Атакама Большой миллиметровый / субмиллиметровом массива ( ALMA ) представляет собой астрономический интерферометр из 66 радиотелескопов в пустыне Атакама на севере Чили , которые наблюдают электромагнитное излучение в миллиметровом и субмиллиметровом длин волн . Эта установка была построена на плато Чаджнантор на высоте 5000 м (16000 футов), недалеко от обсерватории Льяно-де-Чаджнантор и экспериментального объекта « Атакама» . Это место было выбрано из-за большой высоты и низкой влажности., факторы, которые имеют решающее значение для снижения шума и ослабления сигнала из-за атмосферы Земли. [1] Ожидается, что ALMA даст представление о рождении звезд в раннюю звездную эру и даст подробные изображения формирования местных звезд и планет.
 | |
| Альтернативные названия | Большая миллиметровая и субмиллиметровая матрица Atacama  |
|---|---|
| Часть | Телескоп горизонта событий Обсерватория Льяно-де-Чайнантор |
| Местоположение (а) | Пустыня Атакама , регион Антофагаста , пустыня Атакама , Чили |
| Координаты | 23 ° 01′09 ″ ю.ш. 67 ° 45′12 ″ з.д. / 23,0193 ° ю.ш. 67,7532 ° з.д.Координаты : 23 ° 01′09 ″ ю.ш. 67 ° 45′12 ″ з.д. / 23,0193 ° ю.ш. 67,7532 ° з.д. |
| Организация | Европейская южная обсерватория Национальные институты естественных наук, Японский национальный научный фонд |
| Высота | 5,058,7 м (16,597 футов) |
| Стиль телескопа | радиотелескоп радиоинтерферометр |
| Веб-сайт | www |
  Расположение большой миллиметровой антенны в Атакаме | |
 Связанные СМИ на Викискладе? | |
ALMA - это международное партнерство между Европой , США , Канадой , Японией , Южной Кореей , Тайванем и Чили . [2] Это самый дорогой наземный телескоп, который стоит около 1,4 миллиарда долларов США. [3] [4] ALMA начала научные наблюдения во второй половине 2011 года, и первые изображения были опубликованы для печати 3 октября 2011 года. Массив полностью введен в эксплуатацию с марта 2013 года. [5] [6]
Обзор
Первоначальный массив ALMA состоит из 66 высокоточных антенн и работает на длинах волн от 3,6 до 0,32 миллиметра (от 31 до 1000 ГГц). [7] Эта матрица имеет гораздо более высокую чувствительность и более высокое разрешение, чем более ранние субмиллиметровые телескопы, такие как телескоп Джеймса Клерка Максвелла с одной тарелкой, или существующие сети интерферометров, такие как Субмиллиметровая матрица или объект Плато де Буре Института радиоастрономии Миллиметрик (IRAM) .
Антенны можно перемещать по пустынному плато на расстояние от 150 м до 16 км, что даст ALMA мощный регулируемый «зум», аналогичный по своей концепции тому, который используется на узле сантиметрового диапазона длин волн Very Large Array (VLA) в Нью-Йорке. Мексика, США .
Высокая чувствительность в основном достигается за счет большого количества антенных тарелок, составляющих решетку.
Телескопы были предоставлены европейскими, североамериканскими и восточноазиатскими партнерами ALMA. Американские и европейские партнеры предоставили по двадцать пять антенн диаметром 12 метров, которые составляют основную решетку. Участвующие страны Восточной Азии предоставляют 16 антенн (четыре антенны диаметром 12 метров и двенадцать антенн диаметром 7 метров) в форме Atacama Compact Array (ACA), которая является частью усовершенствованной системы ALMA.
Используя антенны меньшего размера, чем основной массив ALMA, с помощью ACA можно получить изображение большего поля зрения на заданной частоте. Размещение антенн ближе друг к другу позволяет получать изображения источников с большей угловой протяженностью. ACA работает вместе с основным массивом, чтобы расширить возможности последнего по формированию изображений в широком поле.
