Atacama Large Millimeter Array

Atacama Large Millimeter Array
Radioteleskopy ALMA v kompaktním uspořádání
Radioteleskopy ALMA v kompaktním uspořádání
OrganizaceEvropská jižní observatoř
Národní vědecká nadace
Národní ústav pro jadernou fúzi
MístoRegion Antofagasta a Atacama
StátChile
Souřadnice23°1′9,41″ j. š., 67°45′11,45″ z. d.
Nadmořská výška5 058,7 m n. m.
Webová stránkahttp://www.almaobservatory.org/
Teleskopyradioteleskop
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Atakamská velká milimetrová anténní soustava (anglicky Atacama Large Millimeter Array, někdy také přesněji Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array, zkratkou ALMA) je soustava 66 radioteleskopů vystavěných na plošině Chajnantor v severním Chile ve výšce 5040 m n. m. Je určena k výzkumu jak nejvzdálenějšího vesmíru, tak i našeho Slunce.[1]

Jde o největší astronomický přístroj začátku 21. století, který vznikl partnerstvím Evropy (Evropská jižní observatoř – ESO), Severní Ameriky (National Radio Astronomy Observatory – NRAO) a východní Asie (především Japonsko: National Astronomical Observatory of Japan – NAOJ) ve spolupráci s Chile. V principu se jedná o interferometr sestávající ze 66 radioteleskopů o průměru 12 a 7 metrů schopných pozorovat vesmír na milimetrových a submilimetrových vlnových délkách. S rozpočtem 1,5 miliardy amerických dolarů jde o nejambicióznější pozemský astronomický přístroj 10. let 21. století.[2] ALMA začala provádět vědecká pozorování v druhé polovině roku 2011 a slavnostně byl provoz spuštěn 13. března 2013.[3]

ALMA je hlavní součástí Observatoře Chajnantor. Další je APEX (Atacama Pathfinder Experiment), samostatně pracující radioteleskop o stejném průměru, a Atacama Cosmology Telescope (ACT) sloužící k sledování reliktního záření.

Charakteristika

(c) ESO/Pascal Martinez, CC BY 4.0
Otto – transportér antén ALMA

ALMA sestává ze 66 radioteleskopů citlivých na vlnových délkách od 0,3 do 9,6 mm.[4] V březnu 2013 při slavnostním uvedení celého zařízení do provozu bylo dokončeno 56 antén.

Antény se mohou pohybovat po písečné planině do vzdáleností od 150 m do 16 km,[3] což umožňuje soustavě ALMA zaměřovat různé zdroje radiového záření ve vesmíru, podobně jako to dělá VLA v Novém Mexiku v USA. Vysoká citlivost přístroje je dána především velkým počtem antén zapojených do soustavy.

ALMA s celkovou plochou antén 6 500 m² není největší soustavou radioteleskopů – překonává ji např. zmíněná severoamerická VLA nebo jihoafrický MeerKAT. Je však absolutně největším přístrojem schopným pozorovat vesmír v milimetrových a především submilimetrových vlnových délkách. Dříve pro tuto vlnovou oblast existovalo jen několik spíše menších antén: radioteleskop James Clerk Maxwell Telescope nebo síť radioteleskopů Submillimeter Array a IRAM či interferometrů (Plateau de Bure). ALMA je v této oblasti první přístroj s takto velkým množstvím antén a velikostí.

(c) ALMA, CC BY 4.0
Superpočítač (korelátor) v centru

Rozlišení interferometru ALMA je až desetkrát vyšší než u Hubbleova kosmického dalekohledu. Kvůli dosažení co nejlepších výsledků pozorování musí být celý systém synchronizován s přesností 10−12 sekundy a tvar antén, které odrážejí sledovaný signál, se nesmí od ideálního parabolického tvaru lišit o více než 20 mikrometrů.[4] Ještě větší přesnost (jednotky mikrometrů) je pak požadována pro znalost vzájemné polohy dvojice antén, jejichž signály se porovnávají. Ta se však přímo neměří, ale zjišťuje se kalibrací z pozorování nějakého známého objektu.[5]

