欧洲南方天文台（三）——拉诺德查南托天文台

作者|冯梓洋

审核|丁 乙

编辑|赵经远

拉诺德查南托天文台（Llano de Chajnantor Observatory）位于智利北部阿塔卡马沙漠的塔科山，是欧洲南方天文台（European Southern Obserevatory, ESO）的三大观测地之一，著名的阿卡塔马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）就位于此地。拉诺德查南托天文台所在地海拔超过4800米，且湿度很低，大气与水汽的干扰相对较小，为亚毫米和中红外天文观测创造了绝佳的条件。

拉诺德查南托天文台所在地——阿塔卡马沙漠（图片来源：wikipedia）

目前拉诺德查南托天文台的主要设备有：阿卡塔马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）、阿塔卡马探路者实验望远镜（APEX）、阿塔卡马亚毫米望远镜实验（ASTE）、NANTEN2 天文台以及阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT）等。

阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（图片来源：ESO）

阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）

阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）是一个由66 座天线组成的大型天文干涉仪（50座12米天线为主体，4座12米天线和12座7米天线为辅助）。这些可移动的天线可以组成不同形状的阵列，基线最长可达 16 公里。它能够在毫米和亚毫米波段以前所未有的灵敏度和分辨率探测宇宙，极限分辨率可达5毫角秒。

ALMA阵列的两个12米天线（来源：ESO）

ALMA自2011年下半年部分建成并开始进行科学观测，2013年3月全面建成并投入使用。从诞生到现在，ALMA让我们领略到了宇宙的浩瀚和神秘。它为科学家提供了宝贵的科学数据，催生出一系列重大成果。接下来让我们一起了解一下ALMA曾参与的部分重大发现吧。

1、拍摄触须星系的首张科学图像

2011年夏，ALMA获得了第一批观测图像，其中就包括位于乌鸦座的触须星系。这是有史以来最清晰的触须星系亚毫米波图像，展示了在可见光波段无法观测到的早期恒星形成的致密冷气体云。

ALMA亚毫米波段与哈勃空间望远镜光学波段合成的触须星系图像（图片来源：ALMA官网）

2、参与拍摄M87星系中心黑洞和银河系中心黑洞的图像

2019年4月，事件视界望远镜合作组织（EHT）公布了遥远星系M87中心黑洞（M87*）的图像，这幅图像是由ALMA、APEX和其他六台射电望远镜共同获得的。这个黑洞距离地球约5500万光年，质量为太阳的65亿倍。这是人类历史上第一张黑洞照片，为黑洞存在提供了直接“视觉”证据。2022年5月，EHT又公布了银河系中心黑洞（人马座A*）的图像，ALMA和APEX再次参与其中，为黑洞成像作出了重要贡献。

M87*（左）和人马座A*（右）的图像（图片来源：ESO）

3、揭示行星起源

2014年，ALMA拍摄了恒星金牛座HL的原行星盘图像，显示这颗恒星周围有一系列同心明亮环。这张图像为原行星盘内正在形成行星提供了有力证据，并且让科学家意识到行星形成的速度比之前想象的要快，帮助人们更深入地理解原行星盘以及行星形成的过程。

金牛座HL原行星盘图像，局部图展示了同比例的太阳系行星轨道（图片来源：ALMA）

4、揭开古老星系的面纱

2018年，一组天文学家宣布ALMA探测到了来自遥远星系MACS1149-JD1的射电信号。这个星系是距离地球最遥远、最古老的星系之一，距离地球大约132.8亿光年。ALMA在该星系中探测到了已知最遥远的氧分子。在宇宙大爆炸后的一段时间内，宇宙中没有氧元素，因为氧元素需要在恒星核聚变中产生，然后在恒星死亡时释放出来。在宇宙大爆炸发生2.5 亿年后，在该星系中就有恒星形成。对MACS1149-JD1 中氧元素的检测表明，较早一代的恒星在宇宙诞生仅5 亿年后就产生了氧。

ALMA射电波段与哈勃空间望远镜在光学波段拍摄的星系团MACS J1149.5+2223，局部放大图显示了ALMA拍摄的MACS1149-JD1（图片来源：ALMA官网）

5、对木星的大气层进行观测

2017年，天文学家使用 ALMA 观测并揭示了木星风暴内部的样貌。虽然我们已经可以清晰地观察木星美丽的大气层外貌，但是云层之下发生了什么？是什么引发了我们在木星“表面”上看到的那些风暴？要弄明白这些问题，只有可见光波段的数据是不够的，而射电波段则大有用处。天文学家使用ALMA为我们提供了木星大气层的独特视角，其深度达到了木星可见云层下方 50 公里处，对相关研究很有帮助。

ALMA在毫米波段获得了木星大气层图像（小图左为ALMA射电图像，右为哈勃空间望远镜光学图像）（图片来源：NRAO）

除了ALMA，拉诺德查南托天文台的其它望远镜也为科学研究作出了许多贡献，下面就让我们来认识一下它们。

阿塔卡马探路者实验望远镜（APEX）

APEX是一座12米口径的毫米/亚毫米波段望远镜，用于测试和验证ALMA望远镜的技术和科学目标。它主要用于研究恒星、行星和星系（包括早期宇宙中非常遥远的星系）的形成。APEX由欧洲南方天文台、马克斯普朗克射电天文学研究所和瑞典太空委员会合作运营。

APEX望远镜（图片来源：ESO）

阿塔卡马亚毫米望远镜实验（ASTE）

ASTE是日本国立天文台和智利合作的一个项目。它是一台10米口径的亚毫米波望远镜，致力于探索银河系以及更遥远宇宙中的分子云和星系，尤其是在亚毫米波长下的星际介质和恒星形成区。

ASTE望远镜（图片来源：wikipedia）

NANTEN2天文台

NANTEN2是一台4米口径的毫米/亚毫米波望远镜，由德国马克斯普朗克研究所和日本国立天文台共同运营。它专注于研究分子云、恒星形成以及银河系和附近星系的化学组成。

NANTEN2天文台（图片来源：wikipedia）

阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT）

ACT是一个6米口径的毫米波望远镜，专注于研究宇宙微波背景辐射。该望远镜通过观测微波背景辐射的微小温度差异，旨在了解宇宙的早期条件以及宇宙结构的演变。

ACT望远镜（图片来源：维基百科）

参考资料

（1）阿塔卡马大型毫米波阵列官网，https://www.almaobservatory.org/en/home/

（2）阿塔卡马大型毫米波阵列，维基百科，https://en.wikipedia.org/wiki/Atacama_Large_Millimeter_Array

（3）拉诺德查南托天文台，维基百科，https://en.wikipedia.org/wiki/Llano_de_Chajnantor_Observatory

（4）拉诺德查南托天文台官网，https://sites.astro.caltech.edu/chajnantor/site/

（5）ESO官网,https://sites.astro.caltech.edu/chajnantor/site/

（6）Atacama Pathfinder Experiment，维基百科，https://en.wikipedia.org/wiki/Atacama_Pathfinder_Experiment

（7）Atacama Submillimeter Telescope Experiment，维基百科，https://en.wikipedia.org/wiki/Atacama_Submillimeter_Telescope_Experiment

（8）NANTEN2 Observatory，维基百科，https://en.wikipedia.org/wiki/NANTEN2_Observatory

（9）Atacama Cosmology Telescope，维基百科，https://en.wikipedia.org/wiki/Atacama_Cosmology_Telescope

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