ALMA: радиоинтерферометр в Чили¶

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решётка) — астрономический инструмент, представляющий собой радиоинтерферометр, расположенный в высокогорной пустыне Атакама на севере Чили. Объект является крупнейшим в мире действующим наземным астрономическим комплексом, работающим в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых длин волн (от 0,32 до 3,6 мм). ALMA используется для изучения холодных объектов Вселенной: межзвёздных облаков, областей звездообразования, протопланетных дисков, а также далёких галактик.

¶История и организация

Проект ALMA был инициирован в конце 1990-х годов как объединение трёх крупных астрономических программ: американской MMA (Millimeter Array), европейской LSA (Large Southern Array) и японской LMSA (Large Millimeter and Submillimeter Array). В 2003 году было подписано соглашение о создании единого комплекса. Официальное открытие строительства состоялось в 2004 году, а первые научные наблюдения начались в 2011 году. Полностью комплекс был введён в строй в марте 2013 года.

Управление обсерваторией осуществляет международная организация ALMA Observatory, объединяющая партнёров: Европейскую южную обсерваторию (ESO), Национальный научный фонд США (NSF) через Национальную радиоастрономическую обсерваторию (NRAO) и Национальные астрономические обсерватории Японии (NAOJ). От имени NSF и NRAO в проекте участвует канадская организация NRC, а также на ранних этапах — Тайвань.

¶Расположение и инфраструктура

Комплекс размещён на плато Чаджнантор (Chajnantor) на высоте около 5050 метров над уровнем моря. Выбор места обусловлен уникальными климатическими условиями: высокогорье обеспечивает крайне низкое содержание водяного пара в атмосфере, который поглощает миллиметровое и субмиллиметровое излучение. Сухость воздуха (менее 1 мм осаждаемой воды) критична для наблюдений в коротковолновой части диапазона.

Инфраструктура включает:

• Основную площадку антенн на плато Чаджнантор;
• Операционный центр (OSF) в посёлке Сан-Педро-де-Атакама на высоте 2900 метров, где расположены административные здания, лаборатории и жилые помещения для персонала;
• Дорогу, соединяющую операционный центр с плато, протяжённостью около 28 километров.

¶Устройство и технические характеристики

ALMA представляет собой интерферометр, состоящий из 66 высокоточных антенн. Антенны бывают трёх типов: 54 антенны диаметром 12 метров (производства США, Европы и Японии) и 12 антенн диаметром 7 метров, образующих так называемую моральную решётку (ACA, Atacama Compact Array). Компактная решётка предназначена для измерения протяжённых объектов, которые не могут быть разрешены основной конфигурацией.

Антенны могут перемещаться по плато с помощью специальных транспортировщиков — 28-колёсных машин, перевозящих их между фиксированными позициями. Максимальная база (расстояние между крайними антеннами) достигает 16 километров, что обеспечивает угловое разрешение до 0,01 угловой секунды — в десять раз лучше, чем у космического телескопа «Хаббл».

Каждая антенна оснащена приёмниками, работающими в десяти частотных диапазонах (от 31 до 950 ГГц). Приёмники охлаждаются до температуры 4 К (−269 °C) для снижения собственных шумов. Данные со всех антенн сводятся в суперкомпьютере-корреляторе, который выполняет обработку сигналов в реальном времени. Производительность коррелятора достигает 17 петаопераций в секунду.

¶Научные задачи и достижения

Основные направления исследований ALMA:

• Формирование звёзд и планет: наблюдение протопланетных дисков, обнаружение в них органических молекул и определение структуры щелей, формируемых формирующимися планетами.
• Химия межзвёздной среды: картирование распределения сложных молекул (например, метанола, цианоацетилена) в молекулярных облаках.
• Эволюция галактик: изучение холодного газа в далёких галактиках, наблюдение звёздообразования в ранней Вселенной.
• Солнечная система: измерение состава атмосфер планет-гигантов, изучение комет и малых тел.

Среди значимых результатов ALMA — первое прямое изображение протопланетного диска с щелями (система HL Тельца, 2014 год), обнаружение фосфина в атмосфере Венеры (2020 год, позднее поставлено под сомнение), а также наблюдение гравитационного линзирования и молекулярного состава галактик на красном смещении z > 5.

¶Режим работы и доступность

Наблюдения на ALMA проводятся в режиме открытого доступа: астрономы со всего мира подают заявки на время, которые оцениваются научным комитетом. Около 10–15 % наблюдательного времени ежегодно выделяется на крупные программы обзоров. Данные после обработки становятся общедоступными через архив ALMA спустя один год после наблюдений.

Инструмент продолжает модернизироваться: планируется расширение частотных диапазонов, увеличение чувствительности приёмников и повышение эффективности коррелятора. ALMA остаётся ключевым инструментом мировой радиоастрономии, дополняя возможности таких комплексов, как VLA (США), MeerKAT (ЮАР) и будущего SKA (Австралия/ЮАР).