Princip činnosti

ALMA pracuje jinak než podobné radioteleskopy. Ve svém řídícím centru má superpočítač (korelátor), který „sčítá“ a porovnává signály z jednotlivých antén a vytvoří tak přesný obraz zkoumané oblasti.[4] Při měření se využívají signály ze dvou radioteleskopů, které se pomocí korelátoru vzájemně porovnávají. Přidání dalších dvojic radioteleskopů pak zlepšuje především prostorové rozlišení.[5]

Obvykle se nepoužívá všech 66 antén dohromady, ale samostatný program mají malé antény a samostatný větší. Často také několik větších antén působí ještě zvlášť jako jeden velký radioteleskop.

Výroba radioteleskopů

Radioteleskopy byly sestavovány v Evropě, Severní Americe a východní Asii. Amerika a Evropa vyrobily po 25 radioteleskopech o průměru 12 metrů, které tvoří základní síť radioteleskopů. Ve východní Asii vzniklo 16 antén (4 o průměru 12 metrů a 12 o průměru 7 metrů), pomocí nichž se vytváří rozšířená verze soustavy antén ALMA.

Vědecké objevy

Protoplanetární disk kolem hvězdy TW Hydrae objevený radioteleskopy ALMA

ALMA umožňuje pohled do chladných oblastí vesmíru. Očekává se, že vědcům poskytne informace o vzniku hvězd v raném vesmíru a že zobrazí velké detaily hvězd a planet ve fázi jejich vzniku.[4]

První vědecké objevy poskytla ALMA už v době, kdy byla ještě ve výstavbě. V měřeních konaných v letech 2011–2012 byla poprvé pozorována tzv. prachová past – místo, kde se shlukují částice prachoplynného disku.[6] K pozorování bylo použito tzv. 9. pásmo (ALMA Band 9), což je rozsah vlnových délek v rozmezí 0,4 až 0,5 milimetru. V tomto módu má teleskop nejvyšší rozlišení.

V roce 2016 byly zveřejněny výsledky pozorování objektu Létající talíř v souhvězdí Hadonoše. Radioteleskop ALMA ve spolupráci s 30metrovým radioteleskopem IRAM ve Španělsku vůbec poprvé změřil teplotu velkých prachových částic ve vnější oblasti protoplanetárního disku kolem mladé hvězdy.[7] Naměřená hodnota -266 °C (tj. 7 K) je o 15–20 stupňů nižší, než se očekávalo, což podle autorů projektu naznačuje, že bude třeba upravit současné představy o těchto discích.

Evropská centra

Hlavní evropské centrum ALMA (tzv. ALMA Regional Center, ARC) je umístěno v sídle ESO v německém Garchingu u Mnichova. Další regionální centra pak existují v USA a v Japonsku.

Spolu s evropským centrem existuje v Evropě i síť menších „národních“ center: Bonn-Bochum-Cologne (Německo), IRAM (Francie, Německo, Španělsko), Bologna (Itálie), Leiden (Nizozemsko), Ondřejov (střední a východní Evropa), Onsala (Dánsko, Švédsko, Finsko) a Manchester (Velká Británie), která vzájemně úzce spolupracují. Oficiálně se označují jako uzly (anglicky node) a každé z nich se specializuje na určitou vědeckou problematiku.

České centrum

Dosavadní evropská síť regionálních center se rozhodnutím ESO v roce 2009 rozšířila o české středisko, které vzniklo v Astronomickém ústavu AV ČR v Ondřejově. Na jeho fungování se podílí také Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Univerzita Karlova v Praze a Masarykova univerzita v Brně.[2]

Podobně jako ostatní centra evropské sítě ARC má i to české svou specializaci – zaměřuje na především na sluneční fyziku. Ve vlastní vědecké činnosti se pracovníci centra zabývají z pohledu milimetrové astronomie zejména následujícími tématy: struktura sluneční chromosféry a tzv. přechodové oblasti na Slunci, vznik slunečních protuberancí a filamentů a studium sluneční konvekce (jako společný projekt ALMA s 1,5m slunečním dalekohledem GREGOR budovaným na Kanárských ostrovech, na kterém se Astronomický ústav AV ČR rovněž podílí).

