圣佩德罗德阿塔卡马 参观阿塔卡马毫米/亚毫米波射电望远镜阵列 (ALMA) 并非易事。在驾车穿过荒凉的高原去见我的向导，ALMA 访客协调员 Danilo Vidal 后，第一站是健康检查。仅仅是为了在那里待上几个小时，ALMA 的工作人员就在运营支持设施生活和工作，以解开宇宙的奥秘，我就必须证明我的心跳不是太快也不是太慢，并且我的血液至少有 80% 被氧气饱和（在最近一次海平面的体检中，我的成绩是 96%）。
但极端环境并没有阻止近二十个国家携手合作，打造地球上最具雄心的天文工具。让 66 台最先进的天线在高如珠穆朗玛峰大本营的设施中同步运行，需要数百名工程师和其他工作人员以军事般的精确度进行操作。该机构在经过数十年的建设和六年的升级后，现已全面投入运行，终于将其大部分精力投入到其主要目标之一：观测年轻恒星周围旋转的尘埃发出的热光。ALMA 的观测已经改写了这些系统如何从沙尘云演变成行星家族的故事，这也是地球如何成为太阳系第三颗岩石的故事。
91% 的血氧饱和度让我获得了继续前进的许可，尽管 Vidal 还是给了我一罐一次性氧气以备不时之需。然后我们爬进他的 SUV，他连接了自己的鼻导管，该导管通往两个重型氧气罐。“规定，”他说，当我们开始前往查哈南托高原顶部时，仙人掌和骆驼羊在我们身边以规定的每小时 20 英里的速度滚过。
我们的眼睛偏向于我们能看到的彩虹色，但宇宙中充斥着许多其他类型的光。恒星在可见光谱的跨越和之外燃烧，黑洞发出 X 射线和无线电波，恒星爆炸射出各种射线。只有通过观察所有这些不同的“颜色”，我们才能对宇宙有一个完整的画面。
ALMA 观测的波长约为一毫米，它充当了世界上最出色的夜视镜。物体发出的光线类型取决于其温度，而该天文台的天线使其能够分辨出那些温度不够高而无法像恒星一样发光的物体。在它眼中，寒冷的尘埃在寒冷的太空背景下发出明亮的光芒，这与红外相机如何看到发光的温暖身体相似。事实上，ALMA 对可见光完全是盲的，这使得它可以在白天和晚上观测天空。
尘埃的故事就是我们所见一切的故事，这就是为什么北美、亚洲和欧洲的天文界与智利政府联合起来，并花费 15 亿美元在地球上最干旱的山顶建造了一个天文台。太空中的氢气云坍缩成恒星，旋转成剩余尘埃盘，最终盘绕成构成太阳系的行星、小行星和彗星。我们可以近距离研究我们自己的宇宙邻居，但研究人员渴望获得更多样化、更年轻的例子来区分模式和巧合。
计算机模型在很大程度上实现了这一目标，但没有任何东西可以替代捕捉行星形成过程的图像。以前的毫米波仪器缺乏必要的功率，但在这方面，ALMA 已经带来了改变。“这种巨大的飞跃是很少见的，”哈佛-史密森天体物理中心的研究员肖恩·安德鲁斯说。“这就像从一个小手持望远镜升级到哈勃太空望远镜。”
在高原顶部，我立刻就看到了 ALMA 是如何拍出那些“大片”的。即使周围连一根草都没有，无法帮助大脑校准大小，但广阔的阵列运行点看起来非常巨大。但在我近距离看到天线之前，又到了进行健康检查的时间了。我们进入了 Vidal 所说的现在是世界上最高的科技建筑（去年一个尼泊尔的火车站停止运行了），我以仅剩 3% 的氧气饱和度勉强通过，继续参观。
ALMA 是一个干涉仪而不是望远镜，它的操作分布在 66 个大型碟形天线之间，这些天线跨越的范围对于任何单一仪器来说都是不可能的——超过一英里。这是我参观时的尺寸——每个 100 吨的天线都可以移动。两台巨型叉车，绰号为 Otto 和 Lore，每天搬运几台天线，进行一场不知疲倦的舞蹈，在几个月的时间里，将阵列扩展到前所未有的十英里。通过扩张和收缩，天文学家可以优先考虑细节或范围，就像智能手机的捏合缩放功能一样。他们只需要确保天线在整个过程中一直插着电（叉车有供电的电池系统）。如果电力中断，内部机械装置的温度远高于其零下 450 度的工作温度，那么驾驶员就会拿着一个价值数百万美元的砖块。