История
ALMA имеет свои концептуальные корни в трех астрономических проектах - миллиметровой решетке (MMA) в Соединенных Штатах, большой южной решетке (LSA) в Европе и большой миллиметровой решетке (LMA) в Японии.
Первый шаг к созданию того, что впоследствии станет ALMA, был сделан в 1997 году, когда Национальная радиоастрономическая обсерватория (NRAO) и Европейская южная обсерватория (ESO) договорились реализовать общий проект, объединяющий MMA и LSA. Объединенный массив сочетает в себе чувствительность LSA с частотным покрытием и превосходным местоположением MMA. ESO и NRAO работали вместе в технических, научных и управленческих группах, чтобы определить и организовать совместный проект между двумя обсерваториями с участием Канады и Испании (последняя стала членом ESO позже).
Ряд резолюций и соглашений привели к выбору "Атакамская большая миллиметровая решетка" или ALMA в качестве названия новой антенной решетки в марте 1999 года и подписанию 25 февраля 2003 года Соглашения ALMA между североамериканской и европейской сторонами. . («Альма» означает «душа» на испанском языке и «ученый» или «знающий» на арабском.) После взаимных дискуссий в течение нескольких лет проект ALMA получил предложение от Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ), в соответствии с которым Япония предоставила ACA (Atacama Compact Array) и три дополнительных диапазона приемника для большого массива, чтобы сформировать Enhanced ALMA. Дальнейшие обсуждения между ALMA и NAOJ привели к подписанию 14 сентября 2004 года соглашения на высшем уровне, которое делает Японию официальным участником Enhanced ALMA, известного как Atacama Large Millimeter / submillimeter Array. 6 ноября 2003 г. состоялась церемония закладки фундамента, на которой был представлен логотип ALMA. [8]
На ранней стадии планирования ALMA было решено использовать антенны ALMA, разработанные и изготовленные известными компаниями в Северной Америке, Европе и Японии, а не использовать единую конструкцию. В основном это было по политическим причинам. Несмотря на то, что провайдеры выбрали очень разные подходы, каждая из конструкций антенн, по-видимому, может удовлетворить строгие требования ALMA. Компоненты, разработанные и изготовленные по всей Европе, были доставлены специализированной компанией Route To Space Alliance, занимающейся аэрокосмической и космической логистикой, [9] 26 в общей сложности, которые были доставлены в Антверпен для дальнейшей отправки в Чили.
Финансирование
Первоначально ALMA представлял собой сотрудничество 50-50 между Национальной радиоастрономической обсерваторией и Европейской южной обсерваторией (ESO), а затем был расширен с помощью других японских, тайваньских и чилийских партнеров. [10] ALMA - крупнейший и самый дорогой наземный астрономический проект стоимостью от 1,4 до 1,5 миллиарда долларов США. [3] [11] (Однако различные проекты космической астрономии, включая космический телескоп Хаббла , JWST и несколько зондов для крупных планет, стоят значительно дороже).
- Партнеры
- Европейская южная обсерватория и Европейский региональный центр поддержки
- Национальный научный фонд через Национальную радиоастрономическую обсерваторию и Североамериканский научный центр ALMA
- Национальный исследовательский совет Канады
- Национальная астрономическая обсерватория Японии (NAOJ) при Национальном институте естественных наук (NINS)
- ALMA - Тайвань в Институте астрономии и астрофизики Academia Sinica (ASIAA)
- Республика Чили
сборка
Комплекс был построен в основном европейскими, американскими, японскими и канадскими компаниями и университетами . Три прототипа антенны прошли оценку на Very Large Array с 2002 года.
