史上最雄心勃勃的地面望远镜内部

我在阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列 (ALMA) 望远镜现场遇到的第一位科学家背着便携式氧气罐。在安第斯山脉 16,400 英尺的高空，如果不插着管子，他将无法清晰思考。他操控着天文台的“大脑”——一台功能强大的超级计算机，相当于三百万台笔记本电脑协同工作，每秒对望远镜的 66 个天线发出的光线进行千万亿次比较。这里的一切都是为高海拔生存而设计的。弧形屋顶可以抵御时速 145 英里的大风。加热毯可以防止马桶水箱结冰。尽管有大风和剧烈的温度波动，天线本身仍可以 0.6 角秒的精度指向天空。人是薄弱环节。这位科学家解释说，工人们每天只被允许在 ALMA“高地”工作六个小时。当我写下这些时，我意识到我感到头晕目眩。

几分钟后，我平躺在一张小床上，戴着氧气面罩以免晕倒，透过医疗室的窗户向外望去，看到了死寂的、类似火星的景观。银色的射电天线像芭蕾舞一样安静地跳着，在红土上完美地摆动着。它们的同步性和精确性是 ALMA 成为有史以来最雄心勃勃的地面望远镜的两个原因。另一个原因是天文台无与伦比的适应性；它拥有最多的天线，可以用卡车运送到不同的地方。由于所有这些特殊功能，ALMA 将产生比哈勃太空望远镜清晰 10 倍的图像。

望远镜一直存在一个主要问题：地球大气层会使光线弯曲，扭曲图像。这就是为什么望远镜通常建在高海拔地区，那里的大气层较薄，也是 NASA 将哈勃望远镜送入太空的原因——完全超越大气层。但太空望远镜并不完美。从定义上讲，它们是一种妥协。它们必须足够大才能捕捉到微弱的光线，但又要足够小才能装在火箭上，而维修或升级要么需要极其昂贵的轨道旅行，要么根本无法实现。然而，现在，越来越复杂的自适应光学系统可以调整大气的模糊效应，使地球上的许多望远镜与我们能放在天空中的任何望远镜一样好。ALMA 可以捕捉无线电波，很快工人们将动工建造两个观测可见光的天文台：三十米望远镜，其分辨率是哈勃望远镜的 10 倍多，以及大型综合巡天望远镜，它将每隔几晚拍摄整个天空。

ALMA 的 66 个天线盘组成一个巨大的望远镜，可以通过将孔径从 500 英尺变为 10 英里来观察清晰的细节或广阔的特征。为了实现这种灵活性，工人使用大型卡车（每辆卡车有 28 个轮胎）来运输 100 吨重的天线盘。每个天线都放置在 192 个基站中的一个上（精确到毫米），这些基站与附近的超级计算机有硬线连接。

ALMA 将观察气体云
螺旋式冲入银河系中心的黑洞。到今年年底，当所有天线都投入使用时，ALMA 的成像分辨率将达到任何望远镜的 100 倍，这些望远镜可以观测来自星际尘埃等冷暗源和明亮遥远星系的极短射电波。但它已经有了一些令人印象深刻的发现。今年 3 月，天文学家发现了大量“星暴”星系，这些星系中的新恒星形成时间比任何人想象的都要早 10 亿年。今年夏天，他们可能已经发现了恒星附近尘埃陷阱的证据，这有助于行星、小行星和彗星的形成。最终，ALMA 将观测气体云螺旋式冲入银河系中心的黑洞，寻找遥远星球上生命的分子迹象，并测量科学家称之为暗物质的神秘物质的位置和密度——所有这些都来自地球上的一片高沙漠。

本文原载于《大众科学》杂志2013年9月号。