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天文觀測新世紀–阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列計畫(ALMA)

104/05/21 瀏覽次數 2693
自遠古時代以來,人類便對天空中的星辰充滿無限的浩嘆與疑問,日升日落、月相盈虧,因著天體運行所生的規律變化,一再引發人們探索蒼穹的好奇心。1609年,伽利略(Galileo Galilei)首次利用折射望遠鏡觀測恆星、行星、月球等宇宙現象,開啟天文觀測的歷史新頁,經過四百多年的演進,時至今日,透過先進望遠鏡所擷取的影像與數據,除了使天文學的研究不斷突破之外,也讓我們得以窺探更多浩瀚星際的奧秘。

阿塔卡瑪大型毫米波及次毫米波陣列(ALMA)是目前世界最大的無線電波望遠鏡陣列,共有66座,參與的跨國研究團隊來自歐洲、北美、東亞等地區。中央研究院天文及天文物理研究所自2005年起即加入「ALMA─日本」團隊,2008年獲科技部經費補助並執行「ALMA─北美」計畫。值得一提的是,對電波望遠鏡而言,前段系統就像眼睛的視網膜,是讓望遠鏡真正「看」到天空的關鍵,而該所和中山科學研究院航空研究所合作建立「東亞接收機前段整合測試中心」(East-Asia Front End Intergration Center, EA-FEIC),已完成至少26套前段次系統的交付,對於這項大型計畫的設備與進程貢獻良多。在科學研究上,國內多位學者陸續運用ALMA進行天文觀測並獲得亮眼的成績,未來可望解開更多恆星誕生過程的謎團,進而深入探索宇宙與生命的起源。

本展以「世界最大天文台」、「宇宙誕生新視野」2個單元,介紹ALMA跨國天文計畫中,電波望遠鏡的運作原理,以及台灣天文研究團隊的貢獻與成果,希望帶領民眾一起登上5,000公尺的阿塔卡瑪沙漠高原,透過壯觀的望遠鏡陣列,以更寬廣的視角悠遊星海,領略天文之美。

世界最大天文台   ALMA座落於智利阿塔卡瑪沙漠,是目前全世界最大的天文台,一共由66座望遠鏡/天線組成的陣列,包括54座及12座口徑分別寬12米及7米的天線,這些天線一起協同工作,由後勤支援基地遙控操作。每個天線個別收集來自太空的輻射,將訊號聚焦在天線的接受器之後,由後端設備透過光纖將訊號數位化並傳至運轉中心,經專用的超級計算機(correlator)加以處理,最後再將資料彙總在一起,並運用成像技術繪製星系圖。

66座天線間的配置靈活多樣,可排成最短150公尺、最長16公里的陣列。由於觀測站位於高而乾燥的區域,加上ALMA具備前所未有的探測靈敏度、角分辨率、頻譜解析度和成像品質,清晰度和觀測範圍均10倍於哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope, HST),遠達120億光年,強大的解析度可從墾丁看到101大樓上的一隻小金龜子,因具備海拔位置高及氣候乾燥條件而得以測量到毫米及次毫米(約10-3 m)波,並可望對分子氣體、塵埃還有宇宙大霹靂的遺跡輻射起源等「冷」(cold)宇宙的研究產生革命性影響。。

宇宙誕生新視野   ALMA 自2011年9月30日起正式開放學術使用,多次公開向全球天文研究學者徵求觀測計畫書,在3,433件申請案中,只有661件通過嚴格的審查,台灣學界主導者有43件,其科學價值深獲肯定。

由於ALMA可以偵測到肉眼或一般望遠鏡都看不到的塵埃雲,台灣的天文團隊即透過ALMA觀測,進而發現年輕恆星系統的組成、恆星雙胞胎形成過程、「行星搖籃」的細微面貌、雙星系統中行星形成的「生命線」,以及最年輕的原行星盤...等,成效斐然。

展示圖文(含圖片來源)
世界最大天文台
宇宙誕生新視野
其他

展映實景

企劃製作

監製:科技部
策展:中央研究院天文及天文物理研究所
視覺設計:頑石創意股份有限公司

文字審訂
中央研究院天文及天文物理研究所 李景輝研究員、周美吟博士

參考文獻
賀曾樸等(2014)物理雙月刊,36(6),頁394-424,中華民國物理學會,台北。

著作權
圖片:
ALMA設施:
©中央研究院天文及天文物理研究所
©ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)

影片:
©中央研究院天文及天文物理研究所
©ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)
 
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