Компания General Dynamics C4 Systems и ее подразделение SATCOM Technologies заключили контракт с Associated Universities, Inc. на поставку двадцати пяти из 12-метровых антенн [12], в то время как европейский производитель Thales Alenia Space предоставил другие двадцать пять основных антенн [13] (в крупнейший в истории европейский промышленный контракт по наземной астрономии). Японская компания Mitsubishi Electric получила контракт на сборку 16 антенн NAOJ. [14] [15] Антенны были доставлены на площадку с декабря 2008 года по сентябрь 2013 года. [16]
Транспортировка антенн
Транспортировка 115- тонных антенн из объекта поддержки операций на высоте 2900 м на площадку на высоте 5000 м или перемещение антенн по площадке для изменения размера массива представляет собой огромные проблемы; как изображено в телевизионном документальном фильме Monster Moves: Mountain Mission . [17] Было выбрано решение использовать два самозагружающихся тяжелых самосвала с 28 колесами . Автомобили были произведены на немецкой фабрике Scheuerle Fahrzeugfabrik [18], имеют ширину 10 м, длину 20 м и высоту 6 м, а также вес 130 тонн. Они оснащены двумя дизельными двигателями мощностью 500 кВт с турбонаддувом .
Транспортеры, оснащенные сиденьем водителя, предназначенным для размещения кислородного баллона, помогающего дышать разреженным высотным воздухом, размещают антенны точно на подушках. Первый автомобиль был завершен и испытан в июле 2007 года. [19] Оба транспортера были доставлены в Центр оперативной поддержки ALMA (OSF) в Чили 15 февраля 2008 года.
7 июля 2008 года транспортер ALMA впервые переместил антенну изнутри здания для сборки антенны (объект для монтажа на площадке) на площадку за пределами здания для тестирования (голографические измерения поверхности). [20]
Осенью 2009 года первые три антенны по одной были доставлены на площадку операций с массивом. В конце 2009 года группа астрономов и инженеров ALMA успешно соединила три антенны на площадке для наблюдений на высоте 5000 метров (16000 футов), завершив, таким образом, первый этап сборки и интеграции молодой группы. Связывание трех антенн позволяет исправлять ошибки, которые могут возникнуть при использовании только двух антенн, что открывает 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 для ALMA прибыла на плато Чайнантор на высоте 5000 метров над уровнем моря, чтобы присоединиться к 15 уже установленным антеннам от других международных партнеров. Это было количество антенн, указанное для ALMA, чтобы начать свои первые научные наблюдения, и поэтому это было важной вехой для проекта. [22] В октябре 2012 года 43 из 66 антенн были установлены.
Научные результаты
Изображения из первоначального тестирования
К лету 2011 года во время обширной программы испытаний перед началом фазы ранней науки было введено в действие достаточное количество телескопов для получения первых изображений. [24] Эти ранние изображения дают первое представление о потенциале нового массива, который будет производить изображения гораздо более высокого качества в будущем, поскольку масштаб массива продолжает увеличиваться.
Целью наблюдения была пара сталкивающихся галактик резко искаженной формы, известных как Антенны Галактики . Хотя ALMA не наблюдала слияние галактик целиком, результатом является лучшее изображение в субмиллиметровом диапазоне длин волн, когда-либо сделанное для Антенных галактик, на котором показаны облака плотного холодного газа, из которых формируются новые звезды, которые невозможно увидеть в видимом свете.
Кометные исследования
11 августа 2014 года, астрономы выпустили исследования, используя Атакама Большой миллиметровый / субмиллиметрового Array (ALMA) в первый раз, в котором подробно распределение HCN , HNC , H 2 CO и пыли внутри волосяные семенные придатки из кометы C / 2012 F6 ( Lemmon) и C / 2012 S1 (ISON) . [25] [26]
Планетарное образование
Изображение протопланетного диска, окружающего HL Тельца (очень молодая звезда Т Тельца [27] в созвездии Тельца ), было обнародовано в 2014 году, на нем показана серия концентрических ярких колец, разделенных промежутками, что указывает на формирование протопланет. По состоянию на 2014 г.[Обновить], большинство теорий не ожидали планетарного образования в такой молодой (100 000–1 000 000 лет) системе, поэтому новые данные стимулировали обновленные теории протопланетного развития. Одна теория предполагает, что более высокая скорость аккреции может быть связана со сложным магнитным полем протопланетного диска. [28]
Телескоп горизонта событий
ALMA участвовала в проекте Event Horizon Telescope, в ходе которого было получено первое прямое изображение черной дыры , опубликованное в 2019 году [29].