Centrum v Ondřejově se začalo připravovat hned po vstupu České republiky do ESO. V Česku byla již dříve tradice v zkoumání Slunce, které se zde pozorovalo na centimetrových a decimetrových vlnách, ale po přistoupení k ESO se naskytla možnost jej sledovat pomocí radioteleskopů ALMA i na kratších vlnových délkách.

Dalším zaměřením českého centra je molekulární spektroskopie s vysokým rozlišením, extra-galaktická a relativistická astrofyzika. Centrum poskytuje podporu při interpretaci molekulárních spektrálních čar z chladných temných oblaků a difúzního mezihvězdného prostředí, podporuje projekty studující tvorbu hvězd v blízkých i vzdálených galaxiích či studující centrální oblasti galaxií.[2]

Základním posláním ondřejovského ALMA centra v rámci sítě ARC je poskytování uživatelské podpory pozorovatelům z regionu střední a východní Evropy, zejména z Polska, Slovenska a Maďarska, které ještě nejsou členy ESO.[2] Hlavním obsahem této podpory je pomoc při přípravě projektu, po skončení měření pak dodání výsledků ve formě hodnot a grafů (prvotním výstupem radioteleskopů ALMA je porovnání hodnot napětí).[8] Součástí českého centra měla být i laboratoř vysoce rozlišené milimetrové a submilimetrové spektroskopie, poskytující laboratorní podklady pro interpretaci mezihvězdných spektrálních čar.

V rámci výzkumu Slunce pak české centrum poskytuje podporu všem astronomům z Evropy a Chile.[8]

Historie

Vlastní stavba soustavy radioteleskopů začala v roce 2004, ale dlouho před tím začaly hlavní světové astronomické organizace připravovat velké soustavy radioteleskopů pracujících na milimetrových vlnách[9] (do té doby bylo pro tuto oblast k dispozici jen několik malých zařízení – všechny velké soustavy jako severoamerická Very Large Array pracují na centimetrových a delších vlnách). National Radio Astronomy Observatory (NRAO) v USA plánovala projekt Millimeter Array (MMA), který měl sestávat z 40 antén o průměru 8 m. Evropská jižní observatoř (ESO) navrhovala Large Southern Array (LSA) – 50 větších 16m radioteleskopů. Japonská National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) začala s projektem Large Millimeter/Submillimeter Array (LMSA), který měl zahrnovat podobný počet 10metrových antén, které by však byly schopny přijímat i submilimetrové vlny.

Brzy však bylo zřejmé, že výstavba podobného zařízení není ve finančních ani dalších možnostech jedné organizace.[9] Proto se tyto tři instituce rozhodly spojit a začaly hledat na Havajských ostrovech, v Novém Mexiku (USA), ve Francii a v severní Africe vhodné místo k postavení této observatoře. V roce 1995 byly zkoumány i vysokohorské plošiny v severním Chile, které se ukázaly jako nejvýhodnější.

V roce 1999 podepsaly americká a evropská strana Memorandum o porozumění, ke kterému o dva roky později přistoupila i japonská organizace.

