Обсерватория Джодрелл-Бэнк ( / ˈ dʒ ɒ d r əl / JOD -rəl ) в Чешире , Англия, размещает ряд радиотелескопов как часть Центра астрофизики Джодрелл-Бэнк в Университете Манчестера . Обсерватория была основана в 1945 году Бернардом Ловеллом , радиоастрономом университета, для исследования космических лучей после его работы над радаром во время Второй мировой войны . С тех пор она сыграла важную роль в исследовании метеороидов , квазаров , пульсаров , мазеров и гравитационных линз и активно участвовала в отслеживании космических зондов в начале космической эры .
Главный телескоп обсерватории — телескоп Ловелла . Его диаметр 250 футов (76 м) делает его третьим по величине управляемым радиотелескопом в мире. В обсерватории есть еще три активных телескопа: Mark II и радиотелескопы диаметром 42 фута (13 м) и 7 м. Обсерватория Джодрелл-Бэнк является базой сети многоэлементных радиоинтерферометров (MERLIN), национального учреждения, которым управляет Манчестерский университет от имени Совета по научно-техническим учреждениям .
Центр для посетителей Jodrell Bank и дендрарий находятся в Нижнем Витингтоне , а телескоп Lovell и обсерватория — недалеко от Густри и часовни Холмса . До обсерватории можно добраться по трассе A535 . Линия Crewe to Manchester проходит рядом с этим местом, а станция Goostrey находится неподалеку. В 2019 году обсерватория была включена в список Всемирного наследия ЮНЕСКО . [1] [2]
Jodrell Bank впервые был использован в академических целях в 1939 году, когда кафедра ботаники Манчестерского университета приобрела три поля у Лей. Он получил свое название от близлежащего возвышения, Jodrell Bank, которое было названо в честь Уильяма Джодерелла , лучника, чьи потомки жили в особняке, который сейчас является школой Terra Nova . Участок был расширен в 1952 году за счет покупки фермы у Джорджа Мэсси, на которой был построен телескоп Ловелла. [3]
Впервые это место было использовано для астрофизики в 1945 году, когда Бернард Ловелл использовал некоторое оборудование, оставшееся со времен Второй мировой войны , включая радар наводки , для исследования космических лучей . [4] Оборудование представляло собой радарную систему GL II, работающую на длине волны 4,2 м, предоставленную Дж. С. Хеем . [5] [6] Он намеревался использовать оборудование в Манчестере , но электрические помехи от трамваев на Оксфорд-роуд помешали ему сделать это. 10 декабря 1945 года он перевез оборудование в Джодрелл-Бэнк, в 25 милях (40 км) к югу от города. [6] [7] Основным исследованием Ловелла были кратковременные радиоэхо, которые, как он подтвердил к октябрю 1946 года, были от ионизированных метеорных следов. [8] Первыми сотрудниками были Альф Дин и Фрэнк Фоден, которые наблюдали метеоры невооруженным глазом, в то время как Ловелл наблюдал электромагнитный сигнал с помощью оборудования. [9] Когда Ловелл впервые включил радар — 14 декабря 1945 года — метеорный поток Геминиды был в максимуме. [7]
В течение следующих нескольких лет Ловелл накопил больше бывшего военного радиооборудования, включая переносную кабину, известную в армии как «Park Royal» (см. Транспортные средства Park Royal ). Первое постоянное здание было рядом с кабиной и было названо в ее честь. [8]
В 1946 году армия одолжила Джодрелл-Бэнку прожектор ; [10] на его креплении Дж. Клеггом была построена антенная решетка с широким углом обзора. [10] Она состояла из 7 элементов антенн типа Яги-Уда . [11] Она использовалась для астрономических наблюдений в октябре 1946 года. [12]
