Астрономическая обсерватория Иллинойсского университета , расположенная по адресу 901 S. Mathews Avenue в Урбане, штат Иллинойс , на территории кампуса Иллинойсского университета Урбана–Шампейн , была построена в 1896 году по проекту Чарльза А. Ганна . Она была включена в Национальный реестр исторических мест 6 ноября 1986 года, а 20 декабря 1989 года была признана Национальной исторической достопримечательностью . [3]
Хотя ни один из астрономических инструментов сегодня не используется для профессиональных исследований, в обсерватории по-прежнему имеется 12-дюймовый рефрактор Брашира . Обсерватория сыграла ключевую роль в развитии астрономии, поскольку она стала домом для ключевого новшества в области астрономической фотометрии . Объектом руководили такие известные ученые, как Джоэл Стеббинс и Роберт Хорас Бейкер . [4]
Возведенная по распоряжению Генеральной Ассамблеи Иллинойса, обсерватория Иллинойсского университета стала важной в развитии астрономии , во многом благодаря новаторским исследованиям доктора Стеббинса с 1907 по 1922 год. [3] Джоэл Стеббинс покинул Иллинойсский университет в 1922 году, но оставил после себя наследие открытий, которые помогли изменить облик современной астрономии. Здание служило кафедре астрономии Иллинойсского университета с момента ее открытия до 1979 года, когда кафедра переехала в новое, более просторное здание, чтобы разместить свой растущий штат сотрудников. [5]
Занятия по астрономии в Университете Иллинойса ведутся с самых первых дней. Первые курсы были сосредоточены на измерении ночного неба и посещались студентами-строителями для оттачивания своих геодезических навыков. К 1872 году была построена небольшая обсерватория, состоящая из 4-дюймового рефрактора и небольшого транзитного телескопа. Курсы по астрономии обычно преподавались на кафедре математики, и к началу 1890-х годов несколько преподавателей математики захотели больше заниматься астрономией. Расширенная программа обучения астрономии потребовала бы нового более крупного объекта.
Законодательное собрание штата Иллинойс проголосовало в 1895 году за финансирование новой учебной обсерватории в Университете Иллинойса , выделив 15 000 долларов на строительство. Местом строительства был выбран травяной холм между Мэтьюз-авеню и Беррилл-авеню, к северу от Морроу-Плотс , национального исторического памятника, который является старейшим экспериментальным полем страны. Контракты были продлены с Чарльзом А. Ганном, архитектором и инструктором на кампусе, и Bevis and Company в Урбане в качестве генерального подрядчика, строительство началось в апреле 1896 года. [6] Здание было завершено к августу, общая стоимость составила 6 800 долларов. [5] Главный телескоп был установлен в ноябре, а последний телескоп был установлен к февралю 1897 года.
Первым директором обсерватории был Джордж У. Майерс . Майерс был уроженцем округа Шампейн, окончившим университет в 1888 году. Он остался преподавателем математики, также преподавая весенний курс описательной астрономии. Готовясь к директорству, он провел два года в Мюнхене, где получил степень доктора наук по астрономии. В свой первый год в качестве директора Г. У. Майерс объявил об открытии источника переменности звезды Бета Лиры на конференции, посвященной открытию Йеркской обсерватории . [5] Он занимал пост директора с 1897 по 1900 год, после чего уехал в Чикагский университет . [5] В. К. Бренке, преподаватель астрономии, исполнял обязанности директора до тех пор, пока в 1903 году не был нанят новый директор.
