Жодрелл Банк обсерваториясының Ловелл телескопы

Кіріспе

Жодрелл Банкі обсерваториясындағы радиотелескоп, Чешир, Англия

Ловелл телескопы (/ˈlʌvəl/ LUVəl) – Англияның солтүстік-батысындағы Чешир графтығының Густри қаласына жақын орналасқан Жодрелл Банкі обсерваториясындағы радиотелескоп. 1957 жылы құрылысы аяқталған кезде телескоп диаметрі 76,2 м (250 фут) болатын әлемдегі ең үлкен бағытталатын ыдыс радиотелескопы болды; қазір ол үшінші орында, АҚШ-тың Батыс Вирджиния штатындағы Грин-Банк телескобынан және Германиядағы Эффелсберг телескобынан кейін. Бұл телескоп бастапқыда «250 фут телескопы» немесе Жодрелл Банктегі радиотелескоп деп белгілі болды, ал 1961 жылға таман болашақ телескоптар (Mark II, III және IV) талқыланған кезде Mark I телескопы деп аталды. 1987 жылы сэр Бернард Ловеллдің құрметіне Ловелл телескопы деп қайта аталды және 1988 жылы І санаттағы ескерткіш ретінде тіркелді. Телескоп MERLIN және Еуропалық VLBI желісі радиотелескоптар тізімінің құрамына кіреді. Бернард Ловелл мен Чарльз Хасбанд екеуі де телескопты құрудағы рөлі үшін рыцарь атағына ие болды. 2006 жылдың қыркүйегінде телескоп BBC-нің Ұлыбританияның ең танылмаған «Ескерткіші» анықтау онлайн-байқауында жеңіске жетті. 2007 жыл телескоптың 50 жылдығын атап өтті. Ауаның тазалығы жеткілікті болса, Mark I телескопын Манчестердегі Бетем мұнарасы сияқты биік ғимараттардан, сондай-ақ Пеннин тауларынан, Ланкаширдегі Винтер Хиллден, Сноудониядан, Чеширдегі Бистон қамалынан және Пик ауданынан көруге болады. Оны Манчестер әуежайының 1-терминалындағы аспаздық аймақтары мен ұшу залдарының оңтүстікке қараған терезелерінен де көруге болады.

