ALMA天文臺是一個國際天文學設施，合作國家或者機構分別有智利共和國，歐洲南半球天文研究組織ESO、臺灣NSC國家科學委員會、臺灣中央研究院AS、韓國KASI韓國天文和空間科學研究所、美國國家科學基金會NSF和日本國家自然科學研究所NINS。

ALMA是現存最大的天文項目，它擁有前所未有的規模，由66根高精度地面觀測臺形成地面觀測陣列，這些地面觀測臺直徑大多為12米至7米。ALMA位於一個真正獨特又不尋常的地方：智利阿塔卡馬沙漠。雖然天文學家將在海拔2900米的OSF技術大樓操作望遠鏡，但地面觀測臺大多在阿爾蒂普拉諾海拔5000米的高原建設。

之所以選擇這一地點，是因為這裡是最適合天文觀測的地方，這裡的氣候和高度使得觀測干擾減少。ALMA站點的年平均降雨量在100毫米以下，是天文觀測的理想地點。事實上，無線電波可以穿透空間中的大量氣體和塵埃，也就是說可以在幾乎不失真的情況下穿過地球大氣層，獲得不失真不失數據的圖像。如果ALMA上空的大氣含有水，無線電信號就會被大量吸收，這樣會並會降低觀測的質量。

1963年11月6日，歐洲南方觀測站ESO與智利政府簽署了初步協定，使ESO能夠將其觀測臺置於極為晴朗的智利天空之下。ALMA的誕生可以追溯到20世紀末，歐洲、北美和日本的天文學家對大毫米/亞毫米陣列射電望遠鏡進行了初步研究，並討論了不同可能的觀測陣列。研究後，有一個很明顯的問題，這些計劃，很難由一個機構來實現，所以ALMA是各國天文觀測機構聯合建造的。

2009年11月17日，ALMA只使用組成陣列的66個地面觀測臺中的兩個進行了第一次測量。2010年1月4日，當時只有三個地面觀測臺在協調工作。2011年10月，ALMA正式向天文學家開放，大約三分之一的地面觀測臺開始工作。ALMA是有史以來最大和最科學的地面觀測站，在2013年開始全面觀測。

ALMA工作組當時根據天文臺的情況確定了任務目標：

1.追蹤宇宙第一批星系形成到宇宙中恆星形成高峰期的演化過程，時間大約在120億年前至133億年前。

2.追蹤宇宙中從簡單有機分子到複雜有機分子的演變過程，瞭解太陽系的演化過程，瞭解太陽系內部行星和太陽的演化過程。

3.對附近恆星形成區域的星盤進行成像，探測形成行星所造成的潮汐間隙和內部核心。這個觀測目標有利於讓天文學家瞭解地球的起源，確定一些理論。

ALMA的主要觀測臺

ALMA是世界上研究宇宙的最強大的組合陣列之一，其觀測波長為亞毫米和毫米，位於紅外線和較長無線電波之間。然而，ALMA並不像許多巨大望遠鏡的圖像。它不使用可見光和紅外光望遠鏡的反光鏡，而是由許多看起來像金屬衛星天線的地面觀測臺組成。66個地面觀測臺中，其中54個地面觀測臺的直徑為12米，還有12個較小的地面觀測臺，每個碟盤結構的直徑為7米。

每個天線最明顯的部分是碟盤結構，這是一個很大的反射面。ALMA的大部分碟盤直徑為12米，碟盤的作用都與光學望遠鏡的鏡面相同，它可以收集來自遙遠天體的輻射，並將其聚焦到測量輻射的探測器元件上。和太空望遠鏡的不同之處在於探測到的輻射波長，可見光由光學望遠鏡捕獲，只是電磁輻射光譜的一小部分，波長大約在380到750 nm之間。相反，ALMA將探測天空的輻射，波長範圍更大。

看到這裡可能很奇怪，為什麼ALMA的碟盤結構沒有鏡子一樣的反光面，而是有一個金屬的表面。任何光學望遠鏡的反射表面都必須是近乎完美的，如果它們有超過所探測波長的百分之零點幾的缺陷，望遠鏡就不會產生精確的測量結果。這些碟盤結構不需要和光學望遠鏡一樣表面那麼完美。因此，儘管ALMA的觀測臺看起來像巨大的金屬衛星天線，但是對於亞毫米波光子（光粒子）來說，它們已經擁有非常光滑的反射表面了，可以精確地聚焦光子。