До 1907 года все измерения звездных величин производились путем визуального сравнения относительной яркости , что было медленным и неточным процессом. Более поздние фотографические методы использовали звездный свет для создания изображения на фотопластинке. Несмотря на это, ни один из методов не был пригоден для количественных измерений. Недостаток предыдущих методов измерения звездной величины сделал использование электричества для эмпирического сбора астрономических данных революционным для науки астрономии . Пионерские исследования Джоэла Стеббинса в области астрономической фотометрии проводились в обсерватории. [6]
Стеббинс прибыл в качестве директора обсерватории Иллинойсского университета после того, как он получил докторскую степень в Калифорнийском университете в Беркли в 1903 году. Как только Стеббинс прибыл, только что защитив диссертацию в Ликской обсерватории , он начал двухлетнее исследование яркости 107 двойных звезд с использованием визуального фотометра Пикеринга. Исследование, при содействии его жены, Мэй Стеббинс, изучало относительную яркость двойных звезд с использованием визуальных методов. В своей речи в 1957 году в Американском астрономическом обществе Стеббинс вспомнил события, которые привели к появлению электрических элементов: [6]
Она [Мэй Стеббинс] записала числа, как их называл наблюдатель, но после нескольких ночей записи сотни показаний только для того, чтобы получить одну величину, она сказала, что это довольно медленное дело. Я ответил, что когда-нибудь мы будем делать все это с помощью электричества. Это было роковое замечание. После этого она часто подталкивала меня вопросом: «Когда вы собираетесь перейти на электричество?» Случилось так, что через два или три месяца кафедра физики устроила день открытых дверей, и один из экспонатов был под [руководством] молодого преподавателя, Ф. К. Брауна. Он показал, как, когда он включал лампу, чтобы осветить селеновую ячейку, звонил колокольчик, когда лампа выключалась, звонок прекращался. Вот в чем была идея: почему бы не включить звезду в ячейку на телескопе и не измерить ток? [6]
Стеббинс и Фэй К. Браун вскоре стали друзьями, и со временем они установили селеновую ячейку на 12-дюймовом (300 мм) телескопе в обсерватории. Летом 1907 года после нескольких попыток им удалось построить кривую блеска Луны и измерить яркость Луны во время лунного затмения. Это был первый случай в Америке, когда электричество использовалось для измерения астрономической яркости. [5] Позже Стеббинс пошел дальше, обнаружив, что, охлаждая ячейку до нуля градусов по Фаренгейту, он удваивает чувствительность ячейки и уменьшает неровности в цепи в десять раз, а еще больше, уменьшая размер ячейки, неровности уменьшались еще больше. Пара продолжила обнаруживать звездную интенсивность и активность, которые ранее не регистрировались. [6] В 1909 году их наблюдения за Алголем впервые обнаружили второй минимум, а также яркость края. Появление кометы Галлея в 1910 году позволило Стеббинсу в мае использовать свой селеновый фотометр для изучения кометы. [5] Два года спустя Стеббинс использовал фотометр и открыл четыре звезды, которые были затменными двойными звездами: Бета Возничего , Спика , Альфа Северной Короны и Дельта Ориона . [5]
Хотя фотометр на основе селеновой ячейки оказался успешным, его было сложно использовать, и он был не очень чувствительным. Профессор физики из Иллинойса Якоб Кунц предложил Стеббинсу попробовать фотоэлектрическую ячейку. Кунц экспериментировал с усовершенствованной фотоэлектрической ячейкой на основе щелочи . Ячейка Кунца была предшественником современного « электрического глаза ». [6] Стеббинс уехал в отпуск в Европу осенью 1912 года. Пока его не было, Кунц и другой физик из Иллинойса, В. Ф. Шульц, успешно испытали фотоэлектрическую ячейку в обсерватории.
Вернувшись из отпуска в августе 1913 года, Стеббинс завершил свою новаторскую работу с селеновой ячейкой и начал работать с Кунцем над новым фотометром.
В 1915 году объектом исследования Стеббинса стала звезда, вовлеченная в первое крупное открытие Майерса в обсерватории, Бета Лиры. [5] Таким образом, он начал агрессивную исследовательскую программу, которая привела к серии статей в Astrophysical Journal о затменных двойных лямбда Тельца , Алголь, 1H Кассиопеи (HR 8926), эллипсоидальных переменных π5 Ориона и b Персея, а также Новой Орла ( V603 Aquilae ) в 1918 году. Стеббинс и Кунц также отправились в Вайоминг, чтобы изучить солнечное затмение 8 июня 1918 года . [5] Доктор Элмер Дершем присоединился к штату обсерватории в 1917 году и перестроил фотометр летом 1919 года. К 1922 году Чарльз Уайли завершил первую докторскую диссертацию по астрономии в Иллинойсе за свои фотоэлектрические исследования цефеиды Η Aquilae и сигмы Aquilae, отметив ее изменения, вызванные приливными искажениями.