Mark I-нің дизайны мен құрылысы

Бернард Ловелл 1940 жылдардың соңында Джодрелл Банкте Транзит телескопын салды. Бұл диаметрі 218 фут (66 м) болатын радиотелескоп, ол тек тікелей жоғары қарауға қабілетті еді; келесі логикалық қадам – аспанның барлық бөліктерін қарауға мүмкіндік беретін телескопты құру, осылайша көбірек объектілерді бақылауға және интеграция уақытын ұзартуға болар еді. Транзит телескопын оны пайдаланған астрономдар жобалап және құрастырғанмен, толыққанды басқарылатын телескопты кәсіби жобалау және салу қажет болды; алғашқы қиындық – жұмысты істеуге дайын инженерді табу еді. Бұл Чарльз Хасбанд болды, оны Ловелл алғаш рет 1949 жылдың 8 қыркүйегінде кездестірді. 1950 жылы 15 дюймдік (38 см) қарулы мұнаралардан алынған екі 15 дюймдік айналмалы механизм және олармен байланысты тісті дөңгелектер арзан бағамен сатып алынды; олар Бірінші дүниежүзілік соғыс кемелері HMS Revenge және Royal Sovereign-нен алынған, олар сол кезде бөлшектелген болатын. Бұл подшипниктер телескоптың екі негізгі биіктік айналу подшипнігіне айналды, телескоптың тиісті бөліктері олардың айналасында жобаланды. 1950 жылы Хасбанд ұсынылып отырған алып, толыққанды басқарылатын радиотелескоптың алғашқы суреттерін ұсынды. Нақтылаудан кейін, бұл жоспарлар «Көк кітапта» егжей-тегжейлі сипатталды және 1951 жылдың 20 наурызында DSIR-ге ұсынылды; ұсыныс 1952 жылдың наурыз айында мақұлданды. Құрылыс 1952 жылдың 3 қыркүйегінде басталды. Телескоптың негізі 90 фут (27 м) тереңдікке қазылғаннан кейін 1953 жылдың 21 мамырында аяқталды. Екі рельстік теміржол желісін қажетті дәлдікпен аяқтау 1954 жылдың наурыз айының ортасына дейін созылды. Орталық тіреуі 1954 жылдың 11 мамырында, ал соңғы шасси 1955 жылдың сәуір айының ортасында жеткізілді. Телескоптың ыдысы бастапқыда 1 мен 10 метр (3,2 және 32 фут) арасындағы толқын ұзындығында бақылау үшін сым торлы бетке ие болуы керек еді, яғни жиіліктері 30 мен 300 МГц аралығында; бұл 21 см (8 дюйм) сутегі сызығында бақылау мүмкіндігін беру үшін болатты бетке ауыстырылды, ол 1951 жылы ашылған. Сондай-ақ, 1954 жылдың ақпанында Ловелл мен Әуе министрлігі ыдыстың дәлдігін жақсарту үшін қаржыландыру мүмкіндігін талқылады, осылайша оны сантиметрлік толқын ұзындығында, министрлік үшін осы толқын ұзындығында зерттеулер жүргізу үшін және «басқа мақсаттар үшін» пайдалануға болар еді. Авиация министрлігінен қаржыландыру аяқталмаса да, жоспарлау процесі алдын ала жүргізілгендіктен, бұл жақсарту жасалды. Телескоптың ыдысын толығымен кері бұруға болатындай етіп жасалды. Бастапқыда фокустағы қабылдағыштарды ауыстыру үшін телескоптың табанында жылдам мұнараны пайдалану жоспарланған. Алайда, жылдам мұнара қаржыландыру шектеулеріне және қабылдағыш жабдықтарының көп бөлігі фокусқа емес, телескоптың табанында орналасқандықтан салынбады. Телескоп 1957 жылдың 3 ақпанында алғаш рет қозғалды: бір дюймге. Ол 1957 жылдың 12 маусымында алғаш рет қуатпен азимут бойынша қозғалды; ыдыс 1957 жылдың 20 маусымында алғаш рет қуатпен еңкейтілді. Алғашқы жарық 1957 жылдың 2 тамызында болды; телескоп 160 МГц жиілігінде Құс жолының бойымен дрейфтік сканерлеуді жасады, ыдыс зенитте болды. Телескопты басқару бөлмесінен 1957 жылдың 9 қазанында арнайы жасалған аналогты компьютер арқылы басқару басталды. (телескоптың ғарыш зымырандарын бақылаудағы ерте, өте көпшілікке танымал рөліне байланысты; төмендегі бетті қараңыз), және Джодрелл Банк обсерваториясы Нуффилд радиоастрономиялық зертханалары деп қайта аталды. Телескоптың жалпы соңғы құны 700 000 фунт стерлингті құрады.

