Atacama Large Millimeter Array - Atacama Large Millimeter Array

Atacama Large Millimeter Array
ALMA-Antennen auf Chajnantor.jpg
Alternative Namen Atacama Large Millimeter- und Submillimeter-Array Bearbeite dies bei Wikidata
Teil von Event Horizon Telescope
Llano de Chajnantor Observatorium Bearbeiten Sie dies auf Wikidata
Standorte) Atacama-Wüste , Region Antofagasta , Atacama-Wüste , Chile Bearbeite dies bei Wikidata
Koordinaten 23°01′09″S 67°45′12″W / 23.0193°S 67.7532°W / -23.0193; -67.7532 Koordinaten: 23°01′09″S 67°45′12″W / 23.0193°S 67.7532°W / -23.0193; -67.7532 Bearbeite dies bei Wikidata
Organisation European Southern Observatory
National Institutes of Natural Sciences, Japan
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Höhe 5.058,7 m (16.597 Fuß) Bearbeite dies bei Wikidata
Teleskop-Stil Radioteleskop
Radiointerferometer Bearbeiten Sie dies auf Wikidata
Webseite www .almaobservatory .org Bearbeite dies bei Wikidata
Atacama Large Millimeter Array befindet sich in Chile
Atacama Large Millimeter Array
Lage des Atacama Large Millimeter Arrays
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Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ( ALMA ) ist ein astronomisches Interferometer von 66 Radioteleskopen in der Atacama-Wüste im Norden Chiles , die elektromagnetische Strahlung im Millimeter- und Submillimeter- Wellenlängenbereich beobachten . Das Array wurde auf dem 5.000 m (16.000 ft) hohen Chajnantor-Plateau errichtet – in der Nähe des Llano de Chajnantor-Observatoriums und des Atacama Pathfinder Experiments . Dieser Standort wurde aufgrund seiner Höhenlage und der geringen Luftfeuchtigkeit ausgewählt , Faktoren, die entscheidend sind, um das Rauschen zu reduzieren und die Signaldämpfung aufgrund der Erdatmosphäre zu verringern. Es wird erwartet, dass ALMA Einblicke in die Sternentstehung während der frühen Stelliferen-Ära und detaillierte Bilder der lokalen Sternen- und Planetenentstehung liefert .

ALMA ist eine internationale Partnerschaft zwischen Europa , den Vereinigten Staaten , Kanada , Japan , Südkorea , Taiwan und Chile . Mit einem Preis von rund 1,4 Milliarden US-Dollar ist es das teuerste bodengebundene Teleskop, das in Betrieb ist. ALMA begann in der zweiten Jahreshälfte 2011 mit wissenschaftlichen Beobachtungen und die ersten Bilder wurden am 3. Oktober 2011 der Presse zugänglich gemacht. Das Array ist seit März 2013 voll funktionsfähig.

Überblick

Die ersten beiden ALMA-Antennen, die als Interferometer miteinander verbunden sind
Erstmals drei ALMA-Antennen als Interferometer miteinander verbunden
ALMA Prototyp-Antennen auf dem ALMA Teststand
Cerro Chascon bei Sonnenuntergang
Der ALMA- Korrelator
Der Kosmos in Bewegung

Das anfängliche ALMA-Array besteht aus 66 hochpräzisen Antennen und arbeitet bei Wellenlängen von 3,6 bis 0,32 Millimeter (31 bis 1000 GHz). Das Array hat eine viel höhere Empfindlichkeit und eine höhere Auflösung als frühere Submillimeter-Teleskope wie das Single-Dish- James Clerk Maxwell Telescope oder bestehende Interferometernetzwerke wie das Submillimeter Array oder das Institut de Radio Astronomie Millimétrique (IRAM) Plateau de Bure .

Die Antennen können über Entfernungen von 150 m bis 16 km über das Wüstenplateau bewegt werden, was ALMA einen leistungsstarken variablen "Zoom" verleiht, ähnlich dem Konzept, das am Standort des Zentimeterwellenlängen- Very Large Array (VLA) in New verwendet wird Mexiko, Vereinigte Staaten .

Die hohe Empfindlichkeit wird hauptsächlich durch die große Anzahl von Antennenschüsseln erreicht, aus denen das Array besteht.

