Австралийская астрономическая обсерватория: история и развитие

Введение

Австралийская астрономическая обсерватория (AAO), ранее известная как Англо-Австралийская обсерватория, была оптической и ближней инфракрасной астрономической обсерваторией, штаб-квартира которой находилась в Норт-Райде, пригороде Сиднея, Австралия. Первоначально финансировалась совместно правительствами Великобритании и Австралии, а затем полностью управлялась Департаментом промышленности, инноваций, науки, исследований и высшего образования Австралии. AAO эксплуатировала 3,9-метровый англо-австралийский телескоп (AAT) и 1,2-метровый телескоп Великобритании Шмидта (UKST) в обсерватории Сайдинг-Спринг, расположенной вблизи города Куонабарабран, Австралия. Помимо эксплуатации двух телескопов, сотрудники AAO проводили астрономические исследования, а также разрабатывали и создавали астрономическую аппаратуру для AAT, UKST и других телескопов, включая Очень Большой Телескоп Европейской Южной Обсерватории (ESO) в Чили и японский телескоп Subaru на Мауна-Кеа на Гавайях. Участие Великобритании в AAO прекратилось в июне 2010 года, а изменение названия и структуры управления вступило в силу 1 июля 2010 года.

История

В годы, непосредственно последовавшие за Второй мировой войной, оптическая наблюдательная астрономия в Великобритании испытывала трудности из-за отсутствия современной инфраструктуры. В южном полушарии не было крупных телескопов, несмотря на то, что некоторые из наиболее интересных астрономических объектов (например, Галактический центр и Магеллановы Облака) лучше всего наблюдать с этих широт. В 1950-х годах Ричард Вулли, директор обсерватории Маунт-Стромло с 1939 по 1956 год и Королевский астроном с 1956 по 1971 год, предложил построить большой телескоп в Австралии. После серии встреч между британскими и австралийскими учеными в начале 1960-х годов для обсуждения технических характеристик и начала поиска подходящей площадки для предлагаемого телескопа, в июле 1965 года правительствам обеих стран был сделан официальный запрос. В апреле 1967 года было окончательно согласовано, что строительство 150-дюймового телескопа, Англо-Австралийского телескопа (AAT), должно быть начато. Телескоп должен был быть расположен на горе Сайдинг-Спринг в районе Воррумбанглс, принадлежащем Австралийскому национальному университету (ANU) и являющемся местом расположения части их существующей инфраструктуры. Позднее в том же году была сформирована временная организация, известная как Объединенный политический комитет, в которую вошли известные ученые Эдвард Боуэн (Австралия), Олин Эгген (Австралия), Ричард Вулли (Великобритания) и Джим Хози (Великобритания), для надзора за начальной работой проектного офиса, расположенного в Канберре. Проектный офис завершил разработку и спецификации телескопа, монтировки и здания, а также заключил контракты на международном уровне, используя опыт сотрудников, участвовавших в разработке и строительстве радиотелескопа Паркс. Соглашение об Англо-Австралийском телескопе было подписано 25 сентября 1969 года и вступило в силу 22 февраля 1971 года. Объединенный политический комитет был заменен Советом Англо-Австралийского телескопа (AATB) – юридическим лицом с полным правовым статусом в соответствии с австралийским законодательством, ответственным за надзор за работой телескопа. По мере ускорения строительства AAT разгорелись острые дебаты относительно деталей структуры управления, которая будет контролировать телескоп. Тогдашний директор обсерваторий Маунт-Стромло и Сайдинг-Спринг, Олин Эгген, и тогдашний вице-канцлер ANU, Джон Кроуфорд, утверждали, что двустороннее соглашение не предусматривает создания отдельной обсерватории. Они утверждали, что телескоп в конечном итоге должен находиться под контролем директора обсерваторий Маунт-Стромло и Сайдинг-Спринг, а дополнительный персонал для нового телескопа должен быть предоставлен ANU. Однако, опасаясь, что они будут не более чем гостями, а не равноправными партнерами в AAT, британские астрономы, при поддержке астрономов из австралийских государственных университетов, активно добивались назначения отдельного директора и штата сотрудников, которые были бы наняты и подчинялись бы только AATB. Вопрос не был урегулирован до июня 1973 года, когда правительство Австралии поддержало решение AATB о создании независимого штата сотрудников, что ознаменовало рождение Англо-Австралийской обсерватории. Первый директор, Джо Уэмплер, вступил в должность в сентябре 1974 года. На сегодняшний день было пять директоров.

In the years immediately after World War II optical observational astronomy in the UK was toiling due to a lack of modern infrastructure. There were no large telescopes in the southern hemisphere despite some of the most intriguing astronomical objects (e. g. the Galactic Centre and the Magellanic Clouds) being best placed for study from these latitudes. In the 1950s Richard Woolley, Director of Mount Stromlo Observatory from 1939 to 1956 and Astronomer Royal from 1956 to 1971, suggested constructing a large telescope in Australia. After a series of meetings between British and Australian scientists in the early 1960s to discuss the technical specifications and begin the search for a suitable site for the proposed telescope, a formal approach was made to the governments of both countries in July 1965. It was finally agreed in April 1967 that the building of a 150" telescope, the Anglo Australian Telescope (AAT), should proceed. The telescope was to be located on Siding Spring Mountain in the Warrumbungles, which was owned by the Australian National University (ANU) and the site of some of their existing infrastructure. Later that year an interim body known as the Joint Policy Committee, and including prominent scientists Edward Bowen (Aus), Olin Eggen (Aus), Richard Woolley (UK) and Jim Hosie (UK) was formed to oversee the early running of a project office which was located in Canberra. The project office finalised designs and specifications for the telescope, the mounting and the building and let contracts on a worldwide basis, exploiting the experience of those staff members who were involved in the development and construction of the Parkes radio telescope. The Anglo Australian Telescope Agreement was signed on 25 September 1969 and came into effect on 22 February 1971. The Joint Policy Committee was replaced by the Anglo Australian Telescope Board (AATB), an entity with full legal status under Australian law with responsibilities of overseeing the running of the telescope. As construction of the AAT gathered pace, a heated debate ensued as to the details of the management structure which would control the telescope. Then Director of Mount Stromlo and Siding Spring Observatories, Olin Eggen and then Vice Chancellor of the ANU, John Crawford, claimed that the bi national agreement did not provide for the creation of a separate observatory. They argued that the telescope should ultimately be under the control of the Director of Mount Stromlo and Siding Spring Observatories and that additional staff for the new telescope should be provided by the ANU. However, fearing that they would be mere guests rather than equal partners in the AAT, British astronomers, with support from Australian state university astronomers, campaigned hard for a separate director and staff who were employed by and answerable only to the AATB. The matter was not settled until June 1973 when the Australian government endorsed the AATBs decision for an independent staff, marking the birth of the Anglo Australian Observatory. The first director, Joe Wampler, took up his post in September 1974. To date there have been five directors.

Строительство англо-австралийского телескопа

В конце 1967 года контракт на изготовление заготовки первичного зеркала был заключен с компанией Owens Illinois в США, и в апреле 1969 года была отлита 27,5-тонная конструкция из стекла Cervit с нулевым коэффициентом теплового расширения. Заготовка была отправлена в Ньюкасл-апон-Тайн, Англия, для обработки и полировки компанией Grubb Parsons. Готовый продукт имеет диаметр 3,9 м и фокусное расстояние 12,7 м. Строительство здания и купола, выполненное австралийскими компаниями Leighton Contractors и Evans Deakin Industries соответственно, началось в конце 1970 года и было завершено к концу 1972 года. Здание изготовлено из бетона, его высота составляет 26 м, и оно имеет семь этажей, на которых расположены офисы, лаборатории и камера нанесения алюминиевого покрытия на зеркала. Телескоп установлен на бетонном основании, имеющем отдельный фундамент от основного здания, для снижения риска вибраций. Двухстенный купол изготовлен из стали и алюминия и весит 570 тонн. Телескоп монтируется экваториально, по принципу, близкому к конструкции 4-метрового телескопа Национальной обсерватории Китт-Пик. Монтировка была изготовлена в Муроране, Япония, компанией Mitsubishi Electric. Она была доставлена в Австралию в начале 1973 года, после чего была собрана на горе Сайдинг-Спринг в апреле того же года. Система управления телескопом также была произведена компанией Mitsubishi Electric и поставлена в это время. Она была одной из первых, управляемых компьютером – Interdata Model 70, – и обеспечивала новый уровень точности наведения и слежения. Сборка ААТ была завершена к 1974 году, а ввод телескопа в эксплуатацию начался в апреле того же года. В общей сложности строительство заняло восемь лет и стоило 16 миллионов австралийских долларов. Торжественное открытие состоялось 16 октября 1974 года в присутствии Его Королевского Высочества принца Чарльза, а в июне 1975 года телескоп был введен в регулярную эксплуатацию.

Исследования с AAT

АОА использует оптические волокна в астрономии уже более 25 лет. Приборы, такие как AAOmega и его предшественник 2dF, используют оптические волокна для передачи света звезд и галактик от телескопа в спектрограф, где он разделяется на составляющие его цвета для детального последующего анализа. Широкое поле зрения, обеспечиваемое приборами 2dF и AAOmega (в 4 раза превышающее ширину Луны), и их 400 оптических волокон делают возможным спектроскопическое обследование большого числа объектов, распределенных по обширным областям неба, за разумное время. Ряд крупных исследований, проведенных с использованием AAT, использовали эти возможности. Обзор галактик по красному смещению 2dF (2dFGRS) использовал прибор 2dF для получения спектров и красных смещений для около 250 000 галактик ярче B ~ 19,5 на ~7% южного неба всего за ~270 ночей. Размер выборки 2dFGRS был на порядок больше, чем в предыдущих обзорах, что позволило провести строгую оценку космологических параметров. Например, обзор уточнил оценки плотности массы Вселенной, предоставил определение доли барионной материи во Вселенной и установил верхний предел на общую массу нейтрино. Кроме того, 2dFGRS дал независимую оценку постоянной Хаббла, которая оказалась в отличном согласии со значением, полученным в рамках ключевого проекта космического телескопа Хаббла. Основная цель данного исследования – использовать внутреннюю особенность в распределении галактик в качестве "стандартной линейки" для установления связи между расстоянием и красным смещением и углубления наших знаний о природе темной энергии. Этот загадочный компонент Вселенной, по-видимому, отвечает за ускорение скорости ее расширения. Другой обзор на основе AAOmega, проводимый на AAT, – Galaxy and Mass Assembly (GAMA) – находится в процессе получения оптической спектроскопии для около 250 000 галактик в локальной Вселенной. Данные AAOmega будут использоваться совместно с наблюдениями со спутниковых обсерваторий, таких как Космическая обсерватория Гершеля, и других телескопов по всему миру для проверки предсказаний стандартной космологической модели холодной темной материи, например, связи между числовой плотностью гало темной материи и их массами, а также связи между числовой плотностью галактик и их массами, определяемой путем изучения их звездного света. AAT также реализует программу поиска экзопланет – англо-австралийский поиск планет (AAPS). AAPS использует высокую стабильность эшельного спектрографа University College London (UCLES) для достижения точности в несколько метров в секунду при измерении радиальных скоростей звезд, необходимой для обнаружения рефлекторного доплеровского сдвига, вызванного присутствием планеты. AAPS обнаружила более 20 экзопланет с массами от ~10% до более чем в 10 раз превышающих массу Юпитера.

The AAO has made use of optical fibres in astronomy for over 25 years. Instruments such as AAOmega, and its predecessor 2dF, use optical fibres to feed the light of stars and galaxies from the telescope into a spectrograph where it is dispersed into its component colours for detailed subsequent analysis. The broad field of view accessed by the 2dF and AAOmega instruments (4 times the width of the moon) and their 400 optical fibres, makes it feasible to spectroscopically survey large numbers of objects distributed across expansive areas of sky in a reasonable time frame. A number of major studies undertaken with the AAT have exploited these capabilities. The 2dF Galaxy Redshift Survey (2dFGRS) used the 2dF instrument to obtain spectra and redshifts for ~250000 galaxies brighter than B~19.5 over ~7% of the southern sky in only ~270 nights. The 2dFGRS sample size was an order of magnitude greater than those of previous surveys, allowing a rigorous evaluation of cosmological parameters. For example, the survey has refined estimates of the mass density of the Universe, provided a determination of the fraction of baryonic matter in the Universe and set an upper limit on the total mass of neutrinos. In addition 2dFGRS yielded an independent estimate of the Hubble constant, which was in excellent agreement with value determined by the Hubble Space Telescope Key Project. The primary goal of this study is to use an intrinsic feature in the distribution of galaxies as a "standard ruler" to relate distance to redshift and improve our knowledge of the nature of dark energy. This mysterious component of the Universe appears to be responsible for accelerating its rate of expansion. Another AAOmega based survey on the AAT, Galaxy and Mass Assembly (GAMA), is in the process of obtaining optical spectroscopy for ~250000 galaxies in the Local Universe. The AAOmega data will be used in conjunction with observations from satellite observatories such as the Herschel Space Observatory, and other telescopes around the world, to examine the predictions of the Cold Dark Matter standard cosmological model, like the relationship between the number density of dark matter halos and their masses and the relationship between the number density of galaxies and their masses as determined through studying their starlight. The AAT also hosts a program to search for extrasolar planets, the Anglo Australian Planet Search (AAPS). The AAPS exploits the high stability of the University College London Echelle Spectrograph (UCLES) to obtain the few metres per second precision in measurements of the line of sight velocities of stars necessary to detect the reflex Doppler motion induced by the presence of a planet. The AAPS has found more than 20 extrasolar planets, with masses ranging from ~10% to > 10 times that of Jupiter.

Телескоп Шмидта

1,2-метровый телескоп Великобритании Шмидта был построен для дополнения телескопа AAT и официально начал работу в августе 1973 года. Он был разработан для проведения обзорной астрономии и обладал чрезвычайно широким полем зрения, более чем в 12 раз превышающим видимый диаметр Луны. Телескопом управляло подразделение телескопа Шмидта Королевской обсерватории Эдинбурга до 1988 года, когда было достигнуто соглашение о передаче управления AAO. Телескоп участвовал в работах, включая синие и красные фотографические обзоры южного неба и обзор галактик 6dF. В настоящее время его многообъектная спектроскопическая возможность используется для проведения обзора RAVE по измерению радиальных скоростей.