遇見科學

ALMA是什麼？一般人對這個名詞可能很陌生，但對天文學家而言，它卻是未來的「明日之星」。ALMA全名是Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array，中文為「阿塔卡瑪大型毫米波及次毫米波陣列」，由北美、歐洲及東亞多國共同合作，是全球目前規模最大、耗資最巨的地面天文望遠鏡計畫。台灣則是透過與ALMA-日本、ALMA-北美兩個分區團隊的合作，加入這個計畫。經過這幾年來的經營，台灣團隊在毫米與次毫米波天文學領域累積了豐沛的能量，也獲得了國際的肯定。

ALMA地面望遠鏡陣列之所以發展，是因為相較於哈伯這類太空望遠鏡的花費要少得多，同時地面望遠鏡還可以隨時維修保養。然而地面觀測會受到大氣層吸收電磁波的干擾，影響吸收干擾程度的因素很多，除了和電磁波本身頻率有關外，和觀測地點空氣的溫度、密度、成分，氣流、水氣、光害等也都有關，唯有成功穿透大氣的電磁波才能被望遠鏡觀測到。基於以上因素及觀測地點交通和地形等種種考量，智利北部海拔五千公尺的阿塔卡瑪沙漠被各國天文研究單位公認是最適合觀測的地點。

現任中研院天文所副研究員，同時也是ALMA國際天文計畫會員國派駐智利觀測站天文學家的松下樹（Satoki Matsushita）表示，當自己還在念博士時，就已注意到ALMA，雖然當時計畫還未成型，陣列概念也才剛出來，他和論文指導教授就已開始為日本大型毫米次毫米波計畫進行場地測試任務。除針對毫米到次毫米範圍的電磁波製作儀器，測量這個波長範圍電磁波穿透大氣的能力外。他們還將其他波段的電磁波與220GHz電磁波的穿透能力進行比較，建立出一套對照分析方法，這也成為後來ALMA觀測的重要參考基礎。

松下樹表示，ALMA是規模很大的計畫，分工精細；其天線與相關儀器更是根據天文學家的需求、交由工程師團隊「量身打造」，而天文學家彼此也都各司其職。以他自己在智利觀測站的任務為例，就是負責蒐集觀測資料、測試並驗證，以提升陣列觀測訊號穩定度。當訊號穩定度愈高時，也代表ALMA接收的資料品質愈高；有助於接收到更微弱或更穩定的宇宙訊號，讓天文學家有更多機會去研究太空中和生命起源有關的微量分子或追溯宇宙源起。

ALMA啟用後，就連500公里外的一元硬幣都清晰可見。松下樹表示，ALMA陣列特別之處在於它可以進行毫米波與次毫米波範圍的觀測，偵測波長位於0.3毫米與9毫米之間，這是「哈伯太空望遠鏡」無法觀測的範圍，可用於探測太空低溫物質。

ALMA陣列從2005年開始興建，預計明年竣工的陣列，屆時將有66座天線，其靈敏度不但是目前所有同波段望遠鏡的一百倍；其空間分辨率更高達哈伯太空望遠鏡的10倍。換言之，藉由ALMA這座陣列望遠鏡，可以讓我們看得更遠、更細；對於未來探索宇宙起源、銀河系中心超大質量黑洞乃至生命形成等重要天文課題的研究，都可望有突破性進展。