Кіріспе

Британдық-австралиялық астроном Джон Гетенби Болтон (5 маусым 1922 – 6 шілде 1993) – радиоастрономияның дамуына үлкен үлес қоскан британдық-австралиялық астроном. Болтон, ең әсерлісі, дискретті радиосигналдардың көздері жұлдыздар емес, галактикалар немесе суперновалардың қалдықтары екенін анықтауда маңызды рөл атқарды. Ол квазарлардың және Самағұр жолының орталығын ашуға да елеулі үлес қосты. Болтон Австралиядағы Паркс радио телескопының алғашқы директоры болды және Калифорниядағы Оуэнс аңғары радио обсерваториясын құрды. Болтонның шәкірттері әлемдегі көптеген радио обсерваторияларына директор болып тағайындалды, ал олардың бірі Нобель сыйлығының иегері атанды. Болтон Австралияда астрономияның дамуындағы маңызды тұлға саналады.

Ерте өмір

Джон Гейтнби Болтон 1922 жылы Ұлыбританияның Шеффилд қаласында екі жоғары мектеп мұғалімінің отбасында дүниеге келді. Жастайынан қатысты астма және мигрень сияқты түрлі аурулардан зардап шеккен Болтон спортқа, математика мен ғылымға ерте қызығушылық танытып, оларда жақсы нәтижелер көрсетті. Ол Король Эдуард VII мектебінде оқуға стипендия алды, бірақ оның отбасы әкесінің жалақысы мөлдебайға байланысты стипендия шегінен жоғары болғандықтан, толық ақы төлеуге міндетті болды. Король Эдуард VII мектебінде ол префект болып сайланды және соңғы курста мектептің математика сыйлығымен марапатталды. Оның өсіп-жеткен ортасы 1920-1930 жылдардағы Ұлыбритания үшін орта тапқа жатады. Болтон 1940 жылы Кембридждегі Тринити колледжінде таза математика мен табиғаттануды оқуға қабылданды және оқу ақысы мен тұрмыстық шығындарын жабу үшін екі стипендия алды. Екінші дүниежүзілік соғысқа байланысты оның білімі үш жылдан екі жылға дейін қысқартылды. Екінші курста Болтон математикадан гөрі физикаға көшті. Ол 1942 жылдың мамыр айында екінші дәрежелі дипломмен бітірді. Бұл топтың алдыңғы үштен бірінде оқыған студент үшін орташа нәтиже болғанымен, Болтонның анасы емтихан кезеңінде ауырып, қайтыс болды.

2-дүниежүзілік соғыс және радар жұмысы

Болтон соңғы емтихандарын аяқтағаннан кейін әскери қызметке жазылды және кемелерге деген сүйіспеншілігіне байланысты Теңіз күштерін таңдады. Ол Корольдік Теңіз күштерінің ерікті резервіне подпоручик болып кірді. Портсмут әскери-теңіз базасында офицерлік дайындықтан өткен кезде ол әуе радарларын зерттеу және дамытуды жөн көрді. Болтонның Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде радармен жұмыс істеген тәжірибесі, оның болашақ радиоастрономиялық мансабына зор ықпал еткен маңызды қарым-қатынастар мен тәжірибелерді қалыптастырды. Болтонның алғашқы соғыс орнында екі жағалау радар станциясының басшысы болды және түнгі истребительдердегі жаңа радар жиынтықтарын сынады. 1942 жылдың соңында Болтон Ұлыбританияның соғыс кезеңіндегі радар зерттеулері мен әзірлемелерінің штаб-пәтері – Телекоммуникациялық зерттеулер институтына ауыстырылды. Осы жерде ол соғыстан кейінгі радиоастрономия саласының болашақ көшбасшыларымен, соның ішінде Мартин Райлмен танысты. Телекоммуникациялық зерттеулер институтында Болтон алдымен 3 см толқын ұзындығында жұмыс істейтін жаңа әуе радар жүйесін жасаумен айналысты, бұл жүйе ұшу кезінде кең ауқымды сынақтардан өтті. D-күніне қарай Болтон ұшу сынақтарындағы радарларды сынаудан жалықты. Оған британдық жеңіл авиатасымалдағышта радио офицерінің лауазымы ұсынылды. Бұл лауазым Болтонды барлық әуе электроникасы, кемеден ұшаққа байланыс және навигациялық құралдарға жауапты етті. "Юникорн" қолдау кораблі ретінде соғыста салыстырмалы түрде қауіпсіз болды, ешқандай айтарлықтай зақымдар тіркелмеді. Болтонның "Юникорн" кемесіндегі тәжірибесі электроника саласындағы тәжірибесін жетілдіруге және кейіннен теңіз жартасындағы интерферометрді құруға көмектесетін идеяларды дамытуға септігін тигізді. 1945 жылы Екінші дүниежүзілік соғыс аяқталғаннан кейін, ол Тынық мұхитындағы жүктер мен қызметкерлерді Австралияға тасыды. 1945 жылдың желтоқсан айында Ұлыбританияға оралғаннан кейін Болтон Сиднейде қалуға шешім қабылдады. Австралияны жаңа мекені етіп таңдауының басты себебі – климаттың денсаулығына жағымды әсері болды, сонымен қатар Кембридж университетінің Кавендиш зертханасында аспирантураға түсуге берген өтініші қабылданбады. Кавендиш зертханасының басшысы Лоуренс Брэгг, оның соғыс кезеңіндегі бакалавр дәрежесін аспирантураға қабылдану үшін жеткіліксіз деп санады.

CSIR, Cygnus және теңіз-тасқара interferometer

Әскери-теңіз күштерінен кеткен соң Болтон Австралиядағы теңіз байланыстары арқылы жұмыс іздеді. Бір үкіметтік шенеунік арқылы Болтонға CSIR радиофизика зертханасының директоры Таффи Боуэнмен кездесу ұйымдастырылды. Болтон жақын арада жаңа ғылыми қызметкер лауазымына тағайындалды, оның міндеттеріне "радар техникасын қолданумен байланысты зерттеу және әзірлеу" кірді. Радиофизика зертханасының радар технологиясы саласындағы біліктілігі сол кезде әлемдік деңгейде болды, себебі Ұлыбритания 2-ші дүниежүзілік соғыс басталғанда радар құпиясын Доминиондарымен бөлісті, сондай-ақ Австралиядағы салыстырмалы түрде үлкен радиофизикалық қауымдастық Англиядағы ионосфера физиктерімен тығыз байланыста болды. Болтонға алғашқыда Күн сәулелерінің поляризациялық қасиеттерін өлшеу жұмысы тапсырылды, бұл белсенді зерттеулер саласы болды, өйткені 2-ші дүниежүзілік соғыс кезінде Күннің радиосәуле шығаратыны жақында расталған еді. Болтон екі Яги антеннасын жасап, оларды Сиднейдегі Дувер-Хайтсқа орнатты. Алайда, Күн белсенділігінің төмендеу кезеңіне кірді, бетінде күн дақтары жоқ еді. Кембридж университетінде оқыған кезінде және HMS Unicorn кемесіндегі бақылауларынан Болтон Күн сияқты басқа радиосәуле шығаратын жұлдыздар болуы мүмкін деген болжам жасады. Болтон мен оның әріптесі Брюс Сли екі Яги антеннасын көкжиекке бағыттап, антенналарды өздері пайдалану арқылы мүмкіндігінше жоғары ажыратымдылыққа қол жеткізу үшін аспаптарды теңіз жартасының интерферометрі ретінде қолданды. Мұндай шешім Болтонның басшысы Джо Паусимен тікелей қақтығысқа әкелді, ол Болтонды күн тұтылуына арналған экспедиция үшін Яги антенналарын жобалауға көмектесуге қайта тағайындады. Алайда экспедиция сәтсіз аяқталды, Болтонға күндіз жаңа жабдықпен Күнді бақылауға тағы да бұйрық берілді, бірақ оған түнде басқа ықтимал радио көздерін зерттеу үшін жабдықты пайдалануға рұқсат берілді. Паусимен болған әңгімелерде Болтон Стэнли Хейдің Аққу (Cygnus) шоқжұлдызындағы радио көз туралы қайшылықты хабарлар бар екенін білді. Гордон Стэнлимен бірге олар теңіз жартасының интерферометрімен оңтүстік аспанды шамалы зерттеді. Олар кейіннен Cygnus A деп аталған жарқын Cygnus көзінің бар екенін растады, бірақ Хей хабарлағаннан едәуір өзгеше орналасқан, сондай-ақ Арыстан (Centaurus) шоқжұлдызының жанында және Аққудың шетінде екі әлсіз көзді анықтады. Сондай-ақ, осы түнгі бақылаулар кезінде Болтон The Astrophysical Journal журналындағы соңғы жарияланымдарды пайдалана отырып, астрофизиканы көбінесе өзіне-өзі үйренді. Теңіз жартасының интерферометрімен Болтон мен Стэнли Хейдің байқауларынан 15 есе артық ажыратымдылыққа қол жеткізді. Олар радиоэмиссияның Аққудан 8 минуттан кіші аумақтан шыққандығына сенімді болды. Хей алғашқы радиожұлдызды ашқан деп есептелсе, Болтонның нәтижесі Хейдің көзінің тығыз болуы керек деген қорытындысын растады. Бұл нәтижелер дискретті радио көздерімен байланысты ғылымның бастауын білдірді. Келесі бақылаулар Cygnus A-ның орнын нақтылады, бірақ жарқын жұлдыз сияқты сенімді оптикалық қарсылық табылған жоқ.