除了碟盤表面，工作組在觀測的時候必須非常精確地控制指向，需要指向的角度精度在0.6弧秒（一弧秒是三千六百分之一度），這相當於在15千米之外對準一個兵乓球。

ALMA將把來自它的天線陣列的信號合併成一個干涉儀，就好像這66個地面觀測臺是一體的一樣。ALMA工作組還有兩輛運輸車，天文學家將能夠根據所需觀測的目標來重新更換觀測臺的位置。因此，不像固定在一個地方的望遠鏡，這些觀測臺足夠堅固，可以連同混凝土基座一起移動，而不會影響天文學家的觀測過程。

這些觀測臺沒有穹頂或外殼保護，那到時候下雨下雪怎麼辦呢？其實剛才我們說到，高原氣候非常乾燥，幾乎不會下雨，至於下雪因為碟盤結構的特殊合金材料可以防止下雪和融雪的情況。

所有的觀測臺都是為了滿足嚴格的技術要求而設計的，並且作為整體的一部分共同工作。這些最先進的觀測臺，結合在一起，這是革命性的觀測設備，反映了全球ALMA項目的合作性質。

ALMA的觀測成果以及圖片展示

毫無疑問，ALMA是人類最成功的天文觀測陣列之一，接下來我們一起走出太陽系，邁向宇宙，來看看ALMA記錄下的星球和宇宙是什麼樣子。利用一些天文觀測原圖，瞭解天文學家是如何使用ALMA成像數據來分析星球或者星系的吧。

太陽系的一道風景線，木星

木星的大氣層主要由氫和氦以及甲烷、氨氣、硫化氫和水等微量氣體組成。最上層結構是由氨冰組成的。下面是一層固體的氨水硫化氫顆粒，在雲層上方約80公里處，很可能有一層液態水。上層雲形成了獨特的棕色帶和從ALMA看到的白色區域。

木星上的許多風暴都發生在上層結構內。它們可以與地球上的雷暴相比較，風暴內部也會伴隨著密集的閃電現象。風暴在可見光中以小而明亮的雲出現，被稱為羽狀雲，我們還可以在地球上觀測到。

用ALMA拍攝到的木星圖像。亮帶表示高溫，暗帶表示低溫。暗帶與木星上的區域相對應，在可見波長上通常是白色的。這張圖像包含超過10個小時的數據。除此之外，ALMA的這張圖片還可以顯示木星雲層下面氨氣的分佈情況。

ALMA（上方）和哈勃太空望遠鏡（下方）觀測到的木星平面圖對比。木星南赤道帶的噴發在這兩幅圖像中都是可見的。

130億年前的光芒

今年6月17日，研究人員使用阿塔卡馬大毫米波/亞毫米波陣列ALMA觀測了130億年前宇宙中的一個由氧氣、碳和塵埃組成的宇宙中最早的星系。通過比較不同的信號，研究小組確定星系實際上是兩個正在合併的星系，這使得它成為迄今發現最早的合併星系的例子，它就是B14-65666。

B14-65666是一個位於130億光年外的星雲。由於光速限制，我們看到的B14-65666的光必須旅行130億年才能到達我們的視線中。換句話說，它們給我們展示了130億年前星系的樣子，也就是宇宙大爆炸後不到10億年的景象。

這是B14-65666的合成圖像，顯示了由ALMA觀測到的塵埃（紅色）、氧氣（綠色）和碳（藍色）的分佈圖，以及由哈勃太空望遠鏡觀測到的新生恆星集中區域（白色）

藝術家對融合星系B14-65666的印象，它位於130億光年之外

宇宙中的雙恆星系統

我們的太陽系只有一顆恆星，但是宇宙中有很多恆星級系統有兩顆恆星，就好像我們的太陽系有兩個太陽，天文學家目前還不清楚這是如何產生的。不過天文學家推測這些恆星是從崩潰星盤中心的一個螺旋星盤中誕生的。

