Телескоп Ловелла ( / ˈlʌvəl / LUV - əl ) — радиотелескоп в обсерватории Джодрелл-Бэнк , недалеко от Густри , Чешир , на северо-западе Англии . Когда строительство было завершено в 1957 году, телескоп был крупнейшим в мире радиотелескопом с поворотной тарелкой диаметром 76,2 м (250 футов); [1] сейчас он является третьим по величине после телескопа Грин-Бэнк в Западной Вирджинии , США, и телескопа Эффельсберг в Германии. [2] Первоначально он был известен как «250-футовый телескоп» или радиотелескоп в Джодрелл-Бэнк, а затем стал телескопом Mark I примерно в 1961 году, когда обсуждались будущие телескопы ( Mark II , III и IV). [3] Он был переименован в Телескоп Ловелла в 1987 году в честь сэра Бернарда Ловелла , [4] и стал памятником архитектуры I степени в 1988 году . [5] [6] [7] Телескоп является частью MERLIN и Европейской сети VLBI. массивы радиотелескопов.
И Бернард Ловелл, и Чарльз Хасбенд были посвящены в рыцари за участие в создании телескопа. [8] В сентябре 2006 года телескоп выиграл онлайн-конкурс BBC по поиску величайшей «невоспетой достопримечательности» Великобритании. [9] В 2007 году исполнилось 50 лет телескопу.
Если воздух достаточно чистый, телескоп Mark I можно увидеть с высотных зданий в Манчестере , таких как Битэм-тауэр , а также с Пеннинских гор , Уинтер-Хилла в Ланкашире , Сноудонии , замка Бистон в Чешире и Пиковый район . Его также можно увидеть из выходящих на юг окон ресторанной зоны Терминала 1 и залов вылета аэропорта Манчестера .
Бернард Ловелл построил Транзитный телескоп в Джодрелл-Бэнк в конце 1940-х годов. Это был радиотелескоп диаметром 218 футов (66 м), который мог смотреть только прямо вверх; Следующим логическим шагом было создание телескопа, который мог бы смотреть на все части неба, чтобы можно было наблюдать больше источников, а также для более длительного времени интегрирования. Хотя Транзитный телескоп был спроектирован и построен астрономами, которые его использовали, полностью управляемый телескоп необходимо будет спроектировать и изготовить профессионально; Первой задачей было найти инженера, готового выполнить эту работу. Им оказался Чарльз Хасбэнд , которого Ловелл впервые встретил 8 сентября 1949 года. [10] [11]
Два круглых 15-дюймовых привода башни и связанные с ними шестерни от 15-дюймовых (38-см) орудийных башен были куплены по дешевке в 1950 году; они были взяты с линкоров Первой мировой войны HMS Revenge и Royal Sovereign , которые в то время разбирались. [12] Подшипники стали двумя основными опорами высотного вращателя телескопа, вокруг которых были спроектированы соответствующие части телескопа. [13] Муж представил первые чертежи предлагаемого гигантского полностью управляемого радиотелескопа в 1950 году. с уточнениями, эти планы были подробно описаны в «Синей книге», [14] которая была представлена DSIR 20 марта 1951 года, [15] предложение было одобрено в марте 1952 года .
