经历长期搁置以及成本超支，一项国际合作项目最终促成了世界上最高海拔的射电望远镜阵列的落成：智利阿塔卡玛毫米波大型天线阵列（ALMA）。
朝向天空的眼睛――阿塔卡玛毫米波大天线阵
汽车沿着蜿蜒的道路艰难前行，其引擎随着稀薄的空气时而在调整，穿过道路两旁的仙人掌和草丛不久便是一片荒芜之地。当汽车到达海平面4 000米以上时，智利阿塔卡玛毫米波大型天线阵（ALMA）新任主管皮埃尔·考克斯（Pierre Cox）感觉有一点头疼，到达5 000米高的查南托高原――地球上最高、最旱之地同时也是天文观测的最佳之地之一――时，高原环境在影响着他的膀胱，此时对他而言，下车的首要事情是找卫生间。
将要卸任的ALMA主管、71岁的荷兰人泰斯·德·格劳夫（Thijs de Graauw）随着考克斯一起进入ALMA操作中心。对于他而言，诸如这样的旅行每周――如果不是每天的话――都会发生，但他知道，新来的人要做一个强制性医疗筛查后才能被允许是否留下，以及轮班工人都需要背着氧气罐在房间内吸氧。
趋同合作
当考克斯再一次从卫生间走出时已戴上全罩式墨镜，但感觉有点晕眩。同天文学家一起走到外面，他看到了分散在棕色火山土壤高原周围的十几个巨型白色无线电天线，如同复活节岛上的石像一样的格格不入。这些天线收集着来自于宇宙寒冷而孤寂部分的光子――隐隐约约发光的尘埃和气体云（这些尘埃和气体云中诞生着恒星），这些信号组合成的图像比哈勃空间望远镜的分辨率还要高。
随着这些碟型天线开始一致地倾斜和旋转，宁静的画面被打碎了。“我的天啊，”当看到这么多的金属如此迅速又平静的移动时，考克斯说。
这种“编舞”并不完全统一。聚集在天线阵中间的是12个碟型天线，每个7米宽，其中4个来自于日本的12米宽的碟型天线；偏离中间的是美国的25个碟型天线，每个12米宽，如同扇形图一样被组装在一起；较为分散的是来自于欧洲的第一批25个碟型天线，每个12米宽――顶级的碳纤维设备随着光滑传动装置而转动。
最后一批的欧洲天线将在2013年底被安装，届时，ALMA将最终达到完整的66个碟型天线阵列。ALMA共有19个国家加盟，其中三个主要合作者：欧洲南方天文台（ESO）、日本国家天文台和由美国科学基金会（NSF）资助的美国国家射电天文台（NRAO）。3月13日ALMA举行了落成仪式。
随着三个不同文化和规范的独立组织的权力共享，落成的ALMA已超出成本并从当初雄心勃勃的计划中有所调整。为此，该项目的接替主管将不得不同其他科学家一样成为外交官或谈判代表。
ALMA并不是独一无二的，类似国际大型计划在天文界已变得越来越普遍。以1平方千米天线阵（SKA）为证，该项目在澳大利亚和南非建造3 000个射电望远镜、占地大约1平方千米。随着项目成本超过了数十亿美元的阈值，各国政府都认识到不能自己单干――ALMA或许汲取了这方面的经验教训。“我认为这曾经是一个最大的科学项目，”位于华盛顿的射电天文研究管理公司的联合大学公司（AUI）主席伊桑·施雷尔（Ethan Schreier）说。AUI负责管理和运行NRAO，“但是我们却让它运作了起来。”
各有侧重
ALMA可追溯到20世纪80年代。当时欧洲最感兴趣的是来自尘埃中的红外光（尘埃遮蔽了许多宇宙的第一代星系），这种红外光可以被用来估算隐藏在尘埃中的早期星系的大小、亮度和早期星系中所包含的恒星――对于天文学家而言，关键是试图把星系形成的历史拼凑在一起。随着宇宙的膨胀波长变得更长，这种光到达地球其波为毫米波辐射――能够在白天或晚上被探测到，只要在此过程没有过多的大气水汽即可。为了认识这些最早期的尘埃星系（也是最遥远、最暗淡的），欧洲天文学家计划在阿塔卡玛沙漠的盐碱滩上建造16米碟型天线阵，占地超过1千米。
美国天文学家感兴趣的则是银河系中恒星的形成，他们为此通过放置更加紧密的8米宽碟型天线阵以此得到更好的图像质量。同时，他们还想探测更短的从未被探索的亚毫米波段，用于研究来自星际气体云中的分子的化学发射谱线。他们之所以选择查南托高原作为观测点，是因为这里的高度及干燥有利于对亚毫米波的观测，位置对于天线阵而言足够的平坦以至于能够移入各种配置。