Die Teleskope wurden von den europäischen, nordamerikanischen und ostasiatischen Partnern von ALMA bereitgestellt. Die amerikanischen und europäischen Partner stellten jeweils fünfundzwanzig Antennen mit einem Durchmesser von 12 Metern zur Verfügung, die das Hauptarray bilden. Die teilnehmenden ostasiatischen Länder tragen 16 Antennen (vier 12-Meter- und zwölf 7-Meter-Durchmesser) in Form des Atacama Compact Array (ACA) bei, das Teil der erweiterten ALMA ist.

Durch die Verwendung kleinerer Antennen als das Haupt-ALMA-Array können mit ACA größere Sichtfelder bei einer gegebenen Frequenz abgebildet werden. Eine nähere Anordnung der Antennen ermöglicht die Abbildung von Quellen mit größerer Winkelausdehnung. Der ACA arbeitet mit dem Hauptarray zusammen, um dessen Weitfeld-Bildgebungsfähigkeit zu verbessern.

Geschichte

Am 4. März 2011 werden am Chajnantor zehn Antennen installiert.

ALMA hat seine konzeptionellen Wurzeln in drei astronomischen Projekten – dem Millimeter Array (MMA) der Vereinigten Staaten, dem Large Southern Array (LSA) von Europa und dem Large Millimeter Array (LMA) von Japan.

Der erste Schritt zur Schaffung von ALMA erfolgte 1997, als das National Radio Astronomy Observatory (NRAO) und die European Southern Observatory (ESO) ein gemeinsames Projekt zur Fusion von MMA und LSA beschlossen. Das fusionierte Array kombinierte die Sensitivität des LSA mit der Frequenzabdeckung und dem überlegenen Ort des MMA. ESO und NRAO arbeiteten in technischen, wissenschaftlichen und Managementgruppen zusammen, um ein gemeinsames Projekt zwischen den beiden Observatorien unter Beteiligung von Kanada und Spanien (letzteres wurde später Mitglied der ESO) zu definieren und zu organisieren.

Eine Reihe von Beschlüssen und Vereinbarungen führten im März 1999 zur Wahl von "Atacama Large Millimeter Array" oder ALMA als Name des neuen Arrays und zur Unterzeichnung des ALMA-Abkommens am 25. Februar 2003 zwischen den nordamerikanischen und europäischen Parteien . ("Alma" bedeutet "Seele" auf Spanisch und "gelernt" oder "wissend" auf Arabisch.) Nach mehrjährigen gegenseitigen Diskussionen erhielt das ALMA-Projekt einen Vorschlag vom National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), wonach Japan die ACA (Atacama Compact Array) und drei zusätzliche Empfängerbänder für das große Array, um Enhanced ALMA zu bilden. Weitere Gespräche zwischen ALMA und NAOJ führten zur Unterzeichnung einer hochrangigen Vereinbarung am 14. September 2004, die Japan zu einem offiziellen Teilnehmer an Enhanced ALMA, bekannt als Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, macht. Am 6. November 2003 fand der Spatenstich statt und das ALMA-Logo wurde enthüllt.

In einer frühen Phase der Planung von ALMA wurde entschieden, ALMA-Antennen zu verwenden, die von bekannten Unternehmen in Nordamerika, Europa und Japan entwickelt und gebaut wurden, anstatt ein einziges Design zu verwenden. Dies hatte vor allem politische Gründe. Obwohl von den Anbietern sehr unterschiedliche Ansätze gewählt wurden, scheint jedes der Antennendesigns in der Lage zu sein, die strengen Anforderungen von ALMA zu erfüllen. Die europaweit konstruierten und gefertigten Komponenten wurden von dem auf Luft- und Raumfahrt spezialisierten Logistikunternehmen Route To Space Alliance transportiert, insgesamt 26, die nach Antwerpen zum Weitertransport nach Chile geliefert wurden.

Finanzierung

ALMA war ursprünglich eine 50-50-Kollaboration zwischen dem National Radio Astronomy Observatory und der European Southern Observatory (ESO) und wurde später mit Hilfe anderer japanischer, taiwanesischer und chilenischer Partner erweitert. ALMA ist das größte und teuerste bodengestützte astronomische Projekt mit Kosten zwischen 1,4 und 1,5 Milliarden US-Dollar. (Allerdings haben verschiedene Weltraumastronomieprojekte, darunter das Hubble-Weltraumteleskop , das JWST und mehrere große Planetensonden, erheblich mehr gekostet).

Partner

Montage

Fertige Antenne.

Der Komplex wurde hauptsächlich von europäischen, US-amerikanischen, japanischen und kanadischen Unternehmen und Universitäten gebaut . Drei Prototypen von Antennen wurden seit 2002 am Very Large Array evaluiert .