В 1913 году Стеббинс был награжден премией Рамфорда Американской академии искусств и наук, а в 1915 году медалью Генри Дрейпера Национальной академии наук. Исследования также поддерживались грантами из фонда Дрейпера Национальной академии наук и фонда Рамфорда Американской академии искусств и наук. Стеббинс был должностным лицом Американского астрономического общества и был одним из американских делегатов в 1918 году, присутствовавших на организационном собрании Международного астрономического союза в Брюсселе.
В 1922 году Стеббинс покинул Иллинойсский университет и перешел в обсерваторию Уошберна в Висконсине, а доктор Роберт Х. Бейкер занял пост нового директора обсерватории Иллинойсского университета. Однако открытия и наука продолжались в обсерватории университета. [5]
Когда прибыл Роберт Бейкер, он продолжил программу фотоэлектрической фотометрии, сосредоточившись на переменных звездах. Он продолжал использовать 12-дюймовый рефрактор до 1927 года, когда был построен новый фотометр и прикреплен к 30-дюймовому рефлекторному телескопу в пристройке обсерватории. [7] Он руководил двумя аспирантами, которые работали с этим оборудованием в начале 1930-х годов. 27 мая 1933 года звезда Арктур дала свет, который упал на фотоэлемент в пристройке обсерватории и послал сигнал к открытию Всемирной выставки в Чикаго . [5] [7]
Великая депрессия вскоре была в полном разгаре [5] , и бюджет факультета упал с 1000 до 200 долларов. Именно в это время доктор Бейкер написал ряд книг. В 1930 году он написал учебник « Астрономия» , за которым в 1932 году последовал «Разворачивание Вселенной » и его переработанная версия «Астрономии для всех» Саймона Ньюкомба . В 1934 году Бейкер описал воображаемое путешествие на Луну в книге « Когда появляются звезды» . Его второй учебник «Введение в астрономию» также появился в 1934 году. «Введение в созвездие» было опубликовано в 1937 году, а с помощью Говарда Зима в 1951 году — «Звезды: путеводитель по небесам» . Его учебники использовались по всей стране для курсов по астрономии бакалавриата и считались классикой.
После двух отпусков в Гарварде интерес Бейкера переместился с фотометрии на Млечный Путь. В 1939 году 30-дюймовый рефлектор был заменен фотографическим телескопом Росса, и в 1939—1951 годах Бейкер использовал фотографический телескоп обсерватории для подсчета звезд в Млечном Пути и определения их распределения в рамках проекта Гарвардского университета по подсчету звезд. [7] Это было основным направлением исследований до выхода Бейкера на пенсию в 1951 году. 12-дюймовый рефрактор использовался только для обучения, дней открытых дверей и для школьных групп.
Университет увеличил размер кафедры и нанял доктора Джорджа К. МакВитти в качестве следующего директора. После прибытия осенью 1952 года МакВитти начал реконструкцию основных инструментов обсерватории. 12-дюймовый рефрактор и 3-дюймовый транзитный телескоп были восстановлены в 1954 году компанией JW Fecker Company. Он также начал расширять преподавательский состав. Доктор Стэнли Уайетт присоединился к факультету в 1953 году, Джордж Свенсон и Айвен Кинг в 1956 году, Кеннт Йосс, Джон Дикель и Джеймс Калер в 1964 году и Эдвард Олсон в 1966 году. С прибытием Джорджа Свенсона в Иллинойсе началась программа радиоастрономии, результатом которой стала радиообсерватория Вермиллион-Ривер , открытая в 1962 году. Обсерватория Прерий была оптической обсерваторией, состоящей из 40-дюймового телескопа, и была завершена в 1967 году. К моменту выхода на пенсию доктора Маквитти в 1971 году кафедра, состоявшая из одного астронома, расширилась до девяти преподавателей с исследовательскими интересами в области теории относительности, космологии, небесной механики, теории возмущений, динамики звездных скоплений, планетарных туманностей, планет, сверхновых и радиоастрономии. Факультет, который до 1951 года выпускал только пять ученых степеней, за время правления Маквитти выпустил 29 магистров и 14 докторантов.
4 октября 1957 года, в самый вечер запуска Спутника , студенты и преподаватели встретились в обсерватории и построили импровизированный радиоинтерферометр. Они опубликовали первую точную эфемериду в журнале Nature в ноябре. Их успех помог набрать обороты и финансирование для программы радиоастрономии.