Bernard Lovell built the Transit Telescope at Jodrell Bank in the late 1940s. This was a 218 feet (66 m) diameter radio telescope that could only point directly upwards; the next logical step was to build a telescope that could look at all parts of the sky so that more sources could be observed, as well as for longer integration times. Although the Transit Telescope had been designed and constructed by the astronomers that used it, a fully steerable telescope would need to be professionally designed and constructed; the first challenge was to find an engineer willing to do the job. This turned out to be Charles Husband, whom Lovell first met on 8 September 1949. Two circular 15" turret drive gear sets and associated pinions from 15 inch (38 cm) gun turrets were bought cheaply in 1950; these came from the World War I battleships HMS Revenge and Royal Sovereign, which were being broken up at the time. The bearings became the two main altitude rotator bearings of the telescope, with the appropriate parts of the telescope being designed around them. Husband presented the first drawings of the proposed giant, fully steerable radio telescope in 1950. After refinements, these plans were detailed in a "Blue Book", which was presented to the DSIR on 20 March 1951; the proposal was approved in March 1952. Construction began on 3 September 1952. The foundations for the telescope were completed on 21 May 1953 after being sunk 90 feet (27 m) into the ground. It then took until mid March 1954 to get the double railway lines completed because of their required accuracy. The central pivot was delivered to the site on 11 May 1954, and the final bogie in mid April 1955. The telescope bowl was originally going to have a wire mesh surface to observe at wavelengths between 1 and 10 meters (3.2 and 32 feet), so frequencies between 30 and 300 MHz; this was changed to a steel surface so that the telescope could observe at the 21 cm (8 in) hydrogen line, which was discovered in 1951. Also, in February 1954 Lovell and the Air Ministry met to see if funding could be made available for improving the accuracy of the dish so that it could be used on centimetre wavelengths, for research at these wavelengths for the Ministry as well as "other purposes". Although the funding was not ultimately made available from the Air Ministry, the planning process had already progressed, so this improvement was made anyway. The telescope was constructed so that the bowl could be completely inverted. Originally, it was intended to use a movable tower at the base of the telescope to change the receivers at the focus. However, the movable tower was never built, jointly because of funding constraints and the fact that much of the receiver equipment was placed at the base of the telescope rather than at the focus. The telescope moved for the first time on 3 February 1957: by an inch. It was first moved azimuthally under power on 12 June 1957; the bowl was tilted under power for the first time on 20 June 1957. and first light was on 2 August 1957; the telescope did a drift scan across the Milky Way at 160 MHz, with the bowl at the zenith. The telescope was first controlled from the control room on 9 October 1957, by a purpose built analogue computer. (partly because of the telescope's early, very public role in space probe tracking; see below), and Jodrell Bank observatory was renamed to the Nuffield Radio Astronomy Laboratories. The final total cost for the telescope was £700,000.

Mark IA деңгейіне көтеру

Телескоп алғаш рет құрастырылғаннан кейін көп ұзамай Ловелл мен Хасбенд телескопты жаңартуды жоспарлай бастады, осылайша оның беті дәлдеуге және цифрлық компьютермен басқарылуға мүмкіндік берді. Бұл жаңарту жоспарларын Husband and Co. жасады және 1964 жылдың сәуірінде Ловеллге ұсынды. 1967 жылдың қыркүйегінде көтерілу механизмінде шаршаудан пайда болған жарықтар анықталғанда, жоспарларын жеделдетуге мәжбүр болды. Телескоптың қызмет ету мерзімі 10 жылға дейін деп күтілді, ал Хасбенд 1963 жылдан бері телескоптың тозуы туралы ескертіп келді. Шаршау жарықтарының пайда болуы телескоптың жұмысын тоқтату қаупі тудырған алғашқы мәселе болды; олар түзетілмесе, көтерілу жүйесі бұзылып, тіпті істен шығуы мүмкін еді. Сондықтан телескоп жөнделіп, Mark IA ретінде жаңартылды; бұл үшін 400,000 фунт стерлинг қаржыны 1968 жылдың 8 шілдесінде SRC жариялады. Жаңарту үш кезеңде жүзеге асырылды: 1-кезең 1968 жылдың қыркүйегі мен 1969 жылдың ақпаны аралығында, 2-кезең 1969 жылдың қыркүйегі мен қарашасы аралығында және 3-кезең 1970 жылдың тамызы мен 1971 жылдың қарашасы аралығында. Бірінші кезеңде телескоп салмағының үштен бірін көтеруге арналған ішкі рельс жолы қосылды. Екінші кезеңде бұрынғы жылдары тозып, шөгіп жатқан сыртқы рельс жолы қайтадан жаңартылды. Ішкі рельс жолына төрт доңғалақ және олардың болаттан жасалған құрылымдары қосылды, ал сыртқы рельс жолындағы қолданыстағы доңғалақтар күрделі жөндеуден өтті. Mark IA жаңарту 1974 жылдың 16 шілдесінде телескоп Манчестер университетіне қайтарылғанда ресми түрде аяқталды. Жаңарту кезінде болат бағасының өсуіне байланысты жаңартудың соңғы құны 664,793.07 фунт стерлингке жетті.