Časový harmonogram

První dvě antény v listopadu 2009
Detekce methylisokyanátu v roce 2017
  • 1995 – průzkum pozorovacích podmínek v Chile
  • 1998 – začátek první fáze, návrhy projektu
  • 1999 – podpis dohody o spolupráci mezi evropskou a severoamerickou stranou
  • 2002 – podpis dohody mezi ESO a chilskou vládou[10]
  • 2003 – slavnostní položení základního kamene observatoře,[9] testování prvního prototypu antény
  • 2004 – otevření střediska ALMA v Santiagu de Chile
  • 2005 – začátek zemních prací v místě anténního systému
  • 2006 – podpis dohody s Japonskem
  • 2007 – doprava první antény do Chile
  • 2011 – fáze prvních vědeckých experimentů s 12 anténami (30. září)[3]
  • 2013 – slavnostní uvedení do provozu (13. března)[3]
  • 2014 – zahájení druhé úvodní fáze, tentokrát již s většinou antén
  • 2016 – do antén instalovány přijímače schopné zachytit záření na vlnových délkách 1,4 až 1,8 mm[11]
  • 2017 – první pozorování Slunce[12]
  • 2017 – ALMA se zapojila do mezinárodního projektu pokoušejícího se zobrazit horizont událostí supermasivní černé díry[13]
  • 2017 – radioteleskopy identifikovaly – poprvé u protohvězd slunečního typu – sloučeninu methylisokyanát, která je považována za jeden z prekurzorů života ve vesmíru[14]
  • 2018 – ALMA poprvé objevila protoplanety; použila k tomu metodu hledání turbulentního pohybu oxidu uhelnatého v prachoplynném disku kolem mladé hvězdy[15]
  • 2018 – v infračerveném světle byla objevena nejsvítivější galaxie ve vesmíru: W2246-0526[16]
  • 2020 – u první mezihvězdné komety 2I/Borisov byl objeven neobvykle velký obsah oxidu uhelnatého v unikajících plynech[17]
  • 2021 – byl objeven první disk hmoty kolem exoplanety, konkrétně planety PDS 70c obíhající hvězdu PDS 70 v souhvězdí Kentaura[18]
  • 2022 – 29. října se ALMA stala terčem kybernetického útoku, který zasáhl i kritické provozní servery. Provoz se podařilo obnovit po 48 dnech.[19]
  • 2023 – na jednotlivé antény začaly být instalovány přijímače pro tzv pásmo 2 (frekvence od 67 až 84 GHz), které je důležité pro měření chladného mezihvězdného prostředí, směsi prachu a molekulárního plynu, které podporuje vznik hvězd[20]
  • 2024 – v blízké galaxii NGC 253 v souhvězdí Sochaře detekovala ALMA přes 100 druhů molekul – více než bylo do té doby celkem pozorováno v jiných galaxiích mimo Mléčnou dráhu[21]
Radioteleskopy v noci