Фосфин в атмосфере Венеры
ALMA участвовал в обнаружении фосфина , биомаркера, в атмосфере Венеры. Поскольку ни один известный небиологический источник фосфина на Венере не мог производить фосфин в обнаруженных концентрациях, это указывало на присутствие биологических организмов в атмосфере Венеры. [30] [31] Однако с тех пор эта теория была опровергнута, и было проведено новое исследование, показывающее, что в атмосфере Венеры нет фосфина. [32]
Глобальное сотрудничество
Международная астрономическая установка Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) является партнерством 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) и в других странах. Восточная Азия Национальным институтом естественных наук Японии (NINS) в сотрудничестве с Academia Sinica (AS) на Тайване. Строительством и эксплуатацией ALMA от имени Европы руководит ESO, от имени Северной Америки - Национальная радиоастрономическая обсерватория (NRAO), которой управляет Associated Universities, Inc (AUI), а 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. [33] Его нынешним директором с февраля 2018 года является Шон Догерти . [34]
Региональный центр АЛМА (АРК)
Региональный центр ALMA (ARC) был разработан как интерфейс между сообществами пользователей основных участников проекта ALMA и JAO. Активы для работы ARC также разделены на три основных вовлеченных региона (Европа, Северная Америка и Восточная Азия). Европейский ARC (во главе с ESO ) был далее разделен на ARC-узлы [35], расположенные по всей Европе в Бонне-Бохуме-Кельне, Болонье, Ондржеёве, Онсале , IRAM (Гренобль), Лейдене и JBCA (Манчестер).
Основная цель ARC - помочь сообществу пользователей в подготовке предложений по наблюдениям, обеспечить эффективное соответствие программ наблюдений их научным целям, запустить службу поддержки для подачи предложений и программ наблюдений, доставить данные основным исследователям, поддержать Архив данных ALMA, помощь в калибровке данных и предоставление отзывов пользователей. [36]
Детали проекта
- По крайней мере, 50 антенн диаметром 12 м, расположенных на высоте 5000 м в обсерватории Льяно-де-Чайнантор , усилены компактной решеткой антенн 4 x 12 м и 12 x 7 м (в 2006 г. консорциум рассматривал вопрос о строительстве 50 или 64 антенн). 12 млн. После тяжелого года звезда ALMA начинает взлетать, наконец, высыхать )
- Прибор для визуализации во всех окнах атмосферы от 350 мкм до 10 мм
- Конфигурации массива от примерно 150 м до 14 км
- Пространственное разрешение 10 миллисекунд (10 −7 радиан), что в 10 раз лучше, чем у очень большой матрицы (VLA), и в 5 раз лучше, чем у космического телескопа Хаббла , но все же значительно ниже разрешения, достигаемого с помощью оптических и инфракрасных интерферометров .
- Возможность изображения источников от угловых минут до градусов с разрешением в одну угловую секунду.
- Разрешение по скорости менее 50 м / с
- Более быстрый и гибкий прибор для визуализации, чем очень большой массив
- Самый большой и самый чувствительный прибор в мире на миллиметровых и субмиллиметровых длинах волн
- Чувствительность обнаружения точечного источника в 20 раз лучше, чем у очень большого массива
- Система обработки данных будет CASA (Common Astronomy Software Applications), которая представляет собой новый программный пакет, основанный на AIPS ++.