General Dynamics C4 Systems und seine Abteilung SATCOM Technologies wurden von Associated Universities, Inc. mit der Lieferung von fünfundzwanzig der 12-m-Antennen beauftragt, während der europäische Hersteller Thales Alenia Space die anderen fünfundzwanzig Hauptantennen lieferte (im größten europäischen Industrieunternehmen aller Zeiten). Vertrag in der bodengebundenen Astronomie). Mitsubishi Electric aus Japan wurde mit der Montage der 16 Antennen von NAOJ beauftragt. Die Antennen wurden von Dezember 2008 bis September 2013 an den Standort geliefert.

Antennen transportieren

Transporter.

Der Transport der 115-  Tonnen- Antennen von der Operations Support Facility in 2900 m Höhe zum Standort in 5000 m Höhe oder das Bewegen von Antennen um den Standort herum, um die Array-Größe zu ändern, stellt enorme Herausforderungen dar; wie in der Fernsehdokumentation Monster Moves: Mountain Mission dargestellt . Die gewählte Lösung besteht darin, zwei maßgefertigte selbstladende schwere Dumper mit 28 Rädern zu verwenden . Die Fahrzeuge wurden von der Scheuerle Fahrzeugfabrik  [ de ] in Deutschland hergestellt und sind 10 m breit, 20 m lang und 6 m hoch und wiegen 130 Tonnen. Sie werden von Twin angetrieben Turbolader 500 kW Dieselmotoren .

Die Transporter, die über einen Fahrersitz verfügen, der eine Sauerstoffflasche aufnehmen kann , um die dünne Höhenluft zu atmen, platzieren die Antennen präzise auf den Pads. Das erste Fahrzeug wurde im Juli 2007 fertiggestellt und getestet. Beide Transporter wurden am 15. Februar 2008 an die ALMA Operations Support Facility (OSF) in Chile geliefert.

Am 7. Juli 2008 bewegte ein ALMA-Transporter erstmals eine Antenne aus dem Inneren des Antennenmontagegebäudes (Site Erection Facility) zu einem Pad außerhalb des Gebäudes zum Testen (holografische Oberflächenmessungen).

ALMA Transporter bekannt als Otto.

Im Herbst 2009 wurden die ersten drei Antennen nacheinander zum Array Operations Site transportiert. Ende 2009 hat ein Team von ALMA-Astronomen und -Ingenieuren erfolgreich drei Antennen an der 5.000 Meter (16.000 ft) hohen Beobachtungsstelle verbunden und damit die erste Phase der Montage und Integration des noch jungen Arrays abgeschlossen. Die Verknüpfung von drei Antennen ermöglicht die Korrektur von Fehlern, die bei Verwendung von nur zwei Antennen auftreten können, und ebnet so den Weg für eine präzise, ​​hochauflösende Bildgebung. Mit diesem wichtigen Schritt begann die Inbetriebnahme des Gerätes am 22. Januar 2010.

Am 28. Juli 2011 traf die erste europäische Antenne für ALMA auf dem Chajnantor-Plateau, 5.000 Meter über dem Meeresspiegel, ein, um sich den 15 bereits vorhandenen Antennen der anderen internationalen Partner anzuschließen. Dies war die Anzahl der Antennen, die ALMA für die ersten wissenschaftlichen Beobachtungen spezifiziert hatte, und war daher ein wichtiger Meilenstein für das Projekt. Im Oktober 2012 waren 43 der 66 Antennen aufgestellt.

Wissenschaftliche Ergebnisse

Bilder vom ersten Test

Antennen-Galaxien- Komposit aus ALMA- und Hubble- Beobachtungen
HL Tauri protoplanetare Scheibe.

Bis zum Sommer 2011 waren während des umfangreichen Testprogramms vor der Early Science-Phase ausreichend Teleskope in Betrieb, um die ersten Bilder aufzunehmen. Diese frühen Bilder geben einen ersten Einblick in das Potenzial des neuen Arrays, das in Zukunft mit zunehmender Größe des Arrays Bilder mit viel besserer Qualität produzieren wird.

Das Ziel der Beobachtung war ein Paar kollidierender Galaxien mit dramatisch verzerrten Formen, die als Antennengalaxien bekannt sind . Obwohl ALMA nicht die gesamte Galaxienverschmelzung beobachtet hat, ist das Ergebnis das beste Submillimeterwellenlängen-Bild, das jemals von den Antennengalaxien gemacht wurde und die Wolken aus dichtem kaltem Gas zeigt, aus denen sich neue Sterne bilden, die mit sichtbarem Licht nicht sichtbar sind.