Odkazy

Reference

  1. ↑ V chilské poušti se za české účasti otevře největší kosmická observatoř světa [online]. Český rozhlas, 2013-03-13 [cit. 2013-03-14]. Dostupné online. 
  2. ↑ a b c d SOBOTKA, Petr. Přímý přenos z inaugurace dalekohledu ALMA [online]. Česká astronomická společnost, 2013-03-13 [cit. 2013-03-14]. Dostupné online. 
  3. ↑ a b c d Chile otevřelo největší observatoř světa. Vesmír zachytí lépe než Hubble [online]. iDnes.cz, 2013-03-13 [cit. 2013-03-13]. Dostupné online. 
  4. ↑ a b c d V Chile otevřeli největší astronomickou observatoř světa ALMA [online]. České noviny, ČTK, 2013-03-13 [cit. 2013-03-13]. Kapitola ALMA umožní hledat odpovědi na otázky o počátku vesmíru. Základní informace a zajímavosti o Atakamské velké milimetrové/submilimetrové anténní soustavě (ALMA). Dostupné online. 
  5. ↑ a b SUCHÁNEK, Jindřich. Hlubinami vesmíru s dr. Miroslavem Bártou 1. díl [online]. TV Noe, 2018-04-04 [cit. 2018-10-31]. (Hlubinami vesmíru). Čas 10:00 od začátku pořadu. Dále jen SUCHÁNEK. Dostupné v archivu pořízeném dne 2018-11-01. 
  6. ↑ SRBA, Jiří. ALMA objevila továrnu na komety [online]. Česká astronomická společnost, 2013-06-07 [cit. 2013-06-10]. Dostupné online. 
  7. ↑ Zmrzlý Létající talíř [online]. Hvězdárna Valašské Meziříčí, 2013-02-04 [cit. 2016-02-22]. (ESO 004/16 tisková zpráva). Dostupné online. 
  8. ↑ a b SUCHÁNEK. Čas 6:00 od začátku pořadu
  9. ↑ a b c Origins [online]. ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), rev. 2017 [cit. 2018-04-01]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2018-04-02. (anglicky) 
  10. ↑ MORKÝ, Karel. ALMA [online]. Česká astronomická společnost, 2002-10-26 [cit. 2016-02-22]. Dostupné online. [nedostupný zdroj]
  11. ↑ SRBA, Jiří. První záření pro 5. pásmo ALMA [online]. Česká astronomická společnost, 2016-12-22 [cit. 2016-12-27]. Dostupné online. 
  12. ↑ SRBA, Jiří. ALMA začíná pozorovat Slunce [online]. Česká astronomická společnost, 2017-01-17 [cit. 2017-01-17]. Dostupné online. 
  13. ↑ EHLEROVÁ, Soňa. Pokus o první obrázek černé díry: pokoušení nemožného [online]. Česká astronomická společnost, 2017-04-17 [cit. 2017-05-06]. Dostupné online. 
  14. ↑ ALMA objevila ingredienci života v okolí mladé hvězdy podobné Slunci [online]. Evropská jižní observatoř, 2017-06-08 [cit. 2017-06-08]. Dostupné online. 
  15. ↑ ALMA nalezla trojici vznikajících planet u nově zrozené hvězdy [online]. Evropská jižní observatoř, 2018-06-13 [cit. 2018-06-16]. Dostupné online. 
  16. ↑ MARTINEK, František. ALMA odhalila nejsvítivější známou galaxii ve vesmíru [online]. Česká astronomická společnost, 2018-12-17 [cit. 2018-12-04]. Dostupné online. 
  17. ↑ MARTINEK, František. Mezihvězdná kometa 2I/Borisov má neobvyklé složení [online]. Česká astronomická společnost, 2020-05–04 [cit. 2018-05-09]. Dostupné online. 
  18. ↑ Astronomové poprvé spolehlivě zaznamenali disk hmoty umožňující vznik měsíců kolem extrasolární planety [online]. Evropská jižní observatoř, 2021-07-22 [cit. 2021-09-06]. Dostupné online. 
  19. ↑ ALMA Successfully Restarted Observations [online]. Evropská jižní observatoř, 2022-12-19 [cit. 2023-02-26]. Dostupné online. 
  20. ↑ New ALMA receivers that will probe our cosmic origins successfully tested [online]. Evropská jižní observatoř, 2023-08-14 [cit. 2023-08-16]. Dostupné online. 
  21. ↑ ALMA Detects Over One Hundred Molecular Species in Nearby Starburst Galaxy. www.sci.news [online]. Sci.News, 2024-04-02 [cit. 2024-04-05]. Dostupné online. 

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

Lights glowing on the ALMA correlator.jpg
(c) ALMA, CC BY 4.0
The ALMA correlator, one of the most powerful supercomputers in the world, has now been fully installed and tested at its remote, high altitude site in the Andes of northern Chile. This view shows lights glowing on some of the racks of the correlator in the ALMA Array Operations Site Technical Building. This photograph shows one of four quadrants of the correlator. The full system has four identical quadrants, with over 134 million processors, performing up to 17 quadrillion operations per second.
ALMA detects methyl isocyanate around young Sun-like stars.jpg
Autor: ESO/Digitized Sky Survey 2/L. Calçada, Licence: CC BY 4.0
ALMA has observed stars like the Sun at a very early stage in their formation and found traces of methyl isocyanate — a chemical building block of life. This is the first ever detection of this prebiotic molecule towards a solar-type protostar, the sort from which our Solar System evolved. The discovery could help astronomers understand how life arose on Earth. This image shows the spectacular region of star formation where methyl isocyanate was found. The insert shows the molecular structure of this chemical.
ALMA first fringes at Chajnantor.jpg
Autor: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), A. Quintana/J. Olivares (ALMA), Licence: CC BY 4.0
The first two ALMA antennas linked together as an interferometer on the 5000-metre altitude plateau of Chajnantor. These antennas were used to make the first interferometric measurements of radio signals — so-called “fringes” — of an astronomical source from this site. This is an important technical step for ALMA, as it used a full suite of the production equipment, including two of the 12-metre diameter antennas, and sophisticated electronic systems for receiving and correlating the signals.
ALMA.jpg
Artist's concept of the Atacama Large Millimeter Array (ALMA)
ALMA’s World At Night.jpg
Autor: ESO/B. Tafreshi, Licence: CC BY 4.0
This panoramic view of the Chajnantor plateau, spanning about 180 degrees from north (on the left) to south (on the right) shows the antennas of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ranged across the unearthly landscape. Some familiar celestial objects can be seen in the night sky behind them. These crystal-clear night skies explain why Chile is the home of not only ALMA, but also several other astronomical observatories. This image is just part of an even wider panorama of Chajnantor.