Компактный массив Atacama
Atacama Compact Array, ACA, представляет собой подмножество из 16 близко расположенных антенн, которые значительно улучшат способность ALMA изучать небесные объекты с большим угловым размером, такие как молекулярные облака и близлежащие галактики. Антенны, входящие в состав Atacama Compact Array, четыре 12-метровые антенны и двенадцать 7-метровых антенн, были произведены и доставлены Японией. В 2013 году компактный массив Atacama был назван массивом Morita в честь профессора Кохиро Морита, члена японской команды ALMA и разработчика ACA, который скончался 7 мая 2012 года в Сантьяго. [38]
Остановка работы
В августе 2013 года рабочие телескопа объявили забастовку, требуя улучшения оплаты и условий труда. Это один из первых ударов по астрономической обсерватории. Остановка работ началась после того, как обсерватория не смогла прийти к соглашению с профсоюзом рабочих. [39] [40] [41] [42] Через 17 дней было достигнуто соглашение, предусматривающее сокращение графиков и более высокую оплату за работу, выполняемую на большой высоте. [43] [44]
В марте 2020 года ALMA закрыли из -за пандемии COVID-19 . Он также отложил крайний срок подачи заявок на восьмой цикл и приостановил посещение сайта общественностью. [45]
Сроки реализации проекта
| Дата | Мероприятия |
|---|---|
| 1995 г. | Совместное испытание площадки ESO / NRAO / NAOJ с Чили. |
| Май 1998 г. | Начало этапа 1 (проектирование и разработка). |
| Июнь 1999 г. | Меморандум о взаимопонимании между Европой и США в области проектирования и разработки. |
| Февраль 2003 г. | Окончательное соглашение между Европой и Северной Америкой, при котором 50% финансирования поступает от ESO, а 50% финансирования распределяется между США и Канадой. |
| Апрель 2003 г. | Испытания первого прототипа антенны начинаются на полигоне ALMA Test Facility (ATF) в Сокорро, штат Нью-Мексико. |
| Ноябрь 2003 г. | Церемония закладки первого камня на площадке ALMA. |
| Сентябрь 2004 г. | Проект соглашения в Европе, Северной Америке и Японии, при этом Япония предоставляет новые расширения для ALMA. |
| Октябрь 2004 г. | Открытие совместного офиса ALMA, Сантьяго, Чили. |
| Сентябрь 2005 г. | Тайвань присоединяется к проекту ALMA через Японию. |
| Июль 2006 г. | Европа, Северная Америка и Япония вносят поправки в соглашение о расширенном ALMA. |
| Апрель 2007 г. | Прибытие первой антенны в Чили. |
| Февраль 2008 г. | Прибытие двух транспортеров ALMA в Чили. |
| Июль 2008 г. | Первое перемещение антенны с помощью транспортера. |
| Декабрь 2008 г. | Принятие первой антенны ALMA. |
| Май 2009 г. | Первая интерферометрия с двумя антеннами на объекте поддержки операций (OSF). |
| Сентябрь 2009 г. | Первый переезд антенны ALMA на Чайнантор. |
| Ноябрь 2009 г. | Замыкание фазы с тремя антеннами на Чайнанторе. |
| 2010 г. | Призовите заявки на участие в ранней науке с разделением риска |
| Сентябрь 2011 г. | Начало раннего научного цикла 0. Шестнадцать 12-метровых антенн в 12-метровой решетке. |
| Февраль 2012 г. | Первая статья опубликована с данными ALMA [47] |
| Январь 2013 | Начало раннего научного цикла 1. Тридцать две 12-метровые антенны в 12-метровой решетке. |
| 13 марта 2013 г. | Инаугурация ALMA. |
| 23 сентября 2013 г. | Прибыла и принята 66-я и последняя антенна. |
| Июнь 2014 г. | Начало раннего научного цикла 2. Тридцать четыре 12-метровые антенны в 12-метровой решетке, девять 7-метровых антенн в 7-метровой решетке и две 12-метровые антенны в решетке TP. |
| Июнь 2018 г. | 1000-я опубликованная статья ALMA [48] |
| Март 2020 г. | ALMA закрыли из -за кризиса COVID-19 |
Видео и галерея
- Видео
- "> Воспроизвести медиа
Подборка видео, показывающая различные аспекты ALMA.
Этот художественный рендеринг массива ALMA на плато Чаджнантор показывает, как в качестве интерферометра ALMA действует как одиночный телескоп с диаметром, равным расстоянию между его отдельными антеннами (представлен синим кружком).
Выступление Леонардо Тести о большой миллиметровой / субмиллиметровой решетке в Атакаме (ALMA).
ESOcast 51: Видеоотчет о корреляторе ALMA . (в HD)