Строительство началось 3 сентября 1952 года. [17] Фундамент телескопа был завершен 21 мая 1953 года после погружения в землю на глубину 90 футов (27 м). [18] [19] Затем потребовалось до середины марта 1954 года, чтобы завершить строительство двойной железнодорожной линии из-за их требуемой точности. [20] [21] Центральная ось была доставлена на площадку 11 мая 1954 года, [22] а последняя тележка - в середине апреля 1955 года. [23]
Чаша телескопа изначально должна была иметь поверхность из проволочной сетки для наблюдения на длинах волн от 1 до 10 метров (от 3,2 до 32 футов), то есть на частотах от 30 до 300 МГц; [24] она была заменена на стальную поверхность, чтобы телескоп мог наблюдать линию водорода длиной 21 см (8 дюймов) , которая была открыта в 1951 году. [25] Кроме того, в феврале 1954 года Ловелл и министерство авиации встретились, чтобы посмотреть, есть ли Можно было бы выделить финансирование для повышения точности антенны, чтобы ее можно было использовать на сантиметровых волнах, для исследований на этих длинах волн для Министерства, а также для «других целей». Хотя финансирование от Министерства авиации в конечном итоге не было получено, процесс планирования уже продвигался, поэтому это улучшение все равно было внесено. [26]
Телескоп был сконструирован таким образом, чтобы чашу можно было полностью переворачивать. Первоначально предполагалось использовать подвижную башню в основании телескопа для смены приемников в фокусе. [27] Однако передвижная башня так и не была построена, в том числе из-за финансовых ограничений и того факта, что большая часть приемного оборудования была размещена у основания телескопа, а не в фокусе. [27] Вместо этого приемники были установлены на 50-футовых (15-метровых) стальных трубах, которые затем с помощью лебедки были вставлены в верхнюю часть воздушной башни, пока чаша была перевернута. Кабели от приемников затем проходили внутрь этой трубки, которую затем можно было подключить, когда телескоп был направлен в зенит . Соответствующее приемное оборудование затем можно было бы разместить либо в небольшой качающейся лаборатории прямо под поверхностью; в комнатах на вершинах двух башен; на опорных балках или в здании управления. [28]
Телескоп впервые переместился 3 февраля 1957 года: на дюйм. [29] Впервые он был перемещен по азимуту под напряжением 12 июня 1957 года; [30] чаша была впервые наклонена под напряжением 20 июня 1957 года. [30] К концу июля поверхность тарелки была завершена, [31] и первый свет появился 2 августа 1957 года; телескоп провел дрейфовое сканирование Млечного Пути на частоте 160 МГц с чашей в зените. [32] Телескоп впервые управлялся из диспетчерской 9 октября 1957 года, [33] [34] с помощью специально созданного аналогового компьютера . [25]
При строительстве телескопа произошел большой перерасход средств, главным образом из-за резкого роста стоимости стали во время строительства. Первоначальный грант на строительство телескопа был предоставлен совместно Фондом Наффилда и правительством; это составило 335 000 фунтов стерлингов. [16] Правительство несколько раз увеличивало свою долю финансирования, поскольку стоимость телескопа выросла; остальные деньги поступили от частных пожертвований. Последняя часть долга за строительство телескопа, 50 000 фунтов стерлингов, была погашена лордом Наффилдом и Фондом Наффилда 25 мая 1960 г. [35] (отчасти из-за ранней, очень публичной роли телескопа в слежении за космическими зондами; см. ниже), а обсерватория Джодрелл-Бэнк была переименована в Радиоастрономическую лабораторию Наффилда. Окончательная общая стоимость телескопа составила 700 000 фунтов стерлингов. [36]
Вскоре после того, как телескоп был завершен, Ловелл и Хасбэнд начали обдумывать модернизацию телескопа, чтобы он имел более точную поверхность и управлялся цифровым компьютером. Планы этой модернизации были разработаны компанией Husband and Co. и представлены Ловеллу в апреле 1964 года. [37] Их планы стали более актуальными, когда в сентябре 1967 года в системе подъемного привода были обнаружены усталостные трещины. срок эксплуатации - 10 лет, и Хасбэнд предупреждал о выходе телескопа из строя с 1963 года. Появление усталостных трещин было первой из этих проблем, грозивших остановить работу телескопа; если бы их не поправили, система подъема могла бы выйти из строя и, возможно, заклинить. [38] Поэтому телескоп был отремонтирован и модернизирован и стал Mark IA; О выделении на это 400 000 фунтов стерлингов было объявлено 8 июля 1968 года SRC . [39] [40] Модернизация проводилась в три этапа: этап 1 длился с сентября 1968 по февраль 1969 года, [41] этап 2 с сентября по ноябрь 1969 года [42] и этап 3 с августа 1970 года по ноябрь 1971 года. [43] ]
