Телескоп Ловелла ( / ˈ l ʌ v əl / 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 управляемой тарелкой диаметром 76,2 м (250 футов); [1] сейчас он третий 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, прежде чем стать телескопом Mark I около 1961 года, когда обсуждались будущие телескопы ( Mark II , III и IV). [3] В 1987 году он был переименован в телескоп Ловелла в честь сэра Бернарда Ловелла , [4] а в 1988 году стал объектом культурного наследия I категории. [5] [6] [7] Телескоп является частью радиотелескопов MERLIN и Европейской сети радиотелескопов с длинной базой данных .
Бернард Ловелл и Чарльз Хасбенд были посвящены в рыцари за свою роль в создании телескопа. [8] В сентябре 2006 года телескоп победил в онлайн-конкурсе BBC по поиску величайшей «невоспетой достопримечательности» Великобритании. [9] В 2007 году телескопу исполнилось 50 лет.
Если воздух достаточно чистый, телескоп Mark I можно увидеть с высотных зданий в Манчестере, таких как Beetham Tower , и даже с таких отдаленных мест, как Pennines , Winter Hill в Ланкашире , Snowdonia , Beeston Castle в Чешире и Peak District . Его также можно увидеть из окон, выходящих на юг, 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 быть направлен только прямо вверх; следующим логическим шагом было построить телескоп, который мог бы смотреть на все части неба, чтобы можно было наблюдать больше источников, а также для более длительного времени интеграции. Хотя Транзитный телескоп был спроектирован и построен астрономами, которые его использовали, полностью управляемый телескоп должен был быть профессионально спроектирован и построен; первой проблемой было найти инженера, готового выполнить эту работу. Им оказался Чарльз Хасбенд , с которым Ловелл впервые встретился 8 сентября 1949 года . [10] [11]
Два круглых 15-дюймовых набора зубчатых передач для башни и соответствующие шестерни от 15-дюймовых (38-см) орудийных башен были куплены дёшево в 1950 году; они были взяты с линкоров времен Первой мировой войны HMS Revenge и Royal Sovereign , которые в то время были разобраны. [12] Подшипники стали двумя основными подшипниками поворота телескопа на высоте, и соответствующие части телескопа были спроектированы вокруг них. [13] Хасбенд представил первые чертежи предлагаемого гигантского, полностью управляемого радиотелескопа в 1950 году. После доработок 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. [16]
Строительство началось 3 сентября 1952 года. [17] Фундамент телескопа был заложен 21 мая 1953 года после того, как он был заглублен на 90 футов (27 м) в землю. [18] [19] Затем потребовалось время до середины марта 1954 года, чтобы завершить двойные железнодорожные пути из-за их требуемой точности. [20] [21] Центральный шарнир был доставлен на место 11 мая 1954 года, [22] а последняя тележка — в середине апреля 1955 года. [23]
Первоначально чаша телескопа 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 на линии водорода 21 см (8 дюймов) , которая была открыта в 1951 году. [25] Кроме того, в феврале 1954 года Ловелл и Министерство авиации встретились, чтобы обсудить возможность выделения финансирования для повышения точности антенны, чтобы ее можно было использовать на сантиметровых длинах волн, для исследований на этих длинах волн для Министерства, а также для «других целей». Хотя в конечном итоге финансирование не было предоставлено Министерством авиации, процесс планирования уже продвинулся, поэтому это улучшение было сделано в любом случае. [26]
Телескоп был сконструирован таким образом, чтобы чаша могла быть полностью перевернута. Первоначально предполагалось использовать подвижную башню у основания телескопа для смены приемников в фокусе. [27] Однако подвижная башня так и не была построена, как из-за ограничений финансирования, так и из-за того, 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 вставлялись лебедкой в верхнюю часть воздушной башни, пока чаша была перевернута. Затем кабели от приемников спускались вниз внутри этой трубы, которую затем можно было соединить, когда телескоп был направлен в зенит . Сопутствующее приемное оборудование затем можно было разместить либо в небольшой качающейся лаборатории непосредственно под поверхностью; в комнатах на вершинах двух башен; на балках основания или в здании управления. [28]
Телескоп впервые сдвинулся 3 февраля 1957 года: на один дюйм. [29] Впервые он был сдвинут по азимуту под действием электропривода 12 июня 1957 года; [30] чаша была впервые наклонена под действием электропривода 20 июня 1957 года. [30] К концу июля поверхность тарелки была завершена, [31] а первый свет появился 2 августа 1957 года; телескоп выполнил дрейфовое сканирование через Млечный Путь 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 были большие перерасходы средств, в основном из-за резкого роста стоимости стали во время строительства. Первоначальный грант на телескоп был предоставлен совместно Фондом Наффилда и правительством; он составил 335 000 фунтов стерлингов. [16] Правительство увеличивало свою долю финансирования в несколько раз по мере роста стоимости телескопа; другие деньги поступали из частных пожертвований. Последняя часть долга за строительство телескопа, 50 000 фунтов стерлингов, была выплачена лордом Наффилдом и Фондом Наффилда 25 мая 1960 года [35] (отчасти из-за ранней, очень публичной роли телескопа в отслеживании космических зондов; см. ниже), и обсерватория Джодрелл-Бэнк была переименована в Радиоастрономические лаборатории Наффилда. Окончательная общая стоимость телескопа составила 700 000 фунтов стерлингов. [36]
Вскоре после того, как телескоп был изначально завершен, Ловелл и Хасбенд начали обдумывать модернизацию телескопа, чтобы он имел более точную поверхность и управлялся цифровым компьютером. Планы этой модернизации были разработаны Хасбендом и компанией и представлены Ловеллу в апреле 1964 года. [37] Их планы стали более срочными, когда в сентябре 1967 года были обнаружены усталостные трещины в системе привода подъема. Ожидалось, что телескоп будет работать всего 10 лет, и Хасбенд предупреждал о разрушении телескопа с 1963 года. Появление усталостных трещин было первой из этих проблем, которая грозила остановить работу телескопа; если бы они не были устранены, система подъема могла бы выйти из строя и, возможно, заклинить. [38] Поэтому телескоп был отремонтирован и модернизирован, чтобы стать Mark IA; 8 июля 1968 года SRC объявил о выделении на это 400 000 фунтов стерлингов . [39] [40] Модернизация проводилась в три этапа: первый этап длился с сентября 1968 года по февраль 1969 года, [41] второй этап — с сентября по ноябрь 1969 года [42] и третий этап — с августа 1970 года по ноябрь 1971 года. [43]
На первом этапе был добавлен внутренний железнодорожный путь, который был спроектирован так, чтобы выдержать треть веса телескопа. [41] [44] Внешний железнодорожный путь, который разрушался и оседал в течение предыдущих лет, был переложен на втором этапе. Четыре тележки и их стальные конструкции были добавлены на внутренний путь, а существующие тележки на внешнем пути были отремонтированы. [42] [44]
Третья фаза принесла самые большие изменения; новая, более точная поверхность чаши была построена перед старой поверхностью, что означало, что телескоп мог использоваться на длинах волн до 6 см (5 ГГц), [24] и была добавлена центральная опора «велосипедного колеса». Была также установлена новая компьютерная система управления (повторное использование компьютера Ferranti Argus 104 от Mark II ); усталостные трещины в конусах, соединяющих чашу с башнями, были отремонтированы, а центральная антенна была удлинена и усилена. [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. [46]
Шторм января 1976 года 2 января принес ветер со скоростью около 90 миль в час (140 км/ч), который почти уничтожил телескоп. Башни наклонились, и один из подшипников, соединяющих тарелку с башнями, соскользнул. После дорогостоящего ремонта к башням были добавлены диагональные распорные балки, чтобы предотвратить повторение этого. [44]
К 1990-м годам поверхность телескопа стала сильно корродировать. В 2001–2003 годах телескоп был переработан, что увеличило его чувствительность на частоте 5 ГГц в пять раз. На поверхности была использована голографическая технология профилирования, что означает, что поверхность работает оптимально 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. Внешняя дорожка была переложена, а фокусная башня была укреплена, чтобы она могла выдерживать более тяжелые приемники. [48]
В 2007 году телескопу потребовалось новое ведущее колесо, так как одно из 64 оригинальных колес треснуло; в 2008 году потребовалась еще одна новая стальная шина после того, как треснуло второе колесо. Это единственные две замены колес, которые потребовались с момента начала работы телескопа в 1957 году. [49]
Наличие (по состоянию на 2010 год) двух размножающихся пар диких сапсанов (гнездящихся по одной на каждой из двух опорных башен телескопа) предотвращает неприятное заражение голубями (из-за загрязнения пометом и воздействия тепла их тел на показания чувствительных приборов), от которого страдают некоторые другие радиотелескопы.
Рядом с одним из зданий обсерватории стоит бюст Николая Коперника [50] , польского математика и астронома эпохи Возрождения, разработавшего гелиоцентрическую модель Вселенной, в центре которой находится Солнце, а не Земля.
Телескоп начал работать летом 1957 года, как раз вовремя для запуска Спутника 1 , первого в мире искусственного спутника. В то время как передачи от самого Спутника могли быть легко приняты домашним радио , телескоп Ловелла был единственным телескопом, способным отслеживать ракету-носитель Спутника с помощью радара; он впервые обнаружил ее 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 , воздушный шар-спутник НАСА на высоте 750 км (466 миль), в обсерваторию Зименки в СССР . Некоторые сигналы также передавались из США в СССР через Джодрелл-Бэнк. [58]
Телескоп Ловелла использовался для отслеживания как советских , так и американских зондов, направленных на Луну в конце 1950-х и начале 1960-х годов. Телескоп отслеживал Pioneer 1 с 11 по 13 ноября 1958 года, [59] [60] Pioneer 3 в декабре 1958 года, [61] и Pioneer 4 в марте 1959 года. [62] Телескоп отслеживал Pioneer 5 с 11 марта по 26 июня 1960 года, а также использовался для отправки команд зонду, включая команду на отделение зонда от ракеты-носителя и команду на включение более мощного передатчика, когда зонд находился на расстоянии 13 миллионов километров (8 миллионов миль). Он также получал данные с Pioneer 5 и был единственным телескопом в мире, способным делать это в то время. [63] Последний сигнал был получен с 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 Лунник-2 с 13 по 14 сентября 1959 года, когда он врезался в Луну; это было доказано телескопом путем измерения влияния 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 аппарат, совершивший мягкую посадку на Луну . Телескоп прослушивал его факсимильную передачу фотографий с поверхности Луны. Фотографии были отправлены в британскую прессу — зонд передал, вероятно, намеренно, чтобы увеличить шансы приема, в международном формате для передачи изображений по новостной ленте — и опубликовал до того, как сами Советы сделали фотографии общедоступными. [67]
Телескоп отслеживал Луну 10 , российский спутник, выведенный на орбиту вокруг Луны в апреле 1966 года, [68] и Зонд 5 в сентябре 1968 года, российский зонд с двумя черепахами, который был запущен на Луну, вокруг которой он совершил прыжок, прежде чем вернуться 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 период с 19 по 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 и отследил Венеру 4 , российский зонд, направлявшийся к Венере. [74]
Телескоп отслеживал Марс-1 в 1962–63 годах [61] , а также Марс-2 и Марс-3 в 1971 году (во время модернизации телескопа до Mark IA). [75] В последние годы он также искал несколько потерянных марсианских космических аппаратов, включая космический аппарат NASA Mars Observer в 1993 году [9], Mars Polar Lander в 2000 году [76] и посадочный модуль Beagle 2 на Марсе в 2003 году. Однако ему не удалось найти ни один из них.
В качестве временной меры, пока строилась база ВВС Файлингдейлс , телескоп находился в режиме ожидания для «Проекта проверки» (также известного под кодовыми словами «Lothario» и «Changlin») с апреля 1962 года по сентябрь 1963 года. Во время стратегических тревог к телескопу можно было подключить «импульсный передатчик, приемник и дисплейное оборудование» для сканирования известных российских стартовых площадок на предмет признаков запусков МБР и/или БРСД . [77] [78] Во время Карибского кризиса в октябре 1962 года телескоп был осторожно повернут в сторону железного занавеса , чтобы за несколько минут предупредить о любых ракетах, которые могли быть запущены. [79]
Когда телескоп был предложен, был поставлен ряд задач для наблюдений с помощью телескопа. Они включали: [14]
Однако фактические наблюдения, проведенные с помощью телескопа, отличаются от этих первоначальных целей и описаны в следующих разделах.
Осенью 1958 года телескоп использовался для передачи сигнала «Hellos» от Луны для демонстрации на третьей лекции Ловелла Рейту . [80] Телескоп также использовался для приема сообщений, отраженных от Луны (« лунный отскок ») в рамках 50-летнего юбилейного фестиваля First Move. [81] В апреле 1961 года с помощью телескопа было получено радиолокационное эхо от Венеры, когда планета находилась в близком сближении, что подтвердило измерения расстояния до планеты, сделанные американскими телескопами. [82] [83]
Линия водорода 21 см была открыта во время строительства телескопа; впоследствии телескоп был перепроектирован так, чтобы он мог вести наблюдения на этой частоте. Используя это линейное излучение, можно наблюдать облака водорода как в галактике Млечный Путь, так и в других галактиках; например, телескоп обнаружил большое облако вокруг галактик M81 и M82 . Движение этих облаков либо к нам, либо от нас смещает линию в красную или синюю сторону , что позволяет измерить скорость облака. Это дает возможность исследовать внутреннюю динамику галактик, а также может обеспечить измерение скорости расширения Вселенной. [84]
В 1963 году телескоп обнаружил выбросы OH из областей звездообразования и гигантских звезд; первые астрономические мазеры . [85] Мазеры OH излучают на четырех частотах около 18 см (7 дюймов), которые легко наблюдаются в телескоп. Как часть MERLIN , телескоп регулярно используется для построения карт областей мазеров. [84]
В 1968 году телескоп наблюдал координаты недавно открытого пульсара , подтвердив его существование и исследовав меру дисперсии. [86] Он также использовался для первого обнаружения поляризации излучения пульсара. [87] Это ознаменовало начало значительного объема работ по исследованию пульсаров в Джодрелле, которые все еще продолжаются. [88] За 30 лет после открытия пульсаров телескоп открыл более 100 новых пульсаров (а астрономы в Джодрелл-Бэнк обнаружили около 2/3 от общего числа с помощью телескопа Ловелла и других телескопов). 300 пульсаров регулярно наблюдаются либо с помощью Ловелла, либо с помощью 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 с помощью телескопа Ловелла, а также телескопов Паркса и Грин-Бэнка ; они подтвердили, что общая теория относительности точна на 99,5%. [90]
Между 1972 и 1973 годами телескоп использовался для «детального обзора радиоисточников в ограниченной области 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, проведенными с помощью космического телескопа Хаббл . [93]
Ранние исследования размеров и природы квазаров привели к развитию методов интерферометрии в 1950-х годах; телескоп Ловелла имел преимущество из-за своей большой собирающей площади, что 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 до того, как был построен телескоп Ловелла, с использованием Транзитного телескопа с 35-метровой антенной решеткой для определения размера радиогромких туманностей . [94] После завершения строительства телескопа Ловелла антенная решетка была установлена на управляемую монтировку, и пара использовалась в качестве следящего радиоинтерферометра. Затем это использовалось для определения двумерной формы квазаров на небе. [95] Летом 1961 года был построен параболоидный телескоп диаметром 25 футов (8 м) (из алюминиевой трубы и 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 высоким красным смещением (z~0,86). [96]
Телескоп Mark II , когда-то построенный, также использовался в качестве интерферометра с телескопом Lovell. [3] Он имеет базовую линию 425 м (1394 фута) (что означает, что он может синтезировать телескоп с диаметром 425 м), что дает ему разрешение около 0,5 угловых минут . Эта пара телескопов использовалась для проведения геодезических работ и определения положений слабых радиообъектов. [97] Кроме того, одним из мотивов строительства Mark III было использование его в качестве интерферометра с Mark I для проведения обзора радиоисточников. [98]
Телескоп принял участие в первом трансатлантическом интерферометрическом эксперименте в 1968 году, вместе с другими телескопами в Алгонкине и Пентиктоне в Канаде. [99] Впервые он был использован в качестве интерферометра с радиотелескопом Аресибо в 1969 году. [85]
В 1980 году он использовался как часть нового массива MERLIN [85] с серией меньших радиотелескопов, контролируемых из Джодрелл-Бэнк. С базовыми линиями до 217 км (135 миль) это давало разрешение около 0,05 угловых минут. [97] Модернизированная версия этого стала национальным объектом в 1992 году. [85] Он также использовался в интерферометрии со сверхдлинной базой с телескопами по всей Европе ( Европейская сеть VLBI ), давая разрешение около 0,001 угловой секунды . Около половины времени наблюдений телескопа теперь тратится на интерферометрию с другими телескопами. [97] Планируется, что телескоп будет работать как часть интерферометра с орбитальными радиоспутниками Радиоастрон (российский) и Программа космической обсерватории VLBI (японский), обеспечивая еще большие базовые линии и более высокое разрешение. [97]
Телескоп использовался в качестве контрольного прибора для возможных обнаружений SETI , сделанных в Аресибо между 1998 и концом 2003 года. [100] [101] Сигналов обнаружено не было. [102] В феврале 2005 года астрономы, использующие телескоп Ловелла, обнаружили галактику VIRGOHI21 , которая, по-видимому, почти полностью состоит из темной материи . [103]