9 и 10 октября 1946 года телескоп наблюдал ионизацию в атмосфере, вызванную метеорами метеорного потока Джиакобиниды . Когда антенна была повернута на 90 градусов в максимуме потока, количество обнаружений упало до фонового уровня, доказав, что транзиентные сигналы, обнаруженные радаром, были от метеоров. [11] Затем телескоп использовался для определения точек радианта для метеоров. Это стало возможным, поскольку частота эха минимальна в точке радианта и максимальна при угле в 90 градусов к ней. [10] Телескоп и другие приемники на месте изучали полярные сияния , которые были видны в начале августа 1947 года. [13] [14]
Transit Telescope был 218-футовым (66-метровым) параболическим рефлекторным зенитным телескопом, построенным в 1947 году. В то время это был крупнейший в мире радиотелескоп. Он состоял из проволочной сетки, подвешенной к кольцу из 24-футовых (7,3-метровых) опорных столбов , которые фокусировали радиосигналы в фокусной точке на высоте 126 футов (38 метров) над землей. Телескоп в основном смотрел прямо вверх, но направление луча можно было немного изменить, наклонив мачту, чтобы изменить положение фокусной точки. Фокальная мачта была заменена с деревянной на стальную до завершения строительства. [3]
Телескоп был заменен управляемым 250-футовым (76-метровым) телескопом Ловелла, а впоследствии на том же месте был построен телескоп Mark II.
Телескоп мог отображать полосу ± 15 градусов вокруг зенита на частотах 72 и 160 МГц с разрешением 1 градус на частоте 160 МГц. [15] Он обнаружил радиошум от Большой туманности в Андромеде — первое определенное обнаружение внегалактического радиоисточника — и остатки сверхновой Тихо в радиочастоте; в то время это не было обнаружено оптической астрономией . [16]
Телескоп «Mark I», ныне известный как телескоп Ловелла, был крупнейшим в мире управляемым радиотелескопом с зеркалом диаметром 76,2 метра (250 футов) на момент его постройки в 1957 году; [17] сейчас он третий по величине после телескопа Грин-Бэнк в Западной Вирджинии и телескопа Эффельсберг в Германии. [18] Часть механизмов орудийной башни линкоров Первой мировой войны HMS Revenge и HMS Royal Sovereign были повторно использованы в двигательной системе телескопа. [19] Телескоп был введен в эксплуатацию в середине 1957 года, как раз к запуску Советского Союза «Спутника-1» , первого в мире искусственного спутника. Телескоп был единственным, кто мог отслеживать ракету-носитель «Спутника» с помощью радара; [20] [21] впервые обнаружив его незадолго до полуночи 12 октября 1957 года, через восемь дней после его запуска. [22] [23]
В последующие годы телескоп отслеживал различные космические зонды. С 11 марта по 12 июня 1960 года он отслеживал американский зонд «Пионер-5» , запущенный НАСА . Телескоп посылал зонду команды, в том числе команды отделить его от ракеты-носителя и включить более мощный передатчик, когда зонд находился на расстоянии восьми миллионов миль. Он получал данные от зонда, единственного телескопа в мире, способного делать это. [24] В феврале 1966 года Советский Союз попросил Джодрелл-Бэнк отслеживать его беспилотный лунный модуль «Луна-9» и записать на его факсимильную передачу фотографии с поверхности Луны. Фотографии были отправлены в британскую прессу и опубликованы до того, как Советы сделали их общедоступными. [25]
В 1969 году также отслеживалась советская Луна-15 . Запись момента, когда ученые Джодрелл-Бэнка наблюдали за миссией, была опубликована 3 июля 2009 года. [26]
При поддержке сэра Бернарда Ловелла телескоп отслеживал российские спутники. Наблюдения за спутниками и космическими зондами были переданы Министерству обороны США в рамках научно-исследовательской и опытно-конструкторской деятельности по отслеживанию спутников в рамках проекта Space Track .