In the foreground, the 12-metre diameter ALMA antennas are in action, working as one giant telescope, during the observatory’s first phase of scientific observations. On the far left, a cluster of smaller 7-metre antennas for ALMA’s compact array can be seen illuminated. The crescent Moon, although not visible in this image, casts stark shadows over all the antennas.

In the sky above the antennas, the most prominent bright “star” — on the left of the image — is in fact the planet Jupiter. The gas giant is the third brightest natural object in the night sky, after the Moon and Venus. The Large and Small Magellanic Clouds can also be clearly seen on the right of the image. The Large Magellanic Cloud looks like a puff of smoke, just above the rightmost antenna. The Small Magellanic Cloud is higher in the sky, towards the upper-right corner. Both “clouds” are in fact dwarf irregular galaxies, orbiting the Milky Way galaxy, at distances of about 160 000 and 200 000 light-years respectively.

On the far left of the image, just left of the foreground antennas, is the elongated smudge of the Andromeda galaxy. This galaxy, more than ten times further away than the Magellanic Clouds, is our closest major neighbouring galaxy. It is also the largest galaxy in the Local Group — the group of about 30 galaxies which includes our own — and contains approximately one trillion stars, more than twice as many as the Milky Way. It is the only major galaxy visible with the naked eye. Even though only its most central region is apparent in this image, the galaxy spans the equivalent of six full Moons in the sky.

This photograph was taken by Babak Tafreshi, the latest ESO Photo Ambassador. Babak is also founder of The World At Night, a programme to create and exhibit a collection of stunning photographs and time-lapse videos of the world’s most beautiful and historic sites against a nighttime backdrop of stars, planets and celestial events.

ALMA is being built on the Chajnantor plateau at an altitude of 5000 metres. The observatory, which started Early Science operations on 30 September 2011, will eventually consist of 66 antennas operating together as a single giant telescope. This international astronomy facility is a partnership of Europe, North America and East Asia in cooperation with the Republic of Chile. ALMA construction and operations are led on behalf of Europe by ESO, on behalf of North America by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), and on behalf of East Asia by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.
TW Hydrae protoplanetary disc 2.jpg
Autor: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Licence: CC BY 4.0
Protoplanetární disk kolem mladé hvězdy podobné Slunci TW Hydrae. Vložený snímek (vpravo nahoře) zachycuje zvětšenou část oblasti mezery nejblíže k hvězdě, která se nachází ve stejné vzdálenosti od hvězdy jako Země od Slunce. To by mohlo znamenat, že v oblasti se z plynu a prachu rodí mladá verze naší rodné planety. Další koncentrické světlé a tmavé prsteny představují oblasti s formujícími se planetami ve větší vzdálenosti od mateřské hvězdy.
Alma antenna in transit.jpg
(c) ESO/Pascal Martinez, CC BY 4.0
The first successful movement of an ALMA antenna took place at the Operations Support Facility (OSF) on 8 July 2008. The antenna transporter "Lore", one of the two units manufactured by Scheuerle under contract by ESO and delivered recently at the OSF, has been used to move one 12-m antenna from their site erection facility to an external antenna pad for sky testing.