瞭解形成雙星的動力學一直很困難，因為這些系統中的恆星仍然被厚厚的氣體和塵埃所包圍，這些雲團阻止了大多數光線的逃逸，不利於觀測。幸運的是，只要能夠以足夠高的空間分辨率成像，就可以用無線電波看到它們。

接下來ALMA可以帶領我們看一看“兩顆太陽”的奇特風景。大多數雙星結構中一顆質量很大，是中心恆星，另一顆比較小，是次級恆星。觀測結果表明，IRAS-07299這兩顆恆星之間的距離約為180AU，也就是太陽到地球的距離乘180，兩者相距甚遠。它們目前以最多600年的週期圍繞著彼此運行，總質量至少是我們太陽的18倍。

這是ALMA對IRAS-07299恆星形成區域及其中心的大質量雙星系統的圖像。圖像顯示了IRAS-07299濃密的氣體流（綠色），這些氣流似乎正在向中心流動。甲醇氣體運動是藍色的。根據氣流運動，右邊的虛線則告訴了我們雙星的運動軌道。

星系與星系——宇宙中重子物質的主要玩家

ALMA可以看做是一個超靈敏的宇宙化學傳感器。當分子在太空中顛簸振動時，它們自然地以特定的頻率發射電磁輻射，在光譜上會以尖峰形式出現。ALMA的每個接收帶都可以檢測到這些獨特的光譜。

接下來我們來看NGC 6634 I，NGC 6334 I是貓爪星雲的一部分，距離地球4300光年。天文學家在NGC 6634 I內部的主要恆星形成區域發現了大量複雜的有機分子。這也是NGC 6634 I備受矚目的原因，有機分子的出現代表了這個星雲的某個部分可能擁有生命。

在NGC 6334 I方向上檢測到的分子包括甲醇、乙醇、甲胺和乙醇醛，這是最簡單的糖分子。這張圖像由ALMA10波段接收器拍攝，這是ALMA的最高頻段。我們可以看到藍色成分重水HDO從單個原恆星或一小團原恆星中流走。橙色區域是同一區域的連續輻射星塵。

黑洞——宇宙中最神奇最可怕的天體

大多數星系的中心都有一個超大質量的黑洞，其質量是太陽的數百萬倍至數十億倍。黑洞非常活躍，它們一刻不停地吞噬著物質。不過，黑洞吞噬物質的時候，物質不是直接掉進黑洞，而是在活躍的黑洞周圍堆積起來，形成一個好像甜甜圈的結構，也就是天文學家經常說的吸積盤。

基於計算機模擬和阿塔卡馬大毫米波/亞毫米波陣列ALMA的新觀測數據，研究人員發現活躍的超大質量黑洞周圍的氣體環並不是簡單的甜甜圈形狀。相反，從中心排出的氣體與進入的氣體相互作用，形成一個動態循環模式，類似於城市公園的噴泉。

北極星星系中心超大質量黑洞與周圍的氣體，CO分子氣體和C原子氣體的分佈分別以橙色和青色表示。

藝術家繪製了在北極星星系中心的超大質量黑洞周圍氣體運動的渲染圖。這三種氣體組成了理論化的噴泉結構，1代表的是嵌入緻密冷分子氣體的吸積盤，2是噴射出的熱原子氣體，3是氣體返回吸積盤的過程。

人類觀測宇宙的眼睛

如果我們用肉眼觀察星系可以嗎？當然是可以的，但是我們的肉眼條件非常有限，無法觀察到距離我們很遠的星系，更無法剖析星系的結構與黑洞吸積盤的構成……所以毫無疑問，無論是ALMA也好，還是哈勃也好，等等這些觀測設備都是人類觀察宇宙的眼睛。

人類從古至今一直在探尋自身的起源，地球的起源，太陽系甚至整個宇宙的起源，所以很明顯，我們是很愛刨根問底的動物。現在，我們對於宇宙觀測的程度還十分有限，不過在不遠的將來，人類可以通過不斷髮展的觀測天文學瞭解宇宙，瞭解太陽系，瞭解自己。

未來是值得期待的，我們未來也許可以看到可觀測宇宙的邊緣，瞭解整個宇宙的形狀，或者我們可以觀測到黑洞的內部，而不只是研究視界外的吸積盤結構。

未來可期，從科學到科幻，需要全人類的共同努力。