Отслеживание космических зондов заняло лишь часть времени наблюдений телескопа Ловелла, а остальное время использовалось для научных наблюдений, включая использование радара для измерения расстояния до Луны и Венеры; [27] [28] наблюдения астрофизических мазеров вокруг областей звездообразования и гигантских звезд; [29] наблюдения пульсаров (включая открытие миллисекундных пульсаров [30] и первого пульсара в шаровом скоплении); [31] и наблюдения квазаров и гравитационных линз (включая обнаружение первой гравитационной линзы [32] и первого кольца Эйнштейна ). [33] Телескоп также использовался для наблюдений SETI . [34]
Телескоп Mark II — это эллиптический радиотелескоп с большой осью 38,1 метра (125 футов) и малой осью 25,4 метра (83 фута). [35] Он был построен в 1964 году. Помимо работы в качестве отдельного телескопа, он использовался в качестве интерферометра с телескопом Ловелла, а сейчас в основном используется как часть проекта MERLIN. [36] [37] Телескоп Mark III , такого же размера, как Mark II, был сконструирован как транспортабельный [38], но его никогда не перевозили из Уордла , недалеко от Нантвича , где он использовался как часть MERLIN . Он был построен в 1966 году и выведен из эксплуатации в 1996 году. [39]
Предложения по телескопам Mark IV, V и VA выдвигались в 1960–1980-х годах с целью создания еще более крупных радиотелескопов.
Предложение Mark IV предполагало создание отдельного телескопа диаметром 1000 футов (300 м) в качестве национального проекта.
Предложение Mark V было для 400-футового (120-метрового) подвижного телескопа. Концепция этого предложения заключалась в размещении телескопа на железнодорожной линии длиной 3 ⁄ 4 мили (1,2 км), примыкающей к Джодрелл-Бэнк, но опасения относительно будущих уровней помех привели к тому, что место в Уэльсе было бы предпочтительнее. Были выдвинуты проектные предложения от Husband and Co и Freeman Fox, которые спроектировали телескоп обсерватории Паркса в Австралии.
Mark VA был похож на Mark V, но имел меньшую тарелку диаметром 375 футов (114 м) и конструкцию с использованием предварительно напряженного бетона , похожую на Mark II (предыдущие две конструкции больше напоминали телескоп Ловелла). [40]
Ни один из предложенных телескопов не был построен, хотя были проведены проектные исследования и изготовлены масштабные модели, отчасти из-за меняющегося политического климата, а отчасти из-за финансовых ограничений астрономических исследований в Великобритании. Также возникла необходимость модернизировать телескоп Ловелла до Mark IA, что было слишком затратно. [40]
50-футовая (15 м) альт-азимутальная тарелка была построена в 1964 году для астрономических исследований и для отслеживания космических зондов Зонд 1 , Зонд 2 , Рейнджер 6 и Рейнджер 7 [41] и Аполлона 11. [42] После аварии, которая непоправимо повредила поверхность 50-футового телескопа, он был разрушен в 1982 году и заменен более точным телескопом, «42 фута» . 42-футовая (12,8 м) тарелка в основном используется для наблюдения за пульсарами и постоянно отслеживает пульсар в Крабовидной галактике . [43]
Когда был установлен 42-футовый телескоп, была установлена меньшая тарелка, «7 м» (на самом деле 6,4 м или 21 фут в диаметре), которая используется для обучения студентов. Телескопы 42 фута и 7 м изначально использовались на испытательном полигоне ракет Woomera в Южной Австралии . [44] 7 м был изначально построен в 1970 году компанией Marconi . [45]
Телескоп Polar Axis был построен в 1962 году. Он имел круглую 50-футовую (15,2 м) тарелку на полярной монтировке [ 46] и в основном использовался для экспериментов с лунным радаром. Он был выведен из эксплуатации. 18-дюймовый (460 мм) рефлекторный оптический телескоп был подарен обсерватории в 1951 году [47] , но использовался нечасто и был подарен Солфордскому астрономическому обществу около 1971 года [48].