На первом этапе были добавлены внутренние железнодорожные пути, которые были рассчитаны на треть веса телескопа. [41] [44] Внешние железнодорожные пути, которые разрушались и тонули в предыдущие годы, были переложены на втором этапе. На внутреннем пути были добавлены четыре тележки и их стальные конструкции, а существующие тележки на внешнем пути были отремонтированы. [42] [44]
На третьем этапе произошли самые большие изменения; перед старой поверхностью была построена новая, более точная поверхность чаши, а это означает, что телескоп можно было использовать на длинах волн всего 6 см (5 ГГц) [24] , а также была добавлена центральная опора в виде «велосипедного колеса». Также была установлена новая компьютерная система управления (повторное использование компьютера Ferranti Argus 104 от Mark II ); были устранены усталостные трещины в конусах, соединяющих чашу с башнями, а также удлинена и усилена центральная антенна. [43] [44] В январе 1972 года подъемник, перевозивший двух инженеров к центральной антенне, сломался, серьезно ранив одного и убив другого. [45]
Модернизация Mark IA была официально завершена 16 июля 1974 года, когда телескоп был возвращен Манчестерскому университету . Из-за увеличения стоимости стали во время модернизации окончательная сумма модернизации составила 664 793,07 фунтов стерлингов. [46]
Январский шторм 1976 года, произошедший 2 января, принес ветер скоростью около 90 миль в час (140 км/ч), который почти разрушил телескоп. Башни прогнулись, и один из подшипников, соединяющих тарелку с башнями, поскользнулся. После дорогостоящего ремонта к башням добавили диагональные раскосы, чтобы подобное не повторилось. [44]
К 1990-м годам поверхность телескопа сильно подверглась коррозии. В 2001–2003 годах телескоп обновили, увеличив его чувствительность на частоте 5 ГГц в пять раз. На поверхности была использована техника голографического профилирования, а это означает, что поверхность оптимально работает на длинах волн 5 см (по сравнению с 18 см на старой поверхности). [47] Была установлена новая система привода, которая обеспечивает гораздо более высокую точность наведения. Внешнюю гусеницу переложили, а фокальную башню усилили, чтобы она могла выдерживать более тяжелые приемники. [48]
В 2007 году телескопу понадобилось новое ведущее колесо, поскольку одно из 64 оригинальных колес треснуло; в 2008 году понадобилась еще одна новая стальная шина после того, как второе колесо треснуло. Это единственные две замены колес, которые потребовались с тех пор, как телескоп начал работу в 1957 году. [49]
Присутствие (по состоянию на 2010 год) двух гнездящихся пар диких сапсанов (гнездящихся по одной в каждой из двух опорных башен телескопа) предотвращает заражение голубями (из-за загрязнения пометом и воздействия тепла их тела на чувствительные показания приборов), что некоторые другие страдают радиотелескопы.
Рядом с одним из зданий обсерватории стоит бюст Николая Коперника , [50] польского математика и астронома эпохи Возрождения, который разработал гелиоцентрическую модель Вселенной, в центре которой находится Солнце, а не Земля.
Телескоп начал работать летом 1957 года, как раз к запуску «Спутника-1» , первого в мире искусственного спутника Земли. Хотя передачи с самого Спутника можно было легко уловить с помощью домашнего радио , телескоп Ловелла был единственным телескопом, способным отслеживать ракету-носитель Спутника с помощью радара; Впервые он обнаружил его незадолго до полуночи 12 октября 1957 года. [53] [54] [55] [56] Он также обнаружил ракету-носитель «Спутника-2» сразу после полуночи 16 ноября 1957 года. [57]
Телескоп также принимал участие в некоторых ранних работах по спутниковой связи. В феврале и марте 1963 года телескоп передавал сигналы через Луну и Echo II , спутник-зонд НАСА на высоте 750 км (466 миль) в обсерваторию Зименки в СССР . Некоторые сигналы также передавались из США в СССР через банк Джодрелл. [58]
Телескоп Ловелла использовался для отслеживания советских и американских зондов, нацеленных на Луну , в конце 1950-х — начале 1960-х годов. Телескоп отслеживал «Пионер-1» с 11 по 13 ноября 1958 года, [59] [60] «Пионер-3» в декабре 1958 года, [61] и «Пионер-4» в марте 1959 года . [62] Телескоп отслеживал «Пионер-5» с 11 марта по 26 июня 1960 года. а также использовался для отправки команд зонду, в том числе для отделения зонда от ракеты-носителя и для включения более мощного передатчика, когда зонд находился на расстоянии 13 миллионов километров (8 миллионов миль). Он также получал данные от «Пионера-5» и на тот момент был единственным телескопом в мире, способным делать это. [63] Последний сигнал был принят от зонда на расстоянии 36,2 миллиона километров (22,5 миллиона миль) 26 июня 1960 года. [61]