Обсерватория претерпела значительные изменения и дополнения в 1956 и 1966 годах для размещения растущего состава преподавателей (см. раздел «Архитектура» ниже). В 1967 году 12-дюймовый телескоп обсерватории провел свои последние профессиональные фотометрические наблюдения. [5] Астрономический факультет Иллинойсского университета переехал из здания в 1979 году. В 1986 году тысячи людей собрались на площадке, чтобы наблюдать за путешествием кометы Галлея во внутреннюю часть Солнечной системы . [5]
Обсерватория больше не используется в исследовательских целях, хотя телескоп по-прежнему используется в качестве учебного пособия на занятиях по астрономии в университете. [4] Кроме того, Астрономическое общество Иллинойсского университета часто использует телескоп для любительской астрономии и астрофотографии. Купол обсерватории подвергся реконструкции, которая включала перекраску в 1996 году. [4]
В 2009 году профессора Лесли Луни и Бенджамин Макколл построили спектрометр на первом этаже обсерватории и проложили оптоволоконный кабель к телескопу в куполе. Они использовали его для преподавания астрохимии, пока 50-волоконный жгут не был оборван.
В 2013 году телескоп был отсоединен от монтировки, вынут из купола через щель купола и помещен на грузовик для отправки в Суортмор, штат Пенсильвания, для ремонта компанией Ray Museum Studios. Оптика телескопа была очищена, а внешняя часть отполирована. Пока телескоп отсутствовал, купол был перекрашен, как и внутренние стены и пол. Общая стоимость ремонта составила около 54 000 долларов.
Основной инструмент — рефрактор с 12-дюймовой апертурой и фокусным расстоянием 15 футов. Оптика — John A. Brashear из Питтсбурга, механические части — Warner & Swasey Company из Кливленда. Окуляры обеспечивают увеличение от 130 до 720 крат.
Он установлен на прямоугольной чугунной колонне весом в две тонны, которая покоится на каменной опоре. Через стеклянную дверь в колонне вы можете видеть приводные часы, которые поддерживают поворот телескопа на запад в соответствии со звездами, так что звезда остается в поле зрения до тех пор, пока астроном хочет ее наблюдать. Телескоп вращается по двум осям в верхней части колонны. Одна ось наклонена вверх к северному полюсу небес; другая под прямым углом к ней, и именно к ней прикреплена труба телескопа. Два больших круга обеспечивают градуированные шкалы для определения местоположения объектов по их координатам. Инструмент можно поворачивать по этим осям в любую часть неба. Это тяжелый инструмент, но он настолько хорошо сбалансирован, что астроном легко перемещает его одной рукой.
Основной транзитный круг представлял собой 3-дюймовый комбинированный транзитный и зенитный телескоп, разработанный Warner & Swasey специально для Иллинойса. Объектив Джона Брашира удерживался на месте специальной ячейкой, которая компенсировала различную температурную проводимость латуни и стекла, так что температура не влияла на расположение или разделение линз. Обозначенный как модель M-505, транзит включал в себя уровень, микрометр и встроенный реверсивный механизм. Этот транзит находился в восточно-центральной транзитной комнате, обеспечивая прямой доступ в комнату с часами через небольшое окно. Инструмент стоил 1200 долларов в 1896 году.
Круг транзита был способен определять как прямое восхождение, так и склонение звезды, в отличие от более простого и распространенного инструмента транзита, который может определять только прямое восхождение. Такой инструмент также мог использоваться для установки часов обсерватории путем наблюдения за стандартными звездами, положение которых было точно известно.
Кроме того, имелись три других меньших транзитных телескопа, двое часов Клеменса Рифлера из Мюнхена и другие принадлежности, включая секстанты, хронометры и учебные пособия.