Kometenstudien

Am 11. August 2014 veröffentlichten Astronomen Studien, die erstmals das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) verwendeten, die die Verteilung von HCN , HNC , H 2 CO und Staub in den Kometen der Kometen C/2012 F6 ( Zitrone) und C/2012 S1 (ISON) .

Planetenbildung

Ein Bild der protoplanetaren Scheibe, die HL Tauri (ein sehr junger T-Tauri-Stern im Sternbild Stier ) umgibt, wurde 2014 veröffentlicht und zeigt eine Reihe von konzentrischen hellen Ringen, die durch Lücken getrennt sind, was auf die Bildung von Protoplaneten hinweist. Ab 2014 erwarteten die meisten Theorien keine Planetenentstehung in einem so jungen (100.000-1.000.000 Jahre alten) System, so dass die neuen Daten neue Theorien zur protoplanetaren Entwicklung anregten. Eine Theorie besagt, dass die schnellere Akkretionsrate auf das komplexe Magnetfeld der protoplanetaren Scheibe zurückzuführen sein könnte.

Event Horizon Teleskop

ALMA nahm am Projekt Event Horizon Telescope teil, das 2019 das erste direkte Bild eines Schwarzen Lochs produzierte.

Phosphin in der Atmosphäre der Venus

ALMA beteiligte sich am Nachweis von Phosphin , einem Biomarker, in der Atmosphäre der Venus. Da keine bekannte nicht-biologische Phosphinquelle auf der Venus Phosphin in den nachgewiesenen Konzentrationen produzieren konnte, deutete dies auf das Vorhandensein biologischer Organismen in der Atmosphäre der Venus hin. Diese Theorie wurde jedoch inzwischen widerlegt, und eine neue Studie zeigt, dass es in der Atmosphäre der Venus kein Phosphin gibt.

Globale Zusammenarbeit

Das zukünftige ALMA-Array auf Chajnantor (Rendering des Künstlers)

Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), eine internationale Astronomieeinrichtung, ist eine Partnerschaft zwischen Europa, Nordamerika und Ostasien in Zusammenarbeit mit der Republik Chile. ALMA wird in Europa von der European Southern Observatory (ESO), in Nordamerika von der US National Science Foundation (NSF) in Zusammenarbeit mit dem National Research Council of Canada (NRC) und dem National Science Council of Taiwan (NSC) und in Ostasien des National Institutes of Natural Sciences of Japan (NINS) in Kooperation mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan. Bau und Betrieb von ALMA werden im Auftrag Europas von der ESO, im Auftrag Nordamerikas vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das von Associated Universities, Inc (AUI) verwaltet wird, und im Auftrag Ostasiens vom National Astronomical Observatory geleitet von Japan (NAOJ). Das Joint ALMA Observatory (JAO) sorgt für die einheitliche Leitung und Verwaltung des Baus, der Inbetriebnahme und des Betriebs von ALMA. Ihr aktueller Direktor ist seit Februar 2018 Sean Dougherty .

ALMA-Regionalzentrum (ARC)

Das ALMA Regional Center (ARC) wurde als Schnittstelle zwischen den Nutzergemeinschaften der wichtigsten Mitwirkenden des ALMA-Projekts und der JAO konzipiert. Aktiviert für den Betrieb des ARC haben sich ebenfalls in die drei beteiligten Hauptregionen (Europa, Nordamerika und Ostasien) aufgeteilt. Das European ARC (unter der Leitung der ESO ) wurde weiter in ARC-Knoten in ganz Europa in Bonn-Bochum-Köln, Bologna, Ondřejov, Onsala , IRAM (Grenoble), Leiden und JBCA (Manchester) unterteilt.

Der Hauptzweck des ARC besteht darin, die Benutzergemeinschaft bei der Vorbereitung von Beobachtungsvorschlägen zu unterstützen, sicherzustellen, dass Beobachtungsprogramme ihre wissenschaftlichen Ziele effizient erreichen, einen Helpdesk für die Einreichung von Vorschlägen und Beobachtungsprogrammen zu betreiben, die Daten an die Hauptforscher zu liefern, die ALMA-Datenarchiv, Unterstützung bei der Kalibrierung von Daten und Bereitstellung von Benutzerfeedback.

