Введение

Радиотелескоп в обсерватории Джодрелл-Бэнк, Чешир, Англия

Телескоп Ловелл (англ. Lovell Telescope) — радиотелескоп в обсерватории Джодрелл-Бэнк, недалеко от Густри, Чешир, на северо-западе Англии. Когда строительство было завершено в 1957 году, телескоп был крупнейшим поворотным радиотелескопом в мире с диаметром 76,2 м; сейчас он является третьим по величине после телескопа Грин-Бэнк в Западной Вирджинии, США, и телескопа Эффелсберга в Германии. Изначально он был известен как "250-футовый телескоп" или радиотелескоп в Джодрелл-Бэнк, прежде чем в 1961 году получить название Mark I, когда обсуждалось строительство будущих телескопов (Mark II, III и IV). В 1987 году он был переименован в телескоп Ловелл в честь сэра Бернарда Ловелла, а в 1988 году получил статус памятника архитектуры I степени. Телескоп входит в состав радиотелескопов MERLIN и Европейской сети Сверхдлиннобазисной радиоинтерферометрии (VLBI). И Бернард Ловелл, и Чарльз Хусбанд были удостоены рыцарского звания за их вклад в создание телескопа. В сентябре 2006 года телескоп выиграл онлайн-конкурс BBC на звание величайшей "невоспеттой достопримечательности" Великобритании. 2007 год ознаменовал 50-летие телескопа. При ясной погоде телескоп Mark I можно увидеть с высотных зданий в Манчестере, таких как Башня Битема, а также с таких отдаленных мест, как Пеннины, Винтер-Хилл в Ланкашире, Сноудония, замок Бистон в Чешире и Пик-Дистрикт. Его также можно увидеть из окон, выходящих на юг, в ресторанной зоне и залах ожидания вылета аэропорта Манчестера.

Концепция и конструкция Mark I

Бернард Ловелл построил транзитный телескоп в Джодрелл-Банке в конце 1940-х годов. Это был радиотелескоп диаметром 218 футов (66 м), который мог наводиться только строго вверх; следующим логичным шагом было создание телескопа, способного наблюдать все участки неба, чтобы можно было наблюдать больше источников и проводить измерения с большей длительностью интегрирования. Хотя транзитный телескоп был спроектирован и построен астрономами, которые им пользовались, для полностью управляемого телескопа требовалось профессиональное проектирование и строительство; первой задачей было найти инженера, готового взяться за эту работу. Им оказался Чарльз Хазбенд, с которым Ловелл впервые встретился 8 сентября 1949 года. В 1950 году по низкой цене были приобретены два круглых комплекта механизмов наведения башен диаметром 15 дюймов и соответствующие зубчатые колеса от 15-дюймовых (38 см) орудийных башен; они были сняты с линкоров времен Первой мировой войны HMS Revenge и Royal Sovereign, которые в то время разбирались на металлолом. Подшипники стали двумя основными подшипниками азимутального вращения телескопа, а конструкция соответствующих частей телескопа была выполнена с учетом их параметров. Хазбенд представил первые чертежи предлагаемого гигантского, полностью управляемого радиотелескопа в 1950 году. После доработки эти планы были подробно изложены в «Голубой книге», которая была представлена DSIR 20 марта 1951 года; предложение было одобрено в марте 1952 года. Строительство началось 3 сентября 1952 года. Фундамент телескопа был завершен 21 мая 1953 года после погружения на глубину 27 метров. Затем потребовалось до середины марта 1954 года, чтобы завершить прокладку двойных железнодорожных путей из-за требований к их точности. Центральная ось была доставлена на площадку 11 мая 1954 года, а последний тележечный модуль – в середине апреля 1955 года. Первоначально планировалось, что поверхность чаши телескопа будет выполнена из металлической сетки для наблюдения на длинах волн от 1 до 10 метров (3,2–32 фута), что соответствует частотам от 30 до 300 МГц; впоследствии было решено использовать стальную поверхность, чтобы телескоп мог наблюдать на 21-сантиметровой (8 дюймов) водородной линии, открытой в 1951 году. Кроме того, в феврале 1954 года Ловелл и представители Министерства авиации встретились, чтобы обсудить возможность выделения финансирования на повышение точности антенны для работы на сантиметровых длинах волн, для проведения исследований в этом диапазоне для Министерства, а также для «других целей». Хотя финансирование от Министерства авиации в конечном итоге не было получено, процесс планирования уже продвинулся, поэтому это улучшение все же было реализовано. Телескоп был спроектирован таким образом, чтобы чашу можно было полностью инвертировать. Изначально предполагалось использовать передвижную башню у основания телескопа для смены приемников в фокусе. Однако передвижная башня так и не была построена, что было обусловлено как финансовыми ограничениями, так и тем, что большая часть приемного оборудования была размещена у основания телескопа, а не в фокусе. Телескоп впервые сдвинулся 3 февраля 1957 года – на дюйм. Впервые он был перемещен по азимуту под управлением двигателя 12 июня 1957 года; чаша была наклонена под управлением двигателя впервые 20 июня 1957 года. Первый свет был получен 2 августа 1957 года; телескоп выполнил сканирование по полосе Млечного Пути на частоте 160 МГц, с чашей, направленной в зенит. Управление телескопом впервые осуществлялось из комнаты управления 9 октября 1957 года с помощью специально разработанного аналогового компьютера. (частично благодаря ранней и широкой известности телескопа в отслеживании космических аппаратов; см. ниже), а обсерватория Джодрелл-Банк была переименована в Nuffield Radio Astronomy Laboratories. Общая стоимость телескопа составила 700 000 фунтов стерлингов.

Переход на марку IA

Вскоре после завершения строительства телескопа, Ловелл и Хазбенд начали обдумывать его модернизацию для повышения точности поверхности и внедрения цифровой системы управления. Планы по модернизации были разработаны компанией Хазбенда и представлены Ловеллу в апреле 1964 года. Эти планы приобрели особую срочность после обнаружения усталостных трещин в системе наведения по высоте в сентