и интеграции молодой группы. Соединение трех антенн позволяет исправить ошибки, которые могут возникнуть при использовании только двух антенн, тем самым открывая путь для получения точных изображений с высоким разрешением. С этого ключевого шага 22 января 2010 года начался ввод прибора в эксплуатацию.
28 июля 2011 года первая европейская антенна ALMA прибыла на плато Чахнантор, на высоте 5000 метров над уровнем моря, чтобы присоединиться к 15 уже установленным антеннам других международных партнеров. Именно такое количество антенн было указано для ALMA, чтобы начать свои первые научные наблюдения, и поэтому стало важной вехой в проекте. [24] В октябре 2012 года было установлено 43 из 66 антенн.
К лету 2011 года в ходе обширной программы испытаний перед этапом ранней науки было готово достаточное количество телескопов для получения первых изображений. [26] Эти ранние изображения дали первое представление о потенциале нового массива, который в будущем позволит создавать изображения гораздо лучшего качества, поскольку масштаб массива продолжает увеличиваться.
Целью наблюдения была пара сталкивающихся галактик резко искаженных форм, известных как Галактики-Антенны . Хотя ALMA не наблюдала полного слияния галактик, результатом стало лучшее из когда-либо созданных субмиллиметровых изображений галактик-антенн, показывающее облака плотного холодного газа, из которых формируются новые звезды, которые невозможно увидеть с помощью видимого света.
11 августа 2014 года астрономы впервые опубликовали исследования с использованием Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA), в которых подробно описано распределение HCN , HNC , H 2 CO и пыли внутри ком комет C /2012 F6 ( Леммон) и C/2012 S1 (ISON) . [27] [28]
В 2014 году было обнародовано изображение протопланетного диска, окружающего HL Tauri (очень молодая звезда T Тельца [29] в созвездии Тельца ), на котором виден ряд концентрических ярких колец, разделенных промежутками, что указывает на образование протопланеты. По состоянию на 2014 год [обновлять]большинство теорий не предполагали формирования планет в такой молодой (100 000–1 000 000 лет) системе, поэтому новые данные стимулировали обновление теорий протопланетного развития. Одна теория предполагает, что более высокая скорость аккреции может быть связана со сложным магнитным полем протопланетного диска. [30]
ALMA участвовала в проекте Event Horizon Telescope, который предоставил первое прямое изображение черной дыры , опубликованное в 2019 году. [31]
ALMA участвовала в предполагаемом обнаружении биомаркера фосфина в воздухе Венеры. Поскольку ни один известный небиологический источник фосфина на Венере не мог производить фосфин в обнаруженных концентрациях, это указывало бы на присутствие биологических организмов в атмосфере Венеры. [32] [33] Более поздние повторные анализы поставили под сомнение обнаружение, [34] хотя более поздние анализы подтвердили результаты. [35] Обнаружение остается спорным и ожидает дополнительных измерений . [36] [37]
Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакамы (ALMA), международный астрономический центр, представляет собой партнерство Европы, Северной Америки и Восточной Азии в сотрудничестве с Республикой Чили. ALMA финансируется в Европе Европейской южной обсерваторией (ESO), в Северной Америке Национальным научным фондом США (NSF) в сотрудничестве с Национальным исследовательским советом Канады (NRC) и Национальным научным советом Тайваня (NSC), а также в Восточная Азия Национальными институтами естественных наук Японии (NINS) в сотрудничестве с Академией Синика (AS) на Тайване. Строительством и эксплуатацией ALMA руководит ESO от имени Европы, от Северной Америки - Национальная радиоастрономическая обсерватория (NRAO), которой управляет Associated Universities, Inc (AUI), и от имени Восточной Азии - Национальная астрономическая обсерватория. Японии (NAOJ). Объединенная обсерватория ALMA (JAO) обеспечивает единое руководство и управление строительством, вводом в эксплуатацию и эксплуатацией ALMA. [38] Нынешним директором с февраля 2018 года является Шон Догерти . [39]
Региональный центр ALMA (ARC) был спроектирован как интерфейс между сообществами пользователей основных участников проекта ALMA и JAO. Активисты по управлению АРК также разделены на три основных вовлеченных региона (Европа, Северная Америка и Восточная Азия). Европейская АРК (возглавляемая ESO ) была далее подразделена на АРК-узлы [40] , расположенные по всей Европе в Бонн-Бохум-Кельн, Болонья, Ондржейов, Онсала , IRAM (Гренобль), Лейден и JBCA (Манчестер).
Основная цель ARC — помочь сообществу пользователей в подготовке предложений по наблюдениям, обеспечить эффективное достижение программ наблюдений своих научных целей, создать справочную службу для подачи предложений и программ наблюдений, доставить данные главным исследователям, поддерживать Архив данных ALMA, помощь в калибровке данных и предоставление отзывов пользователей. [41]
Компактная решетка Атакамы, ACA, представляет собой набор из 16 близко расположенных антенн, которые значительно улучшат возможности ALMA по изучению небесных объектов с большим угловым размером, таких как молекулярные облака и близлежащие галактики. Антенны, составляющие компактную решетку Atacama, четыре 12-метровых антенны и двенадцать 7-метровых антенн, были произведены и доставлены Японией. В 2013 году компактный массив Атакамы был назван массивом Морита в честь профессора Кохитиро Мориты, члена японской команды ALMA и дизайнера ACA, который умер 7 мая 2012 года в Сантьяго. [42]
В августе 2013 года работники телескопа объявили забастовку, требуя улучшения оплаты и условий труда. Это один из первых ударов, затронувших астрономическую обсерваторию. Остановка работ началась после того, как обсерватории не удалось прийти к соглашению с профсоюзом рабочих. [43] [44] [45] [46] Через 17 дней было достигнуто соглашение, предусматривающее сокращение графика и более высокую оплату за работу, выполняемую на большой высоте. [47] [48]
В марте 2020 года ALMA была закрыта из-за пандемии COVID-19 . Он также отложил крайний срок подачи предложений по 8-му циклу и приостановил посещение объекта общественностью. [49]
29 октября 2022 года ALMA приостановила наблюдения из-за кибератаки. [50] Наблюдения возобновились спустя 48 дней, 16 декабря 2022 года. [51]