Радио жұлдыздары

Cygnus нәтижесіне сәйкес, Болтон, Стэнли және Сли басқа дискретті радио көздерін табу үшін аспанды жетілдірілген теңіз жағалауы интерферометрімен жүйелі түрде зерттеуге кірісті. 1948 жылдың ақпан айына қарай Болтон алты жаңа дискретті радио көзінің куәлігін тапты және радио көздерін шоқжұлдыздардағы сәулесінің күшіне қарай әліпби бойынша төмендеп келе жатқан атау номенклатурасын енгізді. Бұл номенклатура радиоастрономияда бүгінгі күнге дейін ең жарқын радио көздер үшін қолданылады. Болтон Cygnus A-ның өзінің болуымен де, жарқын оптикалық жұлдыздық серіктестерімен байланысы жоқ екендігімен де ерекше екенін көрсетті. Ол "Таурус А", "Кентавр А" және "Геркулес А" сияқты танымал радио көздерін анықтады. Астрономдарға бұрын белгісіз жаңа нысандар класының ашылуынан кейін көп ұзамай мақтау күтілуіне қарамастан, астрономия қауымдастығы көбінесе нашар позициялық белгісіздіктерге және оның салдары сол кездегі қалыпты астрономиялық білімге оңай сәйкес келмегендіктен күмәнмен жауап берді. Сонымен қатар, Болтонның дискретті көздерді зерттеу үшін Радиофизика зертханасында пайдаланған ресурстары Күн зерттеу тобымен, әсіресе Руби Пэйн Скоттпен тікелей қақтығысқа әкелді. Дискретті радио көздеріне қатысты нәтижелерінің әсерін жақсарту үшін Болтон көздерінің позициясын нақтылауды және кез келген жүйелі белгісіздіктерді жоюды шешті. Болтон мен Стэнли мұны Жаңа Зеландияға экспедиция арқылы жасады, Жаңа Зеландия мен Австралиядан теңіз жағалауының интерферометриялық байқауларын жүргізді. Бұл байқаулар 1948 жылғы мақаладағы көздердің позициясын 1 градустан астам түзетті. 10 доға минутының дәлдігімен және ионосфералық рефракциядан туындаған жүйелі белгісіздіктерді жақсырақ басқару арқылы Болтон енді оптикалық серіктестерді ақылға қонымды түрде ұсына алады. Cygnus A-ның оптикалық кандидаты әлі де анықталмаса да, Болтон Бикеш А-ның ерекше Жмерек тұмандығымен, Virgo A-ның ұзын соққы тәрізді құрылымды (M87) шығаратын галактикамен және Centaurus A-ның осындай ерекше нысанмен байланысты екенін көрсетті, астрономдар сол кезде оның Галактикаға жата ма, жоқ па деген мәселеде дауласып жатты. Болтон Centaurus A және Virgo A-ның ерекше Галактикалық көздер екенін дұрыс болжамағанымен, жаңа оптикалық деректер талданғаннан кейін бірнеше ай ішінде өз пікірін өзгертті. 1949 жылғы мақаланың нәтижелері дәстүрлі оптикалық астрономдардың қызығушылығын тудырды және көбінесе галактикадан тыс радиоастрономияның бастамасы деп есептеледі. 1949 жылғы мақала Болтонның мансабындағы ең маңызды және әсерлі мақала болды. Болтонның соңғы академиялық жетістіктеріне сүйене отырып, 1950 жылы Солтүстік жарты шардағы негізгі астрономия және радиоинженерлік зертханаларын аралады. Ол Кавендиште Мартин Райл мен Лоуренс Брэггтің салқын қабылдауымен кездесті, себебі сол кезде зертханаға тым көп қонақ келді. Алайда, Кембриджге сапары кезінде Болтон астрофизик Фред Хойлмен танысты, бұл өмір бойына достық пен ынтымақтастыққа бастама берді. Саяхатынан оралғаннан кейін Болтон теңіз жағалауының интерферометриясы ашылулар тұрғысынан шегіне жетті деп шешті және Жодрелл Банкі тобы қолданған 220 футтық параболалық антеннаны қайта жасауды шешті. Жаңа Оңтүстік Уэльстегі Довер-Хайтс қаласында олар топыраққа 72 футтық параболалық ыдыс орнатты. 1953 жылы Болтон және CSIRO-ға жаңадан қосылған Дик МакГи осы құралды қолдана отырып, Галактикалық жазықтықты зерттеп, Сүт Жолының орталығын – Сагиттариус А-ны анықтады. Болтонның академиялық жетістіктеріне қарамастан, Радиоастрофизика 1950 жылдары тек бір үлкен телескопты салуға ғана мүмкіндік алды. Болтон өзінің Довер-Хайтс прототипінделген үлкен ыдысты салуды талап еткенімен, зертхана Миллс Кросс радио интерферометріне басымдық берді. Бұл шешім Болтонды тікелей бастығы Паузимен тікелей қақтығысқа әкелді, содан кейін Боуэн оны Радиоастрофизиканың Бұлт физикасы бөліміне қайта тағайындады. Бұл Боуэнге қақтығысты жеңілдетуге және Болтонның тәжірибесін оның Бұлт физикасы тобына беруге мүмкіндік берді. Болтон радиоастрономиядан ауытқыған кезде, ол ұшақтардан шығарылған күміс йодиді түтінін пайдалана отырып, жаңбырды қалай себу керектігін зерттеді. Алайда Болтонның Бұлт физикасындағы қысқа мерзімінде Калифорнияда құрылып жатқан радиоастрономия тобын бастаудың мүмкіндігі туралы білді. Болтон 1954 жылы Ли Элвин Дюбридж ұсынған Калтехке жақын үлкен радиотелескопты орнату ұсынысын қабылдады.

