ALMA射电望远镜让人类视野比以往任何时候都辽阔

本月中旬，一组国际天文学家宣布，世界上迄今为止规模最大的地基射电望远镜项目已全部建造完工并正式投入使用。在其已发回的观测图片中，包括有难得一见的宇宙星暴星系；它还发现了两个迄今人类所知同类天体中距地最遥远的星系，其中一个还存在水资源的信号――这也是人们检测到水存在的最遥远距离纪录。

该望远镜是天体化学家梦寐以求的利器：它拥有高灵敏观察宇宙特殊区域化学分子变化的本事――相应的，生命的痕迹也将更容易暴露。

现已发表在英国《自然》杂志的研究报告，让名为阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列（ALMA）的望远镜博得了个开门红。3月20号发表在美国《大众科学》在线版一篇文章评论则称，“地球上最大的天文机器，它让人类的视野比以往任何时候都辽阔”。

ALMA射电望远镜让人类视野比以往任何时候都辽阔

地基望远镜之最

阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵，也被简称为阿尔马（ALMA）望远镜，其不但是迄今已建成的地基望远镜中规模最大的，还是最贵的，造价达十亿英镑。

单个国家很难建造如此庞大的设备。作为一个多方合作项目， ALMA望远镜所需的巨资最初是计划由欧洲南方天文台出资50%，美国和加拿大共同出资50%建造，不过后期又陆续有多个国家、地区的研究机构加入。参与者包括欧南天文台、美国国家科学基金会支持的美国国家射电天文台、西班牙、加拿大国家研究理事会、日本国立天文台等，具体操作工作由欧南和美国两者共同负责。

望远镜项目的设计工作就花费了4年，直到2005年才破土动工。其选址位于智利北部查南托高原的拉诺德查南托天文台，当地海拔足有5千多米，是罕见的未受污染的“净土”，天体发出的任何光都能没有阻碍地达到，且这里几乎是地球上气候最干燥的地区之一，减少了空气中水汽吸收无线电波的可能，非常适合进行毫米波天文观测。

不过这片低氧之地也给建造工作增添了不少难度。ALMA望远镜英方项目负责人、英国卢瑟福・阿普尔顿实验室（RAL）布莱恩・艾力教授表示，人们不应低估像ALMA这种规模天文设备的打造难度，更何况，要身处如此一个恶劣且充满挑战性的环境中。

2013年3月13日，团队宣布庞大列阵正式在毫米波和亚毫米波运作。由地面数十个天线共同架构成的射电望远镜，目力已超过运转在地球上方的哈勃太空望远镜10倍之多。据“美国太空网”援引团队人员、瑞典天文学家安德里亚斯的话：“ALMA射电望远镜之强大，超过目前世界上所有射电望远镜之和。”

触及宇宙的起步阶段

建成后的ALMA望远镜，共包括66个口径为7米到12米的天线“大锅”，每座重达100吨，截至3月13日，已有54座天线开始运行，其余12座将于今年10月投入使用。全部天线协作的力量让ALMA望远镜拥有了0.01角秒的分辨率――也就是说，它能看清500多公里外的一分硬币，对于宇宙光线尽可能遥远的捕捉，并有效控制射电波信号的接收。

ALMA项目建设非一朝一夕，过程中团队不断提升着望远镜的观测分辨率。稍早时只建成了最初的4只天线，略显孤寂的相伴于荒漠中，但已能发挥功用；接着12只落成后，已有大量天文学家向项目方申请了观测时间。

这期间，ALMA望远镜贡献了它的第一张图像，图像显示出了引力透镜效应：遥远背景星系的光线被前景星系的引力弯曲，星光扭曲但却更加的明亮――它拍到的是一个超亮星暴星系，正在以无法理解的速度诞生着的新恒星――大约是每年数十万颗――而与此相比，我们银河系目前的生产恒星仅为每年1颗。

科学界至今对星暴星系的研究仍颇多争议，这种远古的“造星工厂”与现今星系的比较研究具有无穷的价值。但可惜它们总是藏匿在厚重的灰尘帘幕之后，传统红外/可见光望远镜无法穿透进行观测，人们一直难以测量星暴星系的全部红移分布，尤其是在最高红移处。而ALMA望远镜却能将波段调频到透视灰尘本身，因而它能寻觅到的超亮星暴星系，是以往通过光谱在极端红移处确认的两倍之多。

获取到遥远的无线电波信号后，再排除宇宙膨胀效应产生的误差，天文学家们终于确切推断出这簇幽灵之在宇宙历史中的位置，或者说，星暴现象平均的出现时间：在大约120亿年前。《自然》杂志文章作者托马斯・格里夫认为这与之前的认知有抵触，幸而ALMA刷新了人类的观测能力。

而有天文学家指出，这只是ALMA尚未完全投入使用的成果，一旦全阵列开启，图像更将犀利的多。

宇宙研究史上的一次革命

望远镜“目光”触及的远方，并不只是距离的远近，更是宇宙的历史。在搜寻星暴星系时，ALMA找到两个迄今人类发现的距离地球最远的星系，而彼时的宇宙还处于起步阶段，年约10亿岁，ALMA看到的正是当时发生的场景。

凭借着对单个分子的筛查能力，冰冻水、气体乃至有机分子们更会无所遁形。ALMA望远镜就在这两个最远星系之一中发现存在水资源的信号。而更令人震惊的是，天文学家利用ALMA完成以上观测仅需几分钟，这组世界上最强大的望远镜兼具了速度与准确性的保障。就像项目合作伙伴、美国国家射电天文台副主任菲尔・朱厄尔所说：“ALMA是一个巨大的科学进步。”

ALMA阵列望远镜在研发之初，主要是为了获得有关星系和行星演变的数据，寻找新天体以及探寻宇宙中是否存在能进化成生命的物质。同时，它也可弥补光学望远镜无法观测深空领域的遗憾，帮助天文学家揭开占宇宙90%以上的暗物质之谜――这种神秘物质因为自身不发射电磁辐射，也不与电磁波相互作用，人们一直无法得见真容。

ALMA项目负责人泰斯・德赫罗在正式启动仪式上曾说：“这是宇宙研究史上的一次革命。穿过星云、观察恒星形成，并不是通常的天文望远镜可以做到的。但ALMA为我们打开了一扇新窗。”或者如《自然》杂志文章中所说――为我们绘制一幅远比现在更为完整的宇宙画卷。

显然，ALMA不打算当任何一个现有设备的“继承人”，它正准备成为人类探索宇宙道路上的里程碑。项目团队认为，和即将展开的工作相比，现在的一切只不过是个开始――这种巨人级别的望远镜，人们完全可以期待被它改写现有的宇宙观，一步步揭开遮蔽我们视野的天幕。

科技日报