Кейінгі жаңартулар мен жөндеулер

1976 жылдың қаңтарындағы 2 қаңтардағы дауыл сағатына 140 км/сағ (90 миль/сағ) жылдамдықпен соққан жел әкелді, ол телескопты жартылай қиратты. Мұнаралар иілді, ал тарелканы мұнаралармен байланыстыратын бір подшипник сырғыды. Қымбат жөндеуден кейін, мұнараларға осы жағдайдың қайта орын алмауы үшін диагональды бекіткіш фермалар қосылды. Жаңа жетек жүйесі орнатылды, ол айтарлықтай жоғары дәлдікпен бағыттауды қамтамасыз етеді. Сыртқы жол қайта жаңартылды, ал ауыр қабылдағыштарды ұстап тұру үшін фокустық мұнара күшейтілді. 2007 жылы телескопқа жаңа жетек доңғалағы қажет болды, себебі бастапқы 64 доңғалақтың бірі жарылды; 2008 жылы екінші доңғалақ жарылғаннан кейін тағы бір жаңа болат шина қажет болды. Телескоп 1957 жылы жұмыс іске қосылғаннан бері жасалған жалғыз екі доңғалақ ауыстыру осылар. (2010 жылғы мәліметтерге сәйкес) телескоптың екі тіреу мұнарасының әрқайсысында ұя салайтын екі жұп жабайы сұңқардың болуы, кейбір басқа радио телескоптарда кездесетін, құстардың қалдықтарынан ластану және олардың дене температурасының сезімтал құралдардың көрсеткіштеріне әсер етуінен туындайтын көгершіндердің зиянын болдырмайды. Обсерваторияның ғимараттарының біріне жақын поляк Ренессансы дәуірінің математигі және астрономы, ғаламның гелиоцентрлік моделін жасаған, оның ортасында Күн, Жер емес, тұрған Николаус Коперник бюсті орнатылған.

Айға жарысу

Лавелл телескопы 1950-ші жылдардың соңы мен 1960-шы жылдардың басында Айға бағытталған советтік және американдық ғарыш зондарын қадағалау үшін пайдаланылды. Телескоп 1958 жылдың 11-13 қарашасында «Пионер-1», 1958 жылдың желтоқсан айында «Пионер-3», 1959 жылдың наурыз айында «Пионер-4» зондарын бақылады. Телескоп 1960 жылдың 11 наурызы мен 26 маусымы аралығында «Пионер-5» ғарыш кемесін қадағалап қана қоймай, оған командалар жіберуге де қолданылды, оның ішінде зондты тасымалдаушы зымыранынан ажырату және зонд алыс болғанда қуатты трансляторды қосу үшін. Сондай-ақ ол «Пионер-5»-тен деректер алды және сол кезде әлемдегі мұндай мүмкіндікке ие болған жалғыз телескоп еді. Зондтан соңғы сигнал 1960 жылдың 26 маусымында алыстан тіркелді. Телескоп 1959 жылдың 13-14 қыркүйегінде Айға шағылысқан «Луник II» зондын сәтті қадағалады; бұл телескоптың Айдың гравитациялық күшінің зондқа тигізген әсерін өлшеу арқылы дәлелденді, ал «Луна-3» 1959 жылдың 4 қазанында қадағаланды. Сонымен қатар, телескоп 1966 жылдың ақпан айында Айға жұмсақ қонған алғашқы ғарыш кемесі «Луна-9»-ды қадағалады. Телескоп Ай бетінен жіберілген фотосуреттерді қабылдады. Фотосуреттер британдық баспасөзге жіберілді – зонд қабылдау мүмкіндігін арттыру мақсатында, жаңалықтар агенттіктері үшін бейнехабар таратудың халықаралық форматында берілді – және советтер оларды жарияламас бұрын жарияланды. Телескоп 1966 жылдың сәуір айында Айдың орбитасына шығарылған ресейлік «Луна-10» спутнигін және 1968 жылдың қыркүйегінде Айға екі тасбақаны алып ұшқан ресейлік «Зонд-5» зондын қадағалады, ол Жерге оралу алдында Айдың айналасын айналып өтті. Телескоп 1969 жылдың шілдесінде «Луна-15» зондын қадағалағандықтан «Аполлон-11» зондын қадағаламады. Дегенмен, сол уақытта «Жодрелл Банк» обсерваториясындағы 50 футтық (15 метрлік) телескоп «Аполлон-11» зондын қадағалау үшін пайдаланылды.