Projektdetail

Eine sternenklare Nacht am Standort ALMA.
2012 ALMA Video-Compilation veröffentlicht

Atacama Compact Array

Das kompakte Atacama-Array

Das Atacama Compact Array, ACA, ist eine Untergruppe von 16 eng beieinander liegenden Antennen, die ALMAs Fähigkeit zur Untersuchung von Himmelsobjekten mit großem Winkel, wie etwa Molekülwolken und nahegelegenen Galaxien, erheblich verbessern wird. Die Antennen des Atacama Compact Array, vier 12-Meter-Antennen und zwölf 7-Meter-Antennen, wurden von Japan produziert und geliefert. Im Jahr 2013 wurde das Atacama Compact Array nach Professor Koh-ichiro Morita, einem Mitglied des japanischen ALMA-Teams und Designer des ACA, der am 7. Mai 2012 in Santiago starb, Morita Array genannt.

Arbeitsniederlegung

Im August 2013 traten die Arbeiter des Teleskops in den Streik, um bessere Löhne und Arbeitsbedingungen zu fordern. Dies ist einer der ersten Schläge, die ein astronomisches Observatorium betreffen. Die Arbeitsniederlegung begann, nachdem die Beobachtungsstelle keine Einigung mit der Arbeitergewerkschaft erzielt hatte. Nach 17 Tagen wurde eine Vereinbarung getroffen, die kürzere Arbeitszeiten und eine höhere Bezahlung für Arbeiten in großer Höhe vorsah.

Im März 2020 wurde ALMA aufgrund der COVID-19-Pandemie geschlossen . Außerdem wurde die Frist für die Einreichung von Vorschlägen für Zyklus 8 verschoben und öffentliche Besuche der Stätte ausgesetzt.

Projekt Zeitleiste

Die letzte ALMA-Antenne.
Zeitleiste
Datum Aktivität
1995 Gemeinsame Standorttests von ESO/NRAO/NAOJ mit Chile.
Mai 1998 Beginn der Phase 1 (Design & Entwicklung).
Juni 1999 Europäische/US-amerikanische Absichtserklärung für Design & Entwicklung.
Februar 2003 Endgültige europäisch-nordamerikanische Vereinbarung mit 50 % der Finanzierung durch die ESO und 50 % der Finanzierung zwischen den USA und Kanada.
April 2003 Der Test des ersten Antennenprototyps beginnt am Standort ALMA Test Facility (ATF) in Socorro, New Mexico.
November 2003 Spatenstich am ALMA-Standort.
September 2004 Europäischer, nordamerikanischer und japanischer Vertragsentwurf, wobei Japan neue Erweiterungen für ALMA bereitstellt.
Oktober 2004 Eröffnung des gemeinsamen ALMA-Büros, Santiago, Chile.
September 2005 Taiwan tritt dem ALMA-Projekt über Japan bei.
Juli 2006 Europäische, nordamerikanische und japanische Änderungsvereinbarung über die erweiterte ALMA.
April 2007 Ankunft der ersten Antenne in Chile.
Februar 2008 Ankunft der beiden ALMA-Transporter in Chile.
Juli 2008 Erste Antennenbewegung mit einem Transporter.
Dezember 2008 Abnahme der ersten ALMA-Antenne.
Mai 2009 Erste Interferometrie mit zwei Antennen an der Operations Support Facility (OSF).
September 2009 Erster Umzug einer ALMA-Antenne zum Chajnantor.
November 2009 Phasenschluss mit drei Antennen am Chajnantor.
2010 Aufruf zur Einreichung von Vorschlägen für Frühforschung mit geteiltem Risiko.
September 2011 Start des Early Science Cycle 0. Sechzehn 12-m-Antennen im 12-m-Array.
Februar 2012 Erstes Paper mit ALMA-Daten veröffentlicht
Januar 2013 Beginn des frühen Wissenschaftszyklus 1. 32 12-m-Antennen im 12-m-Array.
13. März 2013 ALMA-Einweihung.
23. September 2013 66. und letzte Antenne angekommen und angenommen.
Juni 2014 Beginn des frühen Wissenschaftszyklus 2. 34 12-m-Antennen im 12-m-Array, neun 7-m-Antennen im 7-m-Array und zwei 12-m-Antennen im TP-Array.
Juni 2018 ALMA 1000. veröffentlichtes Papier
März 2020 ALMA wurde aufgrund der COVID-19- Krise geschlossen

Videos und Galerie

Siehe auch

Verweise

Externe Links