Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
| Teleskop ALMA | |
|---|---|
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| ALMA-Antennen bei Nacht unter den Magellanschen Wolken | |
| Typ | Interferometer-Radioteleskop |
| Standort |  Chile, San Pedro de Atacama |
| Höhe | 5030 m ü. M. (Antennen) |
| Geografische Koordinaten | 23° 1′ 59,9″ S, 67° 45′ 0″ W |
| Wellenlänge | 0,32 bis 3,6 mm |
| Apertur | |
| Bauzeit | 2004 bis 2014 |
| Inbetriebnahme | 2013 |
Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist ein internationales Radioteleskop-Observatorium in den nordchilenischen Anden. Seine Antennenanlage besteht aus 66 transportablen, ausrichtbaren Parabolantennen, mit meist 12 m Durchmesser, die über Entfernungen von bis zu 16 km verteilt werden können und zu einem Interferometer-Radioteleskop zusammengeschaltet werden. Die Antennen befinden sich bei San Pedro de Atacama, in der Chajnantor-Hochebene, in mehr als 5000 m ü. M., wo die dünne und extrem trockene Erdatmosphäre für Radiowellen besonders durchlässig ist. Beobachtungsobjekt ist die kalte interstellare Materie, zur Erforschung der Stern- und Planetenentstehung. Das Radioteleskop wurde in einer internationalen Kooperation gebaut und wird von ESO, AUI/NRAO und NAOJ gemeinsam betrieben.
Übersicht
ALMA besteht aus 66 hochpräzisen Antennen und beobachtet bei Wellenlängen zwischen 0,32 und 3,6 mm.[1] Das Interferometer hat eine erheblich höhere Empfindlichkeit und Auflösung als alle anderen Submillimeter-Teleskope. Die hohe Empfindlichkeit wird durch die große Anzahl von einzelnen Teleskopen, die das Interferometer bilden, erreicht.
Die Antennen können über das Chajnantor-Plateau bewegt und dabei in Abständen von 150 m bis 16 km positioniert werden. Das ermöglicht es, ALMA als variables „Zoomteleskop“ einzusetzen, ähnlich wie beim Very Large Array (VLA) in New Mexico, USA. Bewegt werden die Antennen mit den beiden Transportern „Otto“ und „Lore“ (von Scheuerle, mit 14 Radpaaren), die 50 der 12-m-Antennen des Hauptarrays bis auf wenige Millimeter genau positionieren und auf betonierten Grundplatten abstellen können.
Hersteller der Antennen sind europäische, nordamerikanische und ostasiatische Partner des Projekts. Die Amerikaner und Europäer liefern jeweils 25 der 12-m-Antennen, die das Hauptarray ausmachen. Ostasien liefert insgesamt 16 Antennen (vier 12-m-Antennen und 12 Antennen mit je 7 m Durchmesser). Diese bilden ein kleineres Interferometer, das Atacama Compact Array (ACA), ein Teil des ALMA-Interferometers.
Durch die kleineren 7-m-Antennen kann das ACA bei gleicher Frequenz ein größeres Gebiet beobachten als das Hauptarray. Da sie näher zusammenstehen, können Bilder von Objekten mit größerer Ausdehnung gemacht werden. Zusammen mit dem Hauptarray wird die Möglichkeit von ALMA erweitert, große Gesichtsfelder zu beobachten.
ALMAs Empfänger arbeiten in den Frequenzbändern zwischen 30 und 950 GHz. Durch die große Höhe und die geringe Luftfeuchtigkeit am Standort ist die Erdatmosphäre dort für diese Frequenzen ausreichend durchlässig.
Zu den Aufgaben von ALMA gehört die Erforschung der Entstehungsgebiete von Planeten und Sternen in kalten interstellaren Wolken und protoplanetaren Akkretionsscheiben. Millimeterwellen sind besonders gut geeignet, ausgedehnte Gas- und Staubwolken zu durchdringen, die die Entstehungsgebiete von Sternen und Planeten verhüllen. Infrarotgalaxien im frühen Universum, Supermassereiche Schwarze Löcher und Galaxienentstehung sind weitere wichtige Forschungsgebiete von ALMA. Darüber hinaus soll ALMA helfen, wichtige Fragen bei der Erforschung von Dunkler Materie und Dunkler Energie zu beantworten.
Am Standort von ALMA arbeiten weitere Submillimeterteleskope, darunter auch das Atacama Pathfinder Experiment. In den nächsten Jahren wird dort auch das Cerro Chajnantor Atacama Telescope, ein großes Einzelteleskop (25 m Durchmesser) für den anschließenden kürzeren Submillimeterbereich von 0,03 bis 3 Millimeter Wellenlänge, gebaut werden.
Geschichte
ALMA hat seine Anfänge in drei astronomischen Projekten: dem Millimeter Array (MMA) der USA, dem europäischen Large Southern Array (LSA) und dem japanischen Large Millimeter Array (LMA).
Der erste Schritt auf dem Weg zu ALMA wurde 1997 getan, als das US-amerikanische National Radio Astronomy Observatory (NRAO) und die Europäische Südsternwarte (ESO) ein gemeinsames Projekt initiierten, das MMA und LSA kombinieren sollte. Das kombinierte Interferometer sollte die Empfindlichkeit des LSA mit dem breiten Frequenzbereich des MMA vereinen. ESO und NRAO arbeiteten in technischen, wissenschaftlichen und organisatorischen Gruppen zusammen, um ein Projekt zwischen den beiden Organisationen unter Beteiligung von Kanada und Spanien zu definieren und zu organisieren.
Schließlich unterzeichneten am 25. Februar 2003 die nordamerikanischen und europäischen Partner die ALMA-Vereinbarung. Am 14. September 2004 unterschrieben ALMA und das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) eine Vereinbarung, mit der Japan ein weiterer offizieller Partner von ALMA wurde. Gemäß dieser Vereinbarung sollte Japan das ACA und Empfänger für drei zusätzliche Frequenzbänder liefern.
Aus politischen Gründen wurde entschieden, dass drei unterschiedliche Antennentypen von den nordamerikanischen, europäischen und ostasiatischen Partnern entwickelt und gebaut werden sollten. Obwohl unterschiedliche Vorgehensweisen gewählt wurden, erfüllen alle drei Antennentypen die strengen Voraussetzungen von ALMA.
Heute besteht ALMA aus einer Zusammenarbeit zwischen Europa, Nordamerika und Ostasien. Die Arbeit wird finanziert von der ESO, der National Science Foundation (NSF) in den USA, dem National Research Council of Canada (NRC) und dem National Science Council (NSC) in Taiwan. Die Konstruktion und der Betrieb werden für Europa von der ESO, für Nordamerika von der NRAO und für Ostasien vom NAOJ geleitet. Das Joint ALMA Observatory (JAO) vereint die Führung und Organisation der Konstruktion, Inbetriebnahme und den laufenden Betrieb von ALMA.
Erste Daten wurden von ALMA im Rahmen eines Testbetriebs im Oktober 2009 gesammelt.[2] Anfang Oktober 2011 wurde der wissenschaftliche Betrieb aufgenommen, obwohl ALMA erst zu einem Drittel fertiggestellt war. Bereits damals, so von ALMA-Seite, sei man „schon wesentlich besser als alles andere“ gewesen. Aber erst im Vollbetrieb werde ALMA „wirklich seine Stärken zeigen“, so ein vor Ort und Stelle zuständiger Astronom Ende 2012.[3][4] In Betrieb gegangen sind 2011 zunächst mehrere Submillimeterteleskope mit vier Bändern von 84–116 GHz, 211–275 GHz, 275–373 GHz und 60–720 GHz.[5] Die ersten mit ALMA gewonnenen Bilder wurden am 3. Oktober 2011 veröffentlicht. Am 13. März 2013 wurde ALMA – nahezu vollständig fertiggestellt – offiziell in Betrieb genommen.[6] Im Juni 2014 wurde die letzte von 66 vorgesehenen Antennen aufgestellt.[7]
Mit Kosten von über einer Milliarde US-Dollar ist es das bisher teuerste und seinerzeit größte Projekt der bodengebundenen Astronomie.[8]
Erste Beobachtungsergebnisse
Im Sommer 2011 waren während Testbeobachtungen genug Antennen im Betrieb, um erste Bilder mit ALMA aufzunehmen. Diese gaben einen Vorgeschmack dessen, was von dem neuen Interferometer nach Fertigstellung zu erwarten ist.
Die Beobachtungen richteten sich auf die Antennen-Galaxien, zwei kollidierende Galaxien mit dramatisch verzogenen Formen. Obwohl ALMA nicht den gesamten Bereich der Galaxien beobachtet hat, sind die Bilder die besten Ergebnisse dieser Galaxien, die jemals im Submillimeterbereich gemacht wurden. Sie zeigen Wolken von kaltem, dichtem Staub, in denen neue Sterne geboren werden – Einzelheiten, die im visuellen Bereich des Lichtspektrums nicht beobachtet werden können.[9]
Gerade im 86-GHz-Band (3,5 mm) VLBI-fähig, nahm ALMA am 3. April 2017 erstmals im EHT-Verbund teil – Sagittarius A* zeigt sich weiterhin symmetrisch.[10]
Alma ist ein zentraler Teil des Event-Horizon-Telescope-Projekts und war eines der Teleskope des weltweiten Netzwerks, mit dem 2017 (veröffentlicht im April 2019) die ersten direkten Bilder eines schwarzen Lochs in M87 gelangen.
ALMA Regional Center (ARC)
Das ALMA Regional Center (ARC) dient als Kontaktstelle zwischen den wissenschaftlichen Benutzern des Teleskops in den Mitgliedsländern und dem JAO. Das ARC ist weiterhin in die drei geografischen Regionen des Projektes eingeteilt: Europa (geleitet von der ESO), Nordamerika (geleitet vom NRAO), und Ostasien (geleitet vom NAOJ). Die europäische ARC ist zusätzlich in ARC-Knoten eingeteilt, die in Europa verteilt in Köln-Bonn, Bologna, Ondřejov, Onsala, Grenoble, Leiden und Manchester liegen.
Hauptaufgabe des ARC ist es, die wissenschaftliche Gemeinschaft bei der Vorbereitung von Beobachtungsanträgen zu unterstützen, sicherzustellen, dass alle Beobachtungsprogramme effektiv ihre wissenschaftlichen Ziele erreichen, ein Hilfeforum zu unterhalten, Daten an die Wissenschaftler zu liefern, das ALMA-Archiv zu unterhalten und die Wissenschaftler bei der Datenbearbeitung zu unterstützen.
Philatelistisches
Mit dem Ausgabetag 6. Dezember 2018 gab die Deutsche Post AG ein Postwertzeichen im Nennwert von 145 Eurocent mit dem Abbild des ALMA-Observatoriums heraus. Der Entwurf stammt von der Grafikerin Andrea Voß-Acker aus Wuppertal.
Weblinks
- ALMA-Webseite des deutschen ARC (englisch)
- Eso Observatory: The movie ALMA — In Search of our Cosmic Origins auf YouTube (englisch)
- ALMA-Website für UK (englisch)
- Offizielle ALMA-Website (englisch)
- ALMA-Website des NRAO (englisch)
- ALMA-Website der ESO
- ALMA-Website des National Astronomical Observatory of Japan (englisch)
Einzelnachweise
- ↑ ALMA - das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Abgerufen am 29. Februar 2020.
- ↑ Alma antennas collect first data. BBC News, 17. November 2009, abgerufen am 13. März 2013 (englisch).
- ↑ ALMA Opens Its Eyes eso.org, abgerufen am 7. August 2014.
- ↑ Peter Prantner: „ALMA ist sein Geld wert“. In: orf.at. 6. März 2013, abgerufen am 2. April 2013.
- ↑ Alma-Observatorium: Neues Riesen-Teleskop wirft Blick ins Weltall. In: focus.de, 3. Oktober 2011, abgerufen am 4. Oktober 2011.
- ↑ Andreas Neuhaus / Hannah Fuchs: Weltraum: Super-Teleskop „Alma“ ist startklar. Deutsche Welle, 13. März 2013, abgerufen am 13. März 2013.
- ↑ La última antena del observatorio Alma llega a los 5.000 metros de altura. (Memento vom 17. Juni 2014 im Internet Archive) In: La Tercera. 16. Juni 2014.
- ↑ ALMA – Auf der Suche nach unseren kosmischen Ursprüngen. In: eso.org, abgerufen am 4. Oktober 2011.
- ↑ Von Chile aus Richtung Urknall blicken 5. Oktober 2011, Die Zeit online, abgerufen am 29. September 2015
- ↑ Sara Issaoun et al.: The Size, Shape, and Scattering of Sagittarius A* at 86 GHz: First VLBI with ALMA. ApJ, 2019, doi:10.3847/1538-4357/aaf732, arXiv:1901.06226.
Auf dieser Seite verwendete Medien
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Autor/Urheber: ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org), Lizenz: CC BY 4.0
Time-lapse of a whole night at the ALMA Array Operations Site (AOS), located at 5000 metres altitude on the Chajnantor plateau, in the II Region of Chile. As the Moon sets at the beginning of the night, three of the first ALMA antennas start tests as part of the ongoing Commissioning and Science Verification process. Because they are pointing at the same target in the sky at any moment, their movements are perfectly synchronised. As the sky appears to rotate clockwise around the south celestial pole (roughly on the upper left edge of the image), the Milky Way goes down slowly, until it is lying almost horizontal before sunrise. The centre of our galaxy becomes visible during the second half of the night as a yellowish bulge crossed by dark lanes in the centre of the image, just above the antennas. The flashes on the ground are the car lights of the guards patrolling at the AOS. ALMA, the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array is the largest astronomical project in existence and is a truly global partnership between the scientific communities of East Asia, Europe and North America with Chile. ESO is the European partner in ALMA.
Autor/Urheber: ESO, Lizenz: CC BY 4.0
The ALMA correlator, one of the most powerful supercomputers in the world, has now been fully installed and tested at its remote, high altitude site in the Andes of northern Chile. This wide-angle view shows some of the racks of the correlator in the ALMA Array Operations Site Technical Building. This photograph shows one of four quadrants of the correlator. The full system has four identical quadrants, with over 134 million processors, performing up to 17 quadrillion operations per second.
Autor/Urheber: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)., Lizenz: CC BY 4.0
Hoch oben in den abgelegenen Anden im Norden Chiles hat man einer der leistungsstärksten Supercomputer der Welt errichtet und erfolgreich getestet. Damit wurde einer der wichtigen verbliebenen Meilensteine auf dem Weg zur Fertigstellung des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) erreicht, dem ausgeklügeltsten bodengebundenen Teleskops in der Geschichte. Der ALMA-Korrelator ist ein Spezialgroßrechner mit über 134 Millionen Prozessoren und ist in der Lage bis zu 17 Rechenoperationen pro Sekunde auszuführen. Damit erreicht er eine Geschwindigkeit, die vergleichbar mit der des aktuell schnellsten Universalgroßrechners ist.
Autor/Urheber: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)., Lizenz: CC BY 4.0
This 16-minute video presents the history of ALMA from the origins of the project several decades ago to the recent first science results. Illustrated by dramatic helicopter footage, the movie takes you on a journey to the 5000-metre-high Chajnantor Plateau, where ALMA stands, in the unique environment of the Atacama Desert of Chile.
Credit:
ALMA (ESO/NAOJ/NRAO).
Directed by: Lars Lindberg Christensen.
Art Direction, Production Design: Martin Kornmesser.
Producer: Herbert Zodet.
Written by: Nicola Guttridge, Gara Mora-Carillo, Douglas Pierce-Price and Herbert Zodet.
3D Animations and Graphics: Martin Kornmesser and Luis Cal�ada.
Editing: Martin Kornmesser.
Cinematography: Herbert Zodet
Music: Toomas Erm.
Narration: Sara Mendes da Costa.
Web and technical support: Mathias Andr� and Raquel Yumi Shida.
Proof Reading: Anne Rhodes.
Visuals: ESO, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), C. Malin (cristophmalin.com), Jos� Francisco Salgado (josefrancisco.org), B. Tafreshi (twanight.org), NRAO/General Dynamics C4 Systems, NRAO/AUI/NSF, Al Wootten, Y. Beletsky, Nick Risinger (skysurvey.org), S. Guisard (www.eso.org/~sguisard), NASA/JPL-Caltech/WISE Team, M. Maercker et al, the NASA/ESA Hubble Space Telescope.
Autor/Urheber: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO). Visible light image: the NASA/ESA Hubble Space Telescope, Lizenz: CC BY 4.0
The Antennae Galaxies (also known as NGC 4038 and 4039) are a pair of distorted colliding spiral galaxies about 70 million light-years away, in the constellation of Corvus (The Crow). This view combines ALMA observations, made in two different wavelength ranges during the observatory’s early testing phase, with visible-light observations from the NASA/ESA Hubble Space Telescope.
The Hubble image is the sharpest view of this object ever taken and serves as the ultimate benchmark in terms of resolution. ALMA observes at much longer wavelengths which makes it much harder to obtain comparably sharp images. However, when the full ALMA array is completed its vision will be up to ten times sharper than Hubble.
Most of the ALMA test observations used to create this image were made using only twelve antennas working together — far fewer than will be used for the first science observations — and much closer together as well. Both of these factors make the new image just a taste of what is to come. As the observatory grows, the sharpness, speed, and quality of its observations will increase dramatically as more antennas become available and the array grows in size. This is nevertheless the best submillimetre-wavelength image ever taken of the Antennae Galaxies and opens a new window on the submillimetre Universe.
While visible light — shown here mainly in blue — reveals the newborn stars in the galaxies, ALMA’s view shows us something that cannot be seen at those wavelengths: the clouds of dense cold gas from which new stars form. The ALMA observations — shown here in red, pink and yellow — were made at specific wavelengths of millimetre and submillimetre light (ALMA bands 3 and 7), tuned to detect carbon monoxide molecules in the otherwise invisible hydrogen clouds, where new stars are forming.
Massive concentrations of gas are found not only in the hearts of the two galaxies but also in the chaotic region where they are colliding. Here, the total amount of gas is billions of times the mass of the Sun — a rich reservoir of material for future generations of stars. Observations like these will be vital in helping us understand how galaxy collisions can trigger the birth of new stars. This is just one example of how ALMA reveals parts of the Universe that cannot be seen with visible-light and infrared telescopes.Autor/Urheber: ESO/C. Malin, Lizenz: CC BY 4.0
Antennen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) auf dem Chajnantor-Plateau in der Atacama-Wüste in den chilenischen Anden. Die Große und die Kleine Magellansche Wolke, zwei Begleitgalaxien unserer eigenen Milchstraßengalaxie, sind als helle Flecken am Nachthimmel in der Mitte des Fotos zu sehen.
Autor/Urheber: ESO/B. Tafreshi (twanight.org), Lizenz: CC BY 4.0
A crystal-clear sky on any night is always a joy to behold. But if you are on the Chajnantor Plateau, at 5000 metres altitude in the Chilean Andes and one of the best places in the world for astronomical observations, it could be an experience that you’ll remember for your whole life.
This panoramic view of Chajnantor shows the antennas of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) against a breathtaking starry night sky.
In the foreground, we can see some of ALMA’s antennas, working together. The plateau appears curved, because of the effect of the wide-angle lens used. ALMA is the world’s most powerful telescope for studying the Universe at submillimetre and millimetre wavelengths. Construction work for ALMA will be completed in 2013, and a total of 66 of these high-precision antennas will be operating on the site. At the moment, the telescope is in its initial phase of Early Science Observations. Even though it is not fully constructed, the telescope is already producing outstanding results, outperforming all other submillimetre arrays.
In the sky above the antennas, countless stars shine like distant jewels. Two other familiar celestial objects also stand out. First, the image is crowned by the Moon. Second, outshone by the glow of the Moon, it is possible to distinguish the Milky Way as a hazy stripe across the sky. Dark regions within the band are areas where the light from background stars is blocked by interstellar dust.
This photograph was taken by ESO Photo Ambassador, Babak Tafreshi. Babak is founder and leader of The World At Night, an international project to produce and exhibit a collection of stunning photographs and time-lapse videos of the world’s landmarks with a backdrop of the most beautiful celestial wonders.
ALMA, an international astronomy facility, is a partnership of Europe, North America and East Asia in cooperation with the Republic of Chile. ALMA construction and operations are led on behalf of Europe by ESO, on behalf of North America by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), and on behalf of East Asia by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.(c) ESO/Pascal Martinez, CC BY 4.0
The first successful movement of an ALMA antenna took place at the Operations Support Facility (OSF) on 8 July 2008. The antenna transporter "Lore", one of the two units manufactured by Scheuerle under contract by ESO and delivered recently at the OSF, has been used to move one 12-m antenna from their site erection facility to an external antenna pad for sky testing.