Калтек және Оуэнс аңғары

Калтехке радиоастрономия бағдарламасының жетекшісі ретінде келгеннен кейін Болтон, Теңіз зерттеулер бюросы мен Калтех қаражатын пайдаланып, американдық радио обсерваториясын құруға кірісті. Гордон Стэнлимен бірге Болтон Оуэнс аңғарының радио обсерватория орналасуы үшін өте қолайлы екенін анықтады, себебі оның табиғи тау тізбектері Калифорния жағалау қалаларынан келетін кедергілерден қорғайды және ол Калтехке салыстырмалы түрде жақын болатын. Болтонның Оуэнс аңғарында орнатылатын құралдың басымдығы – бұл радио көздердің орнын дәл анықтап, олардың оптикалық серіктерін табу және радио құрылымын анықтау болып табылды, бұл Миллс Кросс сияқты құралдардан түсетін нашар сапалы деректерге қарамастан жасалған еді. Болтон екі 90 футтық антеннадан тұратын екі элементті интерферометр құрылысын басқарды. Бұл құрал өте табысты ғылыми зерттеулерге мүмкіндік берді, көптеген жетекші американдық радиоастрономдар үшін сынақ алаңы болды және Өте Үлкен Массивтің прототипіне айналды. Оуэнс аңғары телескоптарының алғашқы ғылыми жетістіктерінің бірі – Юпитерден радио толқындардың шығуының расталуы болды, бұл құралға үлкен медиа және институционалдық назар аударды. Оуэнс аңғары интерферометрін сәтті құрғаннан кейін Болтон толық профессор атағына ие болды. Ол сондай-ақ Калтехтен докторлық диссертациясын қорғады, бірақ өмір бойы бұл атақты пайдаланудан бас тартты және оны «де-факто» докторлық диссертация деп атады. Оуэнс аңғары интерферометрінің жоғары дәлдігі Болтон мен оның командасына 10 секундтық доғалық ажыратымдылығымен әлі де анықталмаған радио көздерін анықтауға мүмкіндік берді. Осы көздердің бірі – 3С295, оптикалық зерттеулер нәтижесінде 0,46 қызыл жылжу көрсеткішімен галактика екені анықталды, бұл ғаламдағы ең қашық объектіге дейінгі қашықтықты екі еседен астам арттырды. Осы ғылыми тұжырымдама Болтонның Австралияға оралуына себеп болды, ол оның мансабының бағытын анықтады. Калтехтегі жетістіктеріне қарамастан, Болтон Боуэнмен үлкен радиотелескоп салынғанда Австралияға қайта оралатындығы туралы уағдаластыққа келді. Пасаденадағы ауаның нашар сапасынан туындаған денсаулық мәселелеріне байланысты Болтон мен оның отбасы 1960 жылы Австралияға оралуға шешім қабылдады.

Парк және квазарлар