Телескоп также отслеживал советские лунные зонды. Попытка отследить Луну-1 не удалась. [64] Телескоп успешно отслеживал Луник II с 13 по 14 сентября 1959 года, когда он достиг Луны; это было доказано телескопом путем измерения воздействия гравитации Луны на зонд [65] и «Луну-3» около 4 октября 1959 года. [66] Кроме того, телескоп отслеживал Луну-9 в феврале 1966 года, первый космический корабль, совершивший мягкий полет. высадка на Луну . Телескоп прослушивал факсимильную передачу фотографий с поверхности Луны. Фотографии были отправлены в британскую прессу (расследование было передано, вероятно, намеренно, чтобы увеличить шансы на получение, в международном формате для передачи изображений по новостной ленте) и опубликовано до того, как Советский Союз сам обнародовал фотографии. [67]
Телескоп следил за «Луной-10» , российским спутником, выведенным на орбиту вокруг Луны, в апреле 1966 года [68] и «Зондом-5» в сентябре 1968 года, российским зондом с двумя черепахами, который был запущен к Луне, вокруг которой он совершил облет раньше. возвращаясь на Землю. [69] Телескоп не отслеживал Аполлон-11 , поскольку он отслеживал Луну-15 в июле 1969 года. Однако в то же время для отслеживания Аполлона-11 использовался 50-футовый (15-метровый) телескоп в Джодрелл-Бэнк . [70] [71]
Телескоп, возможно, обнаружил сигналы от Венеры-1 , российского спутника, направлявшегося к Венере, в течение 19–20 мая 1961 года. Однако подтвердить происхождение сигналов не удалось. [72] Несколько лет спустя, в декабре 1962 года, телескоп отследил и получил данные от Маринера-2 . [73] 18 октября 1967 года телескоп принял сигналы от Венеры-4 , российского зонда, направлявшегося к Венере, и отследил его. [74]
Телескоп отслеживал Марс-1 в 1962–63 годах [61] , а также Марс-2 и Марс-3 в 1971 году (на фоне модернизации телескопа до Mark IA). [75] В последние годы он также занимался поиском нескольких потерянных космических кораблей, в том числе космического корабля НАСА Mars Observer в 1993 году, [9] Mars Polar Lander в 2000 году, [76] и спускаемого аппарата Beagle 2 на Марс в 2003 году. Однако обнаружить ни одного из них не удалось.
В качестве временной меры, пока строились Королевские ВВС Филингдейлс , с апреля 1962 года по сентябрь 1963 года телескоп находился в режиме ожидания для «Проекта Верификация» (также известного под кодовыми словами «Лотарио» и «Чанглин»). Во время стратегических тревог «импульсный передатчик» К телескопу можно было бы подключить приемное и отображающее оборудование для сканирования известных российских стартовых площадок на наличие признаков пусков межконтинентальных баллистических ракет и/или межконтинентальных баллистических ракет . [77] [78] Во время кубинского ракетного кризиса в октябре 1962 года телескоп был незаметно повернут в сторону железного занавеса , чтобы на несколько минут предупредить о любых ракетах, которые могли быть запущены. [79]
Когда был предложен телескоп, был поставлен ряд задач для наблюдений с помощью телескопа. В их число входили: [14]
Однако фактические наблюдения, сделанные с помощью телескопа, отличаются от этих первоначальных целей и описаны в следующих разделах.
Осенью 1958 года телескоп использовался для отражения «Привет» от Луны для демонстрации на третьей лекции Ловелла Рейта . [80] Телескоп также использовался для приема сообщений, отраженных от Луны (« лунный отскок ») в рамках 50-летнего юбилея фестиваля First Move. [81] В апреле 1961 года радиолокационное эхо от Венеры было получено с помощью телескопа, когда планета находилась на близком сближении, что подтвердило измерения расстояния до планеты, сделанные американскими телескопами. [82] [83]
Линия водорода диаметром 21 см была обнаружена во время строительства телескопа; Впоследствии телескоп был модернизирован, чтобы он мог вести наблюдения на этой частоте. С помощью этого линейчатого излучения можно наблюдать водородные облака как в галактике Млечный Путь, так и в других галактиках; например, телескоп обнаружил большое облако вокруг галактик М81 и М82 . Движение этих облаков по направлению к нам или от нас либо смещает линию в красную , либо в синюю сторону , что позволяет измерить скорость движения облака. Это позволяет исследовать внутреннюю динамику галактик, а также может обеспечить измерение скорости расширения Вселенной. [84]
В 1963 году телескоп обнаружил выбросы OH из областей звездообразования и звезд-гигантов; первые астрономические мазеры . [85] Мазеры ОН излучают на четырех частотах около 18 см (7 дюймов), которые легко наблюдать в телескоп. В составе MERLIN телескоп регулярно используется для построения карт мазерных регионов. [84]
