世界上迄今為止規(guī)模最大的地面射電望遠(yuǎn)鏡陣列項(xiàng)目——阿塔卡瑪射電天文望遠(yuǎn)鏡，于3月13日全部落成并投入使用。建成后的66個(gè)拋物面天線作為1架巨大的射電望遠(yuǎn)鏡工作，擁有0.01角秒的分辨率，相當(dāng)于能看清500多公里外的一分硬幣，其視力超過“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡10倍。

它可以幫助天文學(xué)家捕捉到宇宙中更加寒冷的天體（分子氣體、星塵、大爆炸輻射等）并提供正在形成當(dāng)中的星系、恒星或者行星的圖像。

66個(gè)拋物面天線組成

它的建設(shè)工程始于2002年，是由東亞、歐洲和北美一些國家參與的國際項(xiàng)目。天線陣的建設(shè)地是智利北部海拔5000米的阿塔卡瑪沙漠，整個(gè)天線陣有總計(jì)66個(gè)拋物面天線。望遠(yuǎn)鏡將主要用于獲得有關(guān)星系和行星演變的數(shù)據(jù)，尋找新天體以及探尋宇宙中是否存在能進(jìn)化成生命的物質(zhì)。

就在去年，這一設(shè)備的觀測(cè)結(jié)果確認(rèn)在一顆褐矮星，即所謂“失敗的恒星”周圍存在一個(gè)原行星塵埃盤。同時(shí)還對(duì)圍繞北落師門(南魚座α)運(yùn)行的行星進(jìn)行了觀測(cè)，并確認(rèn)這些行星比原先認(rèn)為的更小。

66臺(tái)望遠(yuǎn)鏡全部建成之后，天文學(xué)家們預(yù)計(jì)將會(huì)有更多更大的發(fā)現(xiàn)。這臺(tái)設(shè)備在毫米波段工作，這是一種波長(zhǎng)比無線電波更短但是比可見光更長(zhǎng)的電磁波。在這一波段科學(xué)家們將可以窺見圍繞年輕恒星的低溫塵埃帶，并觀察原始行星的形成。

可觀測(cè)地球大小行星

美國國家科學(xué)基金會(huì)天文學(xué)分部主管詹姆斯·列維斯塔德在本月5日的一次新聞發(fā)布會(huì)上表示，利用這一設(shè)備，天文學(xué)家們將可以探測(cè)到地球大小的行星。他表示：“阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)觀測(cè)到在恒星周圍存在塵埃環(huán)，這些塵埃環(huán)非常窄，模型顯示這些狹窄的塵埃環(huán)間隙中存在行星體。”他說：“盡管你看不到這些行星本身，但是你可以看到這些行星造成的影響。而這也將是阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡設(shè)備進(jìn)行系外行星觀測(cè)的主要方式。”

自從1995年發(fā)現(xiàn)第一顆系外行星以來，科學(xué)家們已經(jīng)找到了數(shù)千顆可能是系外行星的疑似目標(biāo)。僅僅是美國宇航局一家，其發(fā)射的專用于搜尋系外行星的開普勒空間望遠(yuǎn)鏡迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)2740顆這類疑似目標(biāo)。在搜尋活動(dòng)的早期，科學(xué)家們最先發(fā)現(xiàn)的是那些木星大小的系外行星體，而隨著技術(shù)的進(jìn)步以及觀測(cè)時(shí)間的積累，科學(xué)家們逐漸開始發(fā)現(xiàn)地球大小的系外行星。

而在這其中所缺失的環(huán)節(jié)便是行星形成的早期階段。現(xiàn)有科學(xué)理論認(rèn)為太陽系是在早期的原始太陽星云中形成的。隨著這些塵埃顆粒之間的相互碰撞，積聚，成長(zhǎng)，原始的行星開始形成。然而年輕的恒星系統(tǒng)周圍往往“云遮霧繞”，在光學(xué)或可見光波段難以窺見其全貌。而這便是阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡設(shè)備的施展其能力的舞臺(tái)。

這一設(shè)備在歸屬上由歐洲南方天文臺(tái)管理。歐南臺(tái)阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目主管沃爾夫?qū)?middot;懷爾德表示：“我們將會(huì)目睹聞所未聞的宇宙場(chǎng)景。”他表示，阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡將目睹低溫氣體逐漸形成原行星，并了解行星從恒星周圍的塵埃盤中逐漸形成的過程。

中國科學(xué)家參與超導(dǎo)探測(cè)器研制

————專訪中科院紫金山天文臺(tái)研究員單文磊

問：阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡陣列落成有何意義？和哈勃望遠(yuǎn)鏡相比，有何優(yōu)勢(shì)？

