李遠哲微波背景幅射陣列

Yuan-Tseh Lee Array for Microwave Background Anisotropy

 
前言:


宇宙學(Cosmology)是天文物理學的一個分支。它是藉由觀測與理論的交互驗證,來研究宇宙形成、演化等大尺度結構的學科。但是也由於研究的目標尺度太大,加上我們正位於被研究的目標之中,所以宇宙學的發展往往比較著重於理論與模擬,而受制於有限的觀測資源。美國的太空總署在1989年發射了一顆宇宙科學探測衛星 ─ COBE(Cosmic Background Explorer)。這顆衛星所產生的觀測資料,促使近代宇宙學的研究,從計算與模擬轉變成一個可經由精密觀測來驗證的科學。COBE的觀測成果對宇宙學的發展具有革命性的影響,同時掀起一股觀測與實驗熱潮,鼓舞天文學家著手發展與建

位於夏威夷 Mauna Loa Observatory 的李遠哲宇宙背景輻射陣列,攝於2006年9月。7具口徑60公分的微波接收機天線已安裝至約六公尺寬的史都華六軸平台上(Steward Platform)。平台由碳纖材料製成,其上裝置了望遠鏡的各種重要元件。 2008年底,陣列天線數目將增加到13具,而且天線口徑將從目前的60公分增加到1.2 米。屆時成像的速度與望遠鏡的靈敏度都將大幅的提昇。 攝影:Patrick Koch.

造新一代的宇宙觀測望遠鏡。這股科學熱潮也影響到我國國內的天文發展。


2000年春,本處主任魯國鏞院士所主持的計畫「宇宙背景輻射陣列」正式啟動 ,。這個計畫的英文名稱為“Array for Microwave Background Anisotropy”。它有一個有趣的英文縮寫 ─ “AMiBA”。大致上來講,我們將要蓋一座儀器來研究宇宙大約剛形成的現象。AMiBA的簡稱就跟生物學中研究簡單的原生動物一般地貼切。


天文物理是一門著重觀測與數據的科學。新的發現與立論總是伴隨著新一代的觀測儀器而產生。AMiBA計畫的目標,就是要在眾多國際競爭對手中,蓋一座具有獨特觀測能力的電波望遠鏡,來研究宇宙背景輻射。因為要研究的目標非常特殊,世界上並沒有既成的儀器,所以我們必須自己設計、研發所需的儀器與系統。這不是一件容易達到的目標,特別這是第一個由天文所主導的大型實做計畫。


為了克服這個需要,我們組成了一個跨系所、跨國際的研發團隊,其中成員來自各個不同單位,有台灣大學電機系和物理系、中山科學院航空研究所、澳洲國家天文台(Australian Telescope National Facility)、美國國家電波天文台(National Radio Astronomy Observatory, USA)、加拿大多倫多大學(Toronto University)、美國卡內基美侖大學(Carnegie Mellon University)、英國Bristol 大學等等。而成員的國籍更包括日、澳、美、法、瑞士、墨西哥、智利等不同國家。參與這個計畫的合作廠商也是遍及全球,包括美、日、澳、德、法、波蘭等。


電波天文觀測經常受限於天候的限制,主要的影響因素來自大氣中水汽的干擾,以及大氣分子對電波訊號的吸收。大型天文望遠鏡總是設址於政治穩定區域中、遠離文明都市(光害),並具備基本研究設施(道路、水、電、網路)的乾燥高山、高原(避開水汽)。考慮這些條件,東亞地區並無適當地點可作大型的天文投資。反而位於太平洋中間的夏威夷島,提供幾近完美的地點。我們選擇夏威夷大島的Mauna Loa 火山當成AMiBA的台址。AMiBA 位於標高3400公尺的Mauna Loa 天文台MLO)區域內。


AMiBA 儀器的開發與製造,其必須的知識與先進的技術涵蓋不同的領域和專業。以下的章節,僅將對 AMiBA 各部子系統作一簡述,希望由此能夠提供讀者一個關於 AMiBA 整體的概略瞭解。 本文將對宇宙論作一非常簡略的敘述。對於儀器和一般天文宇宙論進一步的延伸閱讀可參考文後所列之參考文獻。