Болтон Австралияның Паркс қаласына жаңа Ғигант радиотелескопты дамыту жүріп жатқанда келді. Боуэн Карнеги ғылым институты, Рокфеллер қоры және Австралия үкіметінен 64 метрлік антенна құрылысын салу үшін қаражат жинаған. Болтон телескоптың жобасын бағалауға маңызды үлес қосып, енді Паркс антеннасының құрылысын және іске қосылуын өз мойнына алды. Ол сонымен қатар телескоптың тұңғыш директоры болды. Болтон басшылығымен Паркс радиотелескопы жоспарланған мерзімде аяқталып, радиоастрономияның екі маңызды нәтижесіне тез үлес қосты. Біріншіден, телескоп Centaurus A және Vela X көздерінен келетін поляризацияланған радиосигналды растады. Сызықтық поляризацияны анықтау – мұндай көздерден радиоэмиссияның синхротрон механизмі арқылы туындайтынының куәсі болды. Екіншіден, және одан да маңыздысы, Паркс поляризацияланған радио көздерде Фарадей бұрылысын анықтады. Бұл құбылыстың алғашқы астрофизикалық байқауы болды және нәтижесі Галактиканың магниттік өрісіне ие екенін дәлелдеу үшін пайдаланылды. Болтон Паркстің алғашқы екі жаңалығының ғылыми бағытында маңызды рөл атқарса да, оның Паркске ең үлкен ғылыми үлесі квазарларды ашумен байланысты. Калтехте 3C48 сияқты радиогалактикаларға оптикалық көздерді сәйкестендіру жұмысына сүйене отырып, жиналған мәліметтер бұрын радио көздерімен анықталған ең жарқын галактикалардан 100 есе жарқын болатын, ерекше белсенді галактикалар класы бар екенін көрсетті. Болтон 3C48-ге дейінгі қашықтықты 1962 жылы жарияланбастан екі жыл бұрын дұрыс анықтаған. Әлемдегі ең алыс объектінің рекорды Парксте Болтон мен оның командасы ашқан квазарлармен үнемі сақталды. Парксте алғашқы квазарлар табылғаннан кейін Болтон 1960 жылдардың қалған бөлігінде көп уақытын жұмсайтын жобаға кірісті: Паркс көмегімен оңтүстік аспанды жаңа радио көздерді табу және оларды оптикалық көздермен байланыстыру, сондай-ақ олардың қашықтығын анықтау. Ол Паломар және Лик обсерваторияларындағы оптикалық астрономдармен тығыз байланыста болғандықтан осы ғылыми бағытты таңдады. Мансабының осы кезеңінде Болтонға үкіметтік комиссияларды төрағалық ету және маңызды лекциялар оқу тапсырылды, оның ең жоғасы – 1964 жылы Солвей конференциясында сөз сөйлеу. 1960 жылдары Болтон Австралия ғылым академиясының мүшесі болып сайланды және NRAO Карл Янски сыйлығының тұңғыш иегері атанды.

Паркс және Аполлон 11 Айға қону

Паркстың директоры ретінде Болтон Аполлон 11 Айға қонуға да қатысты. NASA, CSIRO-ға Парксты Deep Space Network-ке қосып, Jet Propulsion Laboratory (JPL) -мен тікелей байланыста болуды ұсынды. Болтон бұл жобаға қосылуға ынталанды, себебі Паркс НАСА мен АҚШ-қа құрылысқа көмектескені үшін және ол жерде көптеген жеке қарым-қатынастар құрғаны үшін оларға міндетті деп ойлады. NASA-ның алғашқы өтініші – Аполлон 11 Айға қадам басуы кешіктірілсе немесе НАСА-ның өз бақылау станцияларында кез келген ақаулықтар туындаса, Паркс резервтік көз болып табылуы еді. Болтон және Паркс техникалық тобы телескоптың қозғалыс және басқару жүйелерінің жақсы жұмыс істеуін қамтамасыз етуге жауапкершілік алды. Айға қадам басу кестесі өзгергендіктен, НАСА үш көзден теледидар сигналдарын алды: Голдстоун, Хонисакл Крик және Паркс. НАСА айға қадам басудың алғашқы минуттарында Голдстоун мен Хонисакл арасында ауысты, бірақ айға қадам басудың қалған уақытында Паркстің сигналы қолданылды. Паркс пен Болтонның Аполлон 11 Айға қонудағы рөлі 2000 жылғы "Тарелка" ("The Dish") фильмінде көркемделіп көрсетілді. Болтон Паркс барлық Аполлон миссияларын бақылауға қатысатынын қамтамасыз етті.

Паркстегі кейінгі жылдары және марапаттары

Болтон 1971 жылы Паркс директоры қызметінен әкімшілік жүктемені азайту үшін бас тартты. Директорлық қызметтен бас тартқан соң да, Болтон ғылыммен айналысуын жалғастырды. Ғылыми карьерасының қалған бөлігінде ол Паркс радио көздерін 2,7 ГГц жиілігінде зерттеу нәтижелерін оптикалық түрде анықтауға күш салды. Бұл зерттеудің бұрынғы төмен жиілікті зерттеулермен үйлесуінің нәтижесінде Болтон PKS B1934 638 пиктік спектрлі радио көзін ашты. 1973 жылы Болтон Лондон Корольдік қоғамының мүшесі және Халықаралық астрономиялық одақтың вице-президенті болып сайланды. Одан әрі, 1977 жылы оптикалық және радиоастрономияға қосқан үлесі үшін Корольдік астрономиялық қоғамның алтын медалімен марапатталды. Бірнеше жүрек талмасынан кейін Болтон 1993 жылы дүние салды.

Танымал мәдениетте

Австралиялық "The Dish" фильмі 1969 жылғы Айға қонған кезде Паркс радио телескопының атқарған рөлі туралы. Обсерватория директорының рөлі (Сэм Нилл ойнаған Клифф Бакстон) Джон Болтонның тұлғасына негізделген. Болтонның құрметіне 12140 Джонболтон астероиді аталды.