1997年，ESO台长里卡尔多·贾科尼（Riccardo Giacconi）和NRAO台长保罗·V·布特（Paul V. Bout）签署了一个联合决议――由64个碟型天线构成的ALMA装置：美国和欧洲的碟型天线将在一个狭窄视野中提供高分辨率细节，并给出诸如银河系中心或银河系形成新恒星的不规则星云等大型天文对象一个更完整的视图。2004年日本加入，并于天线阵的中心建造16个碟型天线。
文化差异
“你不得不了解每个人的信念，”格劳夫说。文化差异也是需要考虑的。往往在恳请日本同事评论时，他们才会发表意见。在谈及设定最后期限的类似教训时，ALMA副主任艾莉森·佩克（Alison Peck）说：“在日本，错过最后期限是不允许的。在美国，你通常能找出合理借口而要求延期。在欧洲，甚至很少担心最后期限的问题。”
ALMA的混杂特性在12米碟型望远镜中显露无遗。从一开始，技术要求是“真正令人望而生畏的”，NRAO现台长、ALMA前项目主管托尼·比斯利（Tony Beasley）说。每个碟型天线要在0.6角秒（相当于手臂距离上的一个细菌大小）内能够准确指向天体目标，反射表面精度为25微米（大约为人类头发直径的四分之一），同时其结构材料还要面对查南托恶劣的气候环境。
而满足这些要求的最便捷方法是ESO和NRAO共同分享一个单一设计和单一承包商。但是，NRAO要承包给美国公司Vertex，而ESO坚持由一个欧洲联合机构来承包，双方不肯妥协。结果在2005年，该项目被重新设计――NRAO和ESO分别贡献25而非32个天线，为此，美国和欧洲对ALMA的资助从6.5亿美元上升到10亿美元。与此同时，日本把天线制造承包给三菱电机公司。
在ALMA的操作保障设备（OSF）中，这三个公司设计了各自独立的网站。然而，要辨别其中的一个设计是否会胜过其他方案还为时尚早。ESO的碳纤碟型天线可以在更小的误差下改变指向位置，但不能确定其内部传动装置随天气变化情况可以保持多久。得克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家尼尔·埃文斯（Neal Evans）认为，尽管迄今所有的天线都运行良好，但未来存在这三个不同设计所带来的额外操作成本加重ALMA的负担。“你会需要不同的零配件，并且也要了解操作不同设备的人员。”
宏伟目标
虽然令人头疼的事情不少，但天线阵建造正在查南托高原稳步推进。2007年，ALMA联合天文台（JAO）小组举着盛满饮用水的杯子庆祝两个碟型天线的首次连接――把天线信号连接后产生天空的一个复合视图（ALMA有一个严格的禁酒规定，因为即使在2 900米高度也会影响人的判断力）。
2011年9月，16个碟型天线已经安装完毕，ALMA开始了它的观测使命。此时已经有超过100个项目观测申请，其中绝大多数观测目标是银河系附近的天体，范围从附近星系中糖相关分子的探测到坍塌成巨恒星的气体团等。
不久，天体观测目标变得更加雄心勃勃。射电阵列的数学意味着在天线间隔和图像分辨率之间的一个反比关系：天线基线（天线之间的距离）越长，其视场越小并且分辨率越高。基线的数目决定了如何完成一个ALMA图像。同时，天文台也能够通过移动在高原周围的天线而改变基线。
今年1月，ALMA开始了它的第二轮观测，这些观测通过使用32个12米宽的碟型天线（它们的基线为1千米）。在此轮观测中，首次结合了一些在天线阵中央的较小日本碟型天线。在2014年将进行的第三轮观测中，ALMA的天文学家希望届时通过40个碟型天线并计划它们的基线为2千米；而由此产生的高分辨率将帮助天文学家理解在遥远星系中恒星的形成，届时看到的宇宙或是年轻的，或其化学成分是不同的。德国马普外层空间物理学院的天文学家琳达·塔科尼（Linda Tacconi）说：“ALMA很可能开辟一个全新的恒星形成领域。”