Само здание выполнено в традиционном стиле обсерватории , в стиле колониального возрождения, в форме буквы Т. Купол возвышается на 35 футов (11 м) в воздух. [6] Обсерватория была построена на одноэтажном Т-образном плане, обращенном на север, из римского кирпича цвета буйволовой кожи (из Индианы ) и имеет известняковые перемычки и подоконники . Крест буквы Т имеет длину 75 футов (23 м) с востока на запад и глубину 25 футов (7,6 м), его стержень расположен на юге, по центру оси восток-запад и имеет глубину 26 футов (7,9 м) и ширину 25 футов (7,6 м). Восьмиугольная смотровая башня возвышается на 25 футов (7,6 м) в воздух на пересечении буквы Т, где она становится куполом и продолжается до высоты 35 футов (11 м). На уровне пола второй экваториальной комнаты балюстрада опоясывает внешнюю часть башни. Башня увенчана большой круглой известняковой плитой, которая несет купольный трек. Внутри диаметр купола составляет 24,5 фута (7,5 м), а его зенит — 24 фута (7,3 м) над полом. Щель купола, которая все еще работает, имеет отверстие 44 дюйма (1100 мм) и может быть открыта или закрыта вручную за считанные секунды. Башня купола и экваториальная комната являются оригинальными, за исключением моторного привода, который заменил старый метод вращения купола с помощью каната и шкива. [6] По состоянию на сентябрь 2014 года моторный привод обслуживался, и метод каната и шкива снова использовался.
В центре экваториальной комнаты находится 12-дюймовый (300 мм) рефракторный телескоп 1896 года . Построенный фирмой Warner and Swasey, Кливленд, штат Огайо , телескоп стабилизирован на кирпичном пирсе, который простирается вниз в скалу и никак не прикреплен к зданию. [6] Телескоп стоил 4500 долларов и до сих пор имеет оригинальное кресло наблюдателя, упомянутое в контракте с Bevis and Company по цене 25 долларов. Вестибюль, расположенный под экваториальной комнатой, восьмиугольной формы, расположен по центру кирпичного пирса. В вестибюле сохранились оригинальные лестницы, столбы, балюстрады и деревянные полы; он до сих пор используется по своему первоначальному назначению — для хранения вещей. [6]
В восточном и западном крыльях здания когда-то было по транзитной комнате. В каждой из комнат был установлен транзитный телескоп на кирпичном пирсе; пирсы все еще видны в подвале под транзитными комнатами. Западные транзитные комнаты были преобразованы в офисные помещения к 1920-м годам. Восточные транзитные комнаты были преобразованы в офисные помещения совсем недавно. [6]
Снаружи здание обсерватории имеет кирпичный карниз с каменными подоконниками и перемычками, каменным водостоком, декоративными желобами и оригинальными медными водосточным трубами. Большинство окон здания — деревянные двухстворчатые и оригинальные, как и фрамуга входной двери и бетонное крыльцо. Оригинальная передняя балюстрада была заменена, однако западное крыльцо и декоративная железная балюстрада по-прежнему оригинальные. [6]
Помимо переоборудования транзитной комнаты в офисное помещение, в здании в прошлом проводились и другие крупные работы. Юго-западный угол здания был построен в 1956 году из кремового кирпича для размещения дополнительных учебных классов и офисных помещений. Пристройка 1956 года позаботилась о том, чтобы воспроизвести почти каждый аспект оригинального здания, за исключением цвета. Еще одно крупное дополнение произошло в 1966 году со строительством большого восточного крыла. Из того же кремового кирпича, что и пристройка 1956 года, оно также попыталось имитировать более тонкие детали здания. Пристройка восточного крыла 1966 года обеспечила больше офисных помещений. Этот проект также включал место для новой темной комнаты и лаборатории радиотелескопа . [6] Подвал обсерватории и купол, в котором находится рефрактор, до сих пор используются кафедрой астрономии в Университете Иллинойса и Астрономическим обществом Иллинойсского университета, студенческой организацией на территории кампуса. [4]
Обсерватория имеет важное значение в астрономии из-за ее связи с развитием селена и фотоэлектрического элемента . Элемент произвел революцию в науке астрономической фотоэлектрической фотометрии , используя электричество для измерения яркости звезд, обеспечивая более точное и правильное измерение по сравнению с визуальными и фотографическими методами, распространенными в то время. Эта ветвь астрономии измеряет звездную величину . Исследования, касающиеся фотометрии, проводились на 12-дюймовом (300 мм) рефракторном телескопе Warner and Swasey в экваториальной комнате на втором этаже. В результате работы доктора Стеббинса по определению звездной величины с помощью фотоэлектрической фотометрии это стало стандартной техникой. [6] Благодаря этой астрономической важности обсерватория была включена в Национальный реестр исторических мест 6 ноября 1986 года, а 20 декабря 1989 года Министерство внутренних дел США объявило обсерваторию Университета Иллинойса Национальной исторической достопримечательностью . [3]
Примечания
Дальнейшее чтение