答：在宇宙學(xué)研究中，觀測(cè)設(shè)備與其說叫“望遠(yuǎn)鏡”，不如說是“望古鏡”。距離我們?cè)竭b遠(yuǎn)的天體發(fā)射的光需要更漫長(zhǎng)的時(shí)間才能被我們接收到。因此看得越遠(yuǎn)，意味著越能夠穿越時(shí)空，看到宇宙早期的模樣。阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡不但在分辨能力上高于哈勃望遠(yuǎn)鏡，而且能夠看到哈勃望遠(yuǎn)鏡看不到的早期宇宙的圖景。這是因?yàn)橛钪媾蛎浽斐稍缙谟钪嬷械墓饩€波長(zhǎng)變長(zhǎng)(科學(xué)上叫紅移)而落入望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)頻段。

正因?yàn)槿绱耍⑺ì斖h(yuǎn)鏡是研究一百億年以前宇宙從黑暗時(shí)期破殼而出的第一代恒星和星系的最好觀測(cè)設(shè)備。對(duì)于距離我們較近的天體，阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡憑借其高分辨率，能夠揭示正在形成的幼年恒星的模樣，而且能夠發(fā)現(xiàn)那些幼年恒星周圍正在形成的行星。這些行星中的一些將必然孕育地外生命和文明。除此之外，阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡還有一個(gè)重要特點(diǎn)，它能夠通過高精度光譜分析出被觀測(cè)天體組成的化學(xué)成分，探知宇宙這個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行和演化規(guī)律。

問：阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡的分辨率達(dá)到0.01角秒，相當(dāng)于什么概念？

答：望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)取決于被探測(cè)光的波長(zhǎng)和天線口徑的比例。波長(zhǎng)越短，口徑越大，望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)越高。如果將人的眼睛當(dāng)作望遠(yuǎn)鏡的話，阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡所觀測(cè)的光的波長(zhǎng)要比人眼看到的光的波長(zhǎng)要長(zhǎng)，大約是300微米(人的頭發(fā)直徑約是50微米)至3毫米，要達(dá)到人眼的分辨率，需要2米至20米的口徑。

然而阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡最大等效口徑達(dá)到了18公里，分辨率比人眼高1千萬倍，達(dá)到了0.01角秒。這個(gè)分辨率足夠在北京看到南京的一輛普通小轎車，超過了哈勃望遠(yuǎn)鏡的0.02角秒的分辨率。技術(shù)上建造這樣大的高精度單天線望遠(yuǎn)鏡是不可能的。目前最大的單天線射電望遠(yuǎn)鏡是美國的阿雷西博望遠(yuǎn)鏡，口徑305米。我國正在貴州建造一個(gè)更大的單天線望遠(yuǎn)鏡口徑為500米。

問：為什么建在高海拔的智利沙漠高原？

答：望遠(yuǎn)鏡建造在海拔5000米的智利阿塔卡瑪高原上。這個(gè)地方海拔高，水汽少，附近南美洲西岸的低溫洋流更使得這里異常干燥。

在這里建造是因?yàn)樗麑?duì)望遠(yuǎn)鏡有顯著的影響，對(duì)毫米波、亞毫米波有強(qiáng)烈的吸收。存在較多水汽時(shí)，好像隔著毛玻璃看星空，觀測(cè)效果會(huì)大打折扣。因此這個(gè)波段的望遠(yuǎn)鏡都建造在水汽少，海拔高的地方。我國的大口徑毫米波望遠(yuǎn)鏡是紫金山天文臺(tái)的德令哈13.7米口徑望遠(yuǎn)鏡，就坐落在青海省德令哈市附近海拔3000米的地點(diǎn)。

問：中國科學(xué)家在阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目中有貢獻(xiàn)嗎？

答：阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡是靈敏度最高的觀測(cè)設(shè)備，能夠探知宇宙深處原子的擾動(dòng)。這得益于每一面天線后面的高靈敏度超導(dǎo)探測(cè)器。這些探測(cè)器被冷卻到接近絕對(duì)零度(零下270攝氏度)，在這樣的低溫下，組成探測(cè)器的原子幾乎凝結(jié)不動(dòng)，熱噪聲被消除，來自天體的微弱信號(hào)才能夠被感知。

超導(dǎo)探測(cè)器類似人視網(wǎng)膜上的靈敏的感光細(xì)胞，是阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡的核心器件之一，而這種超導(dǎo)探測(cè)器技術(shù)恰好是中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)的特長(zhǎng)。阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡是國際大科學(xué)工程，由歐洲、北美和亞洲共同出資建造。中國雖然沒有正式加入該項(xiàng)目，但中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)于2004年與日本國立天文臺(tái)簽署關(guān)于阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡共同研究的備忘錄，并以單文磊研究員、史生才研究員為主參與阿塔卡瑪兩個(gè)波段的超高靈敏度接收機(jī)的研制工作。中國科研人員在這兩個(gè)波段超導(dǎo)探測(cè)器的研制工作中起到了關(guān)鍵作用，所設(shè)計(jì)的探測(cè)器被阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡所應(yīng)用。在66面阿塔卡瑪望遠(yuǎn)鏡的每一個(gè)中都包含中國科學(xué)家的貢獻(xiàn)。

（原載于《北京日?qǐng)?bào)》2013-03-14 15版）