Венера зондтары

Телескоп 1961 жылдың 19-20 мамырында Венераға бет алған советтік спутнигі «Венера-1»-ден сигналдарды қабылдаған болуы мүмкін. Дегенмен, сигналдардың қайдан келгенін нақты анықтау мүмкін болмады. Бірнеше жыл өткен соң, 1962 жылдың желтоқсан айында телескоп «Маринер-2» ғарыш аппаратынан деректерді қабылдап, оны бақылады. 1967 жылдың 18 қазанында телескоп Венераға жол тартқан советтік зонды «Венера-4»-тен сигналдарды қабылдады және оны бақылады.

ICBM бақылаушысы

RAF Fylingdales құрылысы аяқталуына дейін уақытша шара ретінде телескоп 1962 жылдың сәуірінен 1963 жылдың қыркүйегіне дейін "Project Verify" (сондай-ақ "Lothario" және "Changlin" кодовые сөздерімен белгілі) жобасы үшін күшті күйде болды. Стратегиялық дабылдар кезінде, телескопқа "импульстік жібергіш, қабылдағыш және дисплейлік жабдық" қосылып, ICBM және/немесе IRBM зымырандарының ұшырылу белгілерін анықтау үшін белгілі советтік ұшыру алаңдарын сканерлеуге мүмкіндік берді. 1962 жылдың қазан айындағы Куба зымыран дағдарысы кезінде телескоп сырттай түрде Темір Қоршауға бұрылып, егер зымырандар ұшырылса, бірнеше минуттық ескерту беруге мүмкіндік берді.

Ғылыми байқаулар

Телескоп ұсынылған кезде, телескоптың бақылаулары үшін бірқатар мақсаттар белгіленді. Олардың ішінде: Телескоп 50 жылдық "Бірінші қимыл" фестивалінің аясында Айдан кері шағылысқан хабарламаларды ("айдан шағылысқан сигналдарды") қабылдау үшін де қолданылды. 1961 жылдың сәуір айында, планета жақын арада болған кезде телескоп арқылы Венерадан радарлық эхо алынды, бұл американдық телескоптармен өлшенген планетаның қашықтығын растады.

Мазерлер

1963 жылы телескоп жұлдыздар пайда болатын аймақтар мен алып жұлдыздардан OH шығарылымдарын анықтады; бұл алғашқы астрономиялық мазерлер болды. OH мазерлері телескоппен оңай байқалатын 18 см (7 дюйм) шамасындағы төрт жиілікте сәуле шығарады. MERLIN жүйесінің бір бөлігі ретінде телескоп мазер аймақтарының карталарын жасау үшін үнемі қолданылады. Сонымен қатар, пульсардың сәулесінің поляризациясын алғаш рет анықтау үшін де пайдаланылды. Бұл Jodrell Банкінде пульсарларды зерттеу жұмысының басталуын білдірді, ол әлі де жалғасуда. Пульсарлар ашылғаннан кейінгі 30 жыл ішінде телескоп 100-ден астам жаңа пульсарды тапты (ал Джодрелл Банкі астрономдары Ловелл және басқа телескоптарды пайдалана отырып, барлығының шамамен 2/3 бөлігін тапты). 300 пульсар Lovell телескопы немесе жақын жердегі 42 футтық (13 м) антенна арқылы үнемі бақыланады. Сонымен қатар, 1986 жылы шар тәрізді жұлдыздар шоғырындағы алғашқы пульсар да осы телескоп арқылы табылды.

Гравитациялық линзалау

1972-1973 жылдары телескоп "аспанның шектеулі аймағындағы радио көздерін құралдың сезімталдық шегіне дейін толыққанды зерттеуге" қолданылды. Каталогталған нысандардың ішінде алғашқы гравитациялық линза болды, ол 1979 жылы Mark I телескопын Mark II телескопымен интерферометр ретінде пайдаланып, оның орны әлсіз көк түсті жұлдыздар жұбымен сәйкес екені анықталғаннан кейін оптикалық түрде расталды. Телескоп 1998 жылы алғашқы Эйнштейн сақинасын анықтауға да қатысты, бұл Hubble ғарыш телескобымен жүргізілген бақылаулармен бірлесіп жасалды.

Квазарлар және интерферометрия

Квазарлардың мөлшері мен табиғатын зерттеудің бастапқы кезеңдері 1950 жылдары интерферометрия техникасының дамуына ықпал етті. Ловелл телескопының үлкен жинау алақаны болғандықтан, ол жоғары сезімталдықтағы интерферометрлік өлшемдерді салыстырмалы түрде жылдам жасауға мүмкіндік берді. Осының нәтижесінде телескоп квазарларды ашуда маңызды рөл атқарды. Ловелл телескопының құрылысы аяқталғаннан кейін, кең жақтағы тізім басқарылатын тұғырға орнатылып, екеуі радио интерферометрі ретінде қолданылды. Бұл аспандағы квазарлардың 2D пішінін анықтау үшін пайдаланылды. 1961 жылдың жазында 8 метрлік диаметрі бар параболалық телескоп құрылыс жасалды (алюминий түтіктерден жасалған және ескі қорғаныс радарінің айналмалы құрылымына орнатылған). Содан кейін ол Mark I телескопымен бірге 0,3 доғалық секундтық ажыратымдылығы бар, басқарылатын интерферометр ретінде пайдаланылды, бұл жоғары қызыл жылжулы (z~0,86) квазарлардың мөлшерін анықтауға мүмкіндік берді. Құрылысы аяқталғаннан кейін Mark II телескопы да Lovell телескопымен бірге интерферометр ретінде қолданылды. Сондай-ақ, Mark III-тің құрылысының бір себебі оны Mark I телескопымен бірге радио көздерін зерттеу үшін интерферометр ретінде пайдалану болды. Телескоп 1968 жылы алғашқы трансатлантикалық интерферометрлік тәжірибеге қатысты, ал басқа телескоптар Канададағы Алгонкин және Пентиктон қалаларында орналасқан. Ол алғаш рет 1969 жылы Аресибо радиотелескопымен бірге интерферометр ретінде қолданылды. Ешқандай сигналдар анықталған жоқ. 2005 жылдың ақпан айында Ловелл телескопын пайдаланған астрономдар VIRGOHI21 галактикасын тапты, ол көбінесе қара материядан тұратын сияқты.

Танымал мәдениетте

1961 жылы жасалған телескоптың 1:200 масштабтағы моделі Лондонның Ғылым мұражайында сақталған. 1962 жылы телескоп Фред Хойл мен Джон Эллиоттың «Андромеда үшін» атты ғылыми-фантастикалық романында еске алынған. 1981 жылы Кроусли Паркте түсірілген «Доктор Ху» сериалының «Логополис» бөлімінде телескоптың моделі «Фарос» жобасы ретінде пайдаланылды, сол жерден Том Бейкер сомдаған Доктор құлап, жаңа денеге ие болды. Модель Mark I телескопының негізінде жасалған, бірақ ол Mark IA телескопынан алынған ыдыстың жиегі сияқты кейбір өзгерістерді де қамтыды. Софи Олдред 1990 жылы «Doctor Who» білім беру арнаулы бағдарламасы «Search Out Science: Search Out Space» ішінде Жетінші Доктордың серігі Эйстің рөлін ойнады. 1992 жылы телескоп Sub Sub тобының «Space Face» синглінің обложкасында бейнеленді. Телескоптың ыдысында төрт топ музыкалық бейнеклип немесе фотосурет түсірді: 1994 жылдың маусымында Стив Даблдың Oasis тобы, 1995 жылы D:Ream («Party Up the World»), 2003 жылы Placebo («The Bitter End») және 2015 жылы Public Service Broadcasting («Sputnik»). Electric Light Orchestra тобының «Secret Messages» бейнеклипінде телескоптың алысқа түсірілген кадрлары қолданылды. Royal Mail телескобын «J for Jodrell Bank» деп көрсетті; ол бұрын Гаити, Венгрия, Ассенсия аралы, Барбуда, Лихтенштейн және Танзания елдерінің маркаларында да пайда болған. 1981 жылдың тамызында «Коронация көшесі» сериалының бір эпизодында телескоп көрсетілді. Лен мен Рита Фейрклоу өсіп келе жатқан балаларын телескопты көруге алып келді.