В 1968 году телескоп наблюдал координаты недавно открытого пульсара , подтвердив его существование и исследовав меру дисперсии. [86] Он также был использован для первого обнаружения поляризации излучения пульсара. [87] Это ознаменовало начало значительного объема работ по исследованию пульсаров в Джодрелле, которые продолжаются до сих пор. [88] За 30 лет после открытия пульсаров телескоп обнаружил более 100 новых пульсаров (а астрономы из Джодрелл-Бэнка обнаружили около 2/3 от общего числа с помощью Ловелла и других телескопов). 300 пульсаров регулярно наблюдаются с помощью антенны Ловелла или близлежащей 42-футовой (13-метровой) тарелки. [89]
Телескоп участвовал в открытии миллисекундных пульсаров [89] , а также открыл первый пульсар в шаровом скоплении в 1986 году: [85] миллисекундный пульсар в шаровом скоплении Мессье 28 . В сентябре 2006 года были объявлены результаты трехлетних наблюдений двойного пульсара PSR J0737-3039 на телескопе Ловелла, а также на телескопах Паркса и Грин-Бэнка ; они подтвердили, что общая теория относительности имеет точность 99,5%. [90]
В период с 1972 по 1973 год телескоп использовался для «детального исследования радиоисточников на ограниченном участке неба… вплоть до предела чувствительности инструмента». Среди каталогизированных объектов была первая гравитационная линза , которая была подтверждена оптически в 1979 году [91] после того, как было обнаружено, что ее положение совпадает с парой слабых голубых звезд с помощью Mark I в качестве интерферометра с Mark II . [92] Телескоп также участвовал в обнаружении первого кольца Эйнштейна в 1998 году в сочетании с наблюдениями, сделанными с помощью космического телескопа Хаббл . [93]
Ранние исследования размера и природы квазаров привели к развитию методов интерферометрии в 1950-х годах; Телескоп Ловелла имел преимущество из-за своей большой собирающей площади, а это означало, что он мог относительно быстро проводить высокочувствительные интерферометрические измерения. В результате телескоп сыграл важную роль в открытии квазаров . [8]
Интерферометрия в Джодрелл Бэнк началась еще до того, как был построен телескоп Ловелла, с использованием Транзитного телескопа с широкоугольной решеткой площадью 35 м 2 для определения размера радиогромких туманностей . [94] Когда строительство телескопа Ловелла было завершено, широкоугольная решетка была установлена на управляемую монтировку, и пара использовалась в качестве следящего радиоинтерферометра. Затем это было использовано для определения двумерной формы квазаров на небе. [95] Летом 1961 года был построен параболоидный телескоп диаметром 25 футов (8 м) (из алюминиевых трубок, установленный на вращающейся конструкции старого оборонного радара). Затем он использовался в качестве управляемого интерферометра с Mark I с разрешением 0,3 угловых секунды для определения размеров некоторых квазаров с большим красным смещением (z ~ 0,86). [96]
Когда-то построенный телескоп Mark II также использовался в качестве интерферометра с телескопом Ловелла. [3] Его базовая линия составляет 425 м (1394 фута) (это означает, что он может синтезировать телескоп диаметром 425 м), что дает ему разрешение около 0,5 угловых минут . Эта пара телескопов использовалась для проведения обзорных работ и определения положения слабых радиообъектов. [97] Кроме того, одной из причин создания Mark III было использование его в качестве интерферометра с Mark I для проведения исследования радиоисточников. [98]
Телескоп принял участие в первом трансатлантическом эксперименте с интерферометром в 1968 году, а другие телескопы находились в Алгонквине и Пентиктоне в Канаде. [99] Впервые он был использован в качестве интерферометра на радиотелескопе Аресибо в 1969 году . [85]
В 1980 году он использовался как часть новой установки MERLIN [85] с серией меньших радиотелескопов, управляемых из Джодрелл-Бэнка. При длине базовой линии до 217 км (135 миль) это давало разрешение около 0,05 угловых минут. [97] Модернизированная версия этого устройства стала национальным объектом в 1992 году. [85] Он также использовался в интерферометрии со сверхдлинной базой с телескопами по всей Европе ( Европейская сеть VLBI ), что давало разрешение около 0,001 угловой секунды . Около половины времени наблюдений телескопа сейчас тратится на интерферометрию с другими телескопами. [97] Планируется, что телескоп будет работать в составе интерферометра с орбитальными радиоспутниками Радиоастрон (Российский) и Программы космической обсерватории VLBI (Япония), обеспечивая еще большие базовые линии и более высокое разрешение. [97]
Телескоп использовался в качестве инструмента для наблюдения за возможными открытиями SETI , сделанными в Аресибо в период с 1998 по конец 2003 года. [100] [101] Никаких сигналов обнаружено не было. [102] В феврале 2005 года астрономы с помощью телескопа Ловелла обнаружили галактику VIRGOHI21 , которая, судя по всему, почти полностью состоит из темной материи . [103]