ALMA也将能够准确描述天体的距离和年龄。通常这种测量是需要分两步进行。研究人员首先需要在射电天文设备上定位天体目标――例如一个远距离星系――然后必须在光学望远镜上把微弱光分裂成它的光谱分量以及确定由不同元素和分子存在所引起的发射或吸收线（通过测量由宇宙膨胀所引起的波长大小，观测者能够估算出它的距离有多远）。这通常要花费很长时间。
而ALMA能够在几分钟内完成上述的工作。ALMA观测已经证明了奇怪的明亮早期星系实际上是由多个较小星系聚集在一起的结果。这个发现对于理论学家而言是一种安慰。长期以来，理论学家们一直无法算出如此明亮、巨大的星系是如何在早期宇宙中形成的。
一旦ALMA达到了10千米或更大的基线，天文学家就能够把注意力转向我们银河系中恒星的形成。天文台已经探测到在银盘中新生恒星周围中的气流，横跨的一个间隙表明了一颗巨行星的存在。最终，对于一些最接近地球的恒星而言，天文学家能够试着去观测那些正在并合行星中的漩涡气体。
未知世界
许多天文学家认为ALMA需要开辟一条新路。为此，他们正呼吁一个“深视野巡天”计划――一片天区的曝光时间为几百个小时，这一足够长的时间以至于能够在该视场中使得极其暗弱的天体成像，并且能够对宇宙第一代恒星的形成惊鸿一瞥。“我认为这是必须要做的事情，”ESO的ALMA项目科学家李奥纳多·泰斯蒂（Leonardo Testi）说。
问题是JAO是否足够的强有力引领ALMA的参与者一起来做深视野巡天。哈勃空间望远镜已经在过去的20年里进行了如此的巡天观测。与哈勃主管不同，ALMA主管有着很少的可支配时间――几乎每个数据读出时刻都是被指定的。为了做一个深视野巡天，参与者们将不得不捐献时间――这是一个很难的决定，鉴于现在每个观测时段大约接受6个观测提案。
这个问题在JAO中引起了抱怨：因为没有任何一个参与者能够发号施令。欧洲和美国在其中的角色可谓平分秋色，日本稍逊，但是欧洲和美国没有一个是领导者。
由ALMA和哈勃空间望远镜观测到的触须星系
比斯利怀疑，如果欧洲或美国成为领导者的话，其过程会变得流畅很多。他说，从利弊关系而言，其他项目的资助者或许会接受一些与他们利益背道而驰的决策。但一个像ALMA这样的项目，即使是少数资金资助者也都是耗资数亿美元，资助机构会努力保护自己的利益。“在这一点上没有人会放弃。”
比斯利认为，从一开始便成立一个权威的中央集权似乎更好，能够说服资助机构授予它享有的预算权力。这已有先例，特别是受条约管理的欧洲核子中心（CERN），其成员国每年都要支付费用。很难想象NSF会放弃对ALMA的控制权。短期内，ALMA很可能是一个相对松散的联盟组织，项目的成功也将依赖于参与者的洞察力和付出。ALMA主管需要认识到这一点，即依靠个人魅力而不是口号来实现成功之路。
ALMA前任主管马西莫·马伦戈（Massimo Tarenghi）有些顽皮，格劳夫则谦虚礼让，考克斯其个人魅力或许是他的亮点：这位新任主管似乎永远咧着嘴在微笑。马伦戈希望考克斯四月接管ALMA后这些微笑还能留在脸上。“经历最多的人是可怜的主管，”他挖苦地说。
自上而下
在ALMA大概逗留了一小时，期间考克斯实际上正遭受着缺氧的折磨。然而他似乎沉浸在幸福之中。“我很幸运，也兴奋不已，”他说，“这是我去过的最寒冷的地方之一。”准备下山时，考克斯在车内拿着一个氧气饱合计，此时读数为70%，然后是76%。当接过驾驶员递上的氧气罐呼吸后，读数超过了90%。
或许是大脑加入了氧气，考克斯开始喋喋不休了。高红移宇宙将仅仅是个开始，他说。他不完全满足于跟踪那些早已被发现的天体目标，“总是会有意外的惊喜。”当汽车经过一个小羊驼后，ALMA的碟型天线逐渐消失在身后。或许氧气有着催眠效果，格劳夫开始打盹，考克斯大声打了个哈欠。慢慢地，他的眼睛也闭上了。而在世界之巅的一个孤立平原上，ALMA的“眼睛”却仍然在“观看”天空，并警惕着宇宙最早期的曙光。
资料来源 Nature
责任编辑 则 鸣