幸运的是，这种情况还没有发生。阵列终于满负荷运行，其成像能力是 2011 年首次亮相时的十倍，分辨率越来越高，使天文学家能够掌握行星形成的更精细细节。
根据哈佛大学天体化学小组的负责人、ALMA 董事会五名北美代表之一的 Karin Öberg 的说法，尘埃颗粒从“蓬松的沙子”到真正行星的旅程的第一步，很大程度上取决于它与邻居的相互作用，就像它与整个盘面的相互作用一样。实验室工作表明，行星种子首先变得粘稠，在与氢和氧碰撞时获得冰层。从数百光年外挑选出特定的元素非常困难，但 ALMA 已经发现了地外糖和酒精。
多年来，尽管我们脚下的经验证据证明了这一点，但理论上，比冰冷的尘埃团块长得更大是不可能的。模型预测，除非粒子以某种方式聚集在特殊的、更密集的区域，否则盘中的旋转力会在尘埃团块膨胀到米粒大小之前将其撕裂。
一个由加拿大维多利亚 NRC Herzberg 天体物理研究所的天体物理学家 Nienke van der Marel 领导的团队在 2013 年于荷兰莱顿大学工作期间，拍摄到了第一个此类“尘埃陷阱”的直接图像，证实了数十年的模型。“研究盘中过程的模拟者几乎独立于观测者工作，”她回忆道。“理论已经偏离了观测，而 ALMA 确实将其重新联系起来了。”
现在，该天文台的新数据让模拟者处于防守地位。当 ALMA 将其天线对准 HL Tau 星时，这是一颗年轻的恒星，距离地球 450 光年，周围环绕着尘埃云，它应该看到一个光滑的盘面。人们认为行星需要数百万年才能聚集，而这个系统几乎只有该年龄的十分之一。然而，2014 年传回的图像显示了一个发光的红色盘面，被半打清晰的凹槽分割——这可能是婴儿行星在绕轨道运行时吞噬尘埃的迹象。现在，肖恩·安德鲁斯领导的对 20 个此类盘面的即将发表的调查证实，HL Tau 是常态而非例外。无论行星如何形成，ALMA 的夜视功能都显示，它们无处不在——并且形成速度很快。
当我们回到高原半腰的运营支持设施时，Vidal 和我遇到了两位意大利电影制作人，他们因为未能通过健康检查而漫步在走廊里。他们有两个小时的时间等待第二次——也是最后一次——通过检查的机会。Vidal 推测他们忽视了早餐时不要贪图咖啡的指示。
现在可以安全地饮用咖啡因了，我们坐下来与来自圣地亚哥的、面容胡须的数据分析师 Matias Radiszcz 一起喝茶，他是这种操作的无名英雄。Radiszcz 与该设施的主要敌人——湿度——作战。即使在这个如此干燥的沙漠中，有些地方自艾萨克·牛顿时代以来就没下过雨，空气中仍然总是弥漫着水蒸气的痕迹。Radiszcz 实时调整天线以适应湿度。他还轮班担任值班天文学家，负责决定在数百个观测任务中运行哪些观测。
由于海拔高度和经常夜间的日程安排，ALMA 的工程师们不得不习惯于过着昏昏沉沉的生活，但参与解开地球起源的故事，使得他们远离家人一周的轮班和不眠之夜变得值得。“激励人的是身处正在发生事情的地方，”Radiszcz 说。“地球就像宇宙中的一片绿洲，你可以理解人类的价值和生命的脆弱。”
当 Vidal 送我返回圣佩德罗镇（阿塔卡马沙漠当地的绿洲）时，太阳刚刚开始在地平线下边缘落下，地球在旋转中将智利带离了它的光芒。我跳上租赁汽车，慢慢地开车下山，身后扬起一层薄薄的尘埃。
本文的报道部分得到了国家科学基金会资助的支持。