Многоэлементная радиосвязанная интерферометрическая сеть (MERLIN) представляет собой массив радиотелескопов, разбросанных по всей Англии и границам Уэльса. Массив управляется из Джодрелл-Бэнк от имени Совета по научным и технологическим объектам как национальный объект. [49] Массив состоит из семи радиотелескопов и включает в себя телескоп Ловелла, Mark II, Cambridge , Defford , Knockin , Darnhall и Pickmere (ранее известный как Tabley ). Самая длинная базовая линия составляет 217 километров (135 миль), и MERLIN может работать на частотах от 151 МГц до 24 ГГц . [39] На длине волны 6 см (частота 5 ГГц) MERLIN имеет разрешение 50 миллисекунд дуги , что сопоставимо с разрешением HST на оптических длинах волн. [49]
Джодрелл-Бэнк занимается интерферометрией со сверхдлинной базой (VLBI) с конца 1960-х годов; телескоп Ловелла принял участие в первом трансатлантическом интерферометрическом эксперименте в 1968 году вместе с другими телескопами в Алгонквине и Пентиктоне в Канаде. [50] Телескоп Ловелла и телескопы Mark II регулярно используются для VLBI с телескопами по всей Европе ( Европейская сеть VLBI ), обеспечивая разрешение около 0,001 угловой секунды . [36]
В апреле 2011 года Джодрелл-Бэнк был назван местом расположения центра управления для запланированного Square Kilometre Array или SKA Project Office (SPO). [51] SKA планируется в сотрудничестве с 20 странами и после завершения должен стать самым мощным радиотелескопом из когда-либо построенных. В апреле 2015 года было объявлено, что Джодрелл-Бэнк станет постоянным местом расположения штаб-квартиры SKA [52] на период ожидаемой эксплуатации телескопа (более 50 лет [53] ).
Центр астрофизики Джодрелл-Бэнк, частью которого является обсерватория, является одной из крупнейших астрофизических исследовательских групп в Великобритании. [54] Около половины исследований группы находится в области радиоастрономии, включая исследования пульсаров , реликтового излучения , гравитационных линз , активных галактик и астрофизических мазеров . Группа также проводит исследования на разных длинах волн, изучая звездообразование и эволюцию, планетарные туманности и астрохимию . [55]
Первым директором Jodrell Bank был Бернард Ловелл , который основал обсерваторию в 1945 году. В 1980 году его сменил сэр Фрэнсис Грэм-Смит , за которым последовали профессор Род Дэвис около 1990 года и профессор Эндрю Лайн в 1999 году. [56] Профессор Фил Даймонд занял эту должность 1 октября 2006 года, в то время, когда был сформирован Центр астрофизики Jodrell Bank . Профессор Ральф Спенсер был исполняющим обязанности директора в течение 2009 и 2010 годов. В октябре 2010 года профессор Альберт Зейлстра стал директором Центра астрофизики Jodrell Bank. Профессор Лучио Пиччирилло был директором обсерватории с октября 2010 года по октябрь 2011 года. Профессор Саймон Гаррингтон является заместителем директора JBCA в обсерватории Jodrell Bank. В 2016 году профессор Майкл Гарретт был назначен первым заведующим кафедрой астрофизики имени сэра Бернарда Ловелла и директором Центра астрофизики Джодрелл-Бэнк. Как директор JBCA, профессор Гарретт также несет общую ответственность за обсерваторию Джодрелл-Бэнк.
В мае 2017 года Jodrell Bank заключил партнерское соглашение с инициативой Breakthrough Listen и будет делиться информацией с командой Jodrell Bank, которая хочет провести независимый поиск SETI с помощью своего 76-метрового радиотелескопа и массива e-MERLIN.
Существует активная программа разработки, исследующая и конструирующая приемники и приборы для телескопов. Обсерватория принимала участие в создании нескольких экспериментов по космическому микроволновому фону , включая эксперимент Тенерифе , который проводился с 1980-х по 2000 год, а также усилителей и криостатов для Very Small Array . [57] Она также построила модули переднего конца приемников 30 и 44 ГГц для космического корабля Planck . [58] Приемники также были разработаны в Джодрелл-Бэнк для телескопа Паркс в Австралии. [59]
Центр для посетителей, открытый 19 апреля 1971 года герцогом Девонширским , [60] привлекал около 120 000 посетителей в год. Он освещал историю Джодрелл-Бэнка и имел планетарий и 3D-театр, где проводились имитации поездок на Марс . Асбест в зданиях центра для посетителей привел к его сносу в 2003 году, оставив остатки его дальнего конца. На его территории был установлен шатер , пока планировалось строительство нового научного центра. Планы были отложены, когда Университет Виктории в Манчестере и UMIST объединились в Университет Манчестера в 2004 году, оставив временный центр, который принимал около 70 000 посетителей в год. [61]
В октябре 2010 года началась работа над новым центром для посетителей, и 11 апреля 2011 года открылся Центр открытий Джодрелл-Бэнк. [62] Он включает в себя входное здание, павильон Планет, космический павильон для выставок и мероприятий, кафе со стеклянными стенами с видом на телескоп Ловелла и обеденную зону на открытом воздухе, образовательное пространство и ландшафтные сады, включая Галактический лабиринт. [63] В 2013 году была установлена большая планетария . [64] Однако в нем нет планетария, хотя в последние годы на территории используется небольшой надувной купол планетария.
Центр для посетителей открыт со вторника по воскресенье и по понедельникам во время школьных и банковских каникул и организует мероприятия для общественности, включая публичные лекции, звездные вечеринки и сеансы «спроси астронома». [65]
Тропа вокруг телескопа Ловелла проходит примерно в 20 м от внешней железнодорожной ветки телескопа, информационные стенды объясняют, как работает телескоп и какие исследования с его помощью проводятся.
В 35 акрах (140 000 м 2 ) дендрария , созданного в 1972 году, размещаются национальные коллекции Великобритании видов яблони дикой (Malus) и рябины (Sorbus) , а также коллекция Calluna Общества вереска . В дендрарии также есть небольшая масштабная модель Солнечной системы , масштаб которой составляет приблизительно 1:5 000 000 000. В Джодрелл-Бэнке, в рамках проекта SpacedOut , находится Солнце в масштабной модели Солнечной системы в масштабе 1:15 000 000, охватывающей Великобританию. [66]
7 июля 2010 года было объявлено, что обсерватория рассматривается в качестве объекта для включения в Предварительный список Соединенного Королевства на 2011 год для получения статуса объекта Всемирного наследия . [67] 22 марта 2011 года было объявлено, что она вошла в шорт-лист правительства Великобритании. [68] В январе 2018 года она стала кандидатом Великобритании на получение статуса объекта Всемирного наследия. [69]
В июле 2011 года в центре для посетителей и обсерватории состоялся «Live from Jodrell Bank - Transmission 001» — рок-концерт с участием таких групп, как The Flaming Lips , British Sea Power , Wave Machines , OK GO и Alice Gold . [70] 23 июля 2012 года Elbow выступили вживую в обсерватории и сняли документальный фильм о мероприятии и объекте, который был выпущен в виде концертного CD/DVD концерта. 6 июля 2013 года в Transmission 4 приняли участие Australian Pink Floyd, Hawkwind, The Time & Space Machine и The Lucid Dream. [71] 7 июля 2013 года в Transmission 5 приняли участие New Order, Johnny Marr, The Whip, Public Service Broadcasting, Jake Evans и Hot Vestry. [72] 30 августа 2013 года в Transmission 6 приняли участие Sigur Ros, Polca и Daughter. [73]
31 августа 2013 года в Джодрелл-Бэнк состоялся концерт в исполнении оркестра Халле в честь 100-летия Ловелла. Помимо ряда оперных представлений в течение дня, на вечернем представлении в Халле прозвучали такие номера, как темы из «Звездного пути» , «Звездных войн» и «Доктора Кто» среди прочих. Главный телескоп Ловелла был повернут лицом к наблюдающей толпе и использовался как огромный проекционный экран, показывающий различные анимированные планетарные эффекты. Во время перерыва «экран» использовался для показа истории работы Ловелла и Джодрелл-Бэнка. [74]
В обсерватории есть подкаст по астрономии под названием The Jodcast . [75] Телевизионная программа BBC Stargazing Live транслировалась в аппаратной обсерватории с 2011 по 2016 год. [76]
С 2016 года в обсерватории проходит музыкальный и научный фестиваль Bluedot [77] , на котором выступают такие музыкальные коллективы, как Public Service Broadcasting , The Chemical Brothers , а также читают лекции учёные и научные деятели, такие как Джим Аль-Халили и Ричард Докинз .
3 марта 2008 года было сообщено, что Совет по научным и технологическим учреждениям Великобритании (STFC), столкнувшись с дефицитом бюджета в размере 80 миллионов фунтов стерлингов, рассматривает возможность отзыва запланированного ежегодного финансирования в размере 2,7 миллиона фунтов стерлингов проекта e-MERLIN в Джодрелл-Бэнке . Проект, целью которого была замена микроволновых линий связи между Джодрелл-Бэнком и рядом других радиотелескопов на волоконно-оптические кабели с высокой пропускной способностью, что значительно увеличило бы чувствительность наблюдений, считался критически важным для выживания объекта. Бернард Ловелл сказал: «Это будет катастрофа… Судьба телескопа Джодрелл-Бэнка связана с судьбой e-MERLIN. Я не думаю, что учреждение сможет выжить, если финансирование e-MERLIN будет прекращено». [78] [79]
9 июля 2008 года было сообщено, что после независимой проверки STFC изменила свою первоначальную позицию и теперь будет гарантировать финансирование в размере 2,5 млн фунтов стерлингов ежегодно в течение трех лет. [80]
Джодрелл-Бэнк упоминается в нескольких художественных произведениях, включая «Доктор Кто» ( The Tenth Planet , Remembrance of the Daleks , « The Poison Sky », « The Eleventh Hour », « Spyfall ») и «Именинник» Дэвида Бэддиела . Предполагалось, что это будет место съёмок « Логополиса» ( последнего сериала Тома Бейкера о Докторе Кто ), но бюджетные ограничения помешали этому, и вместо этого было использовано другое место с наложенной моделью радиотелескопа. Оно также упоминается в «Автостопом по Галактике» [81] (а также в фильме «Автостопом по Галактике» ), «Ползучем ужасе» и «Метеоре» .
Jodrell Bank также активно участвовал в музыкальном клипе 1983 года " Secret Messages " группы Electric Light Orchestra , а также в " Are We Ourselves? " группы The Fixx . Песня Prefab Sprout Technique (с дебютного альбома Swoon) начинается со строки "Её муж работает в Jodrell Bank/Он дома поздно утром".
Обсерватория является местом действия нескольких эпизодов романа местного писателя Алана Гарнера «Страна костей» (2012), а центральный персонаж, Колин Уистерфилд, является астрофизиком, работающим в ней.
С 13 июля 1988 года телескоп Ловелла был отнесен к категории I памятников архитектуры . [82] 10 июля 2017 года телескопу Mark II также был присвоен тот же класс. [83] В тот же день пять других зданий на участке были отнесены к категории II: телескоп Searchlight, [84] здание управления, [85] здание Park Royal, [86] электротехническая мастерская, [87] и Link Hut. [88] Категория I является наивысшей из трех категорий и применяется к зданиям, представляющим «исключительный интерес», а категория II, самая низкая категория, применяется к зданиям, представляющим «особый интерес». [89]
На 43-й сессии Комитета всемирного наследия ЮНЕСКО в Баку 7 июля 2019 года обсерватория Джодрелл-Бэнк была принята в качестве объекта всемирного наследия на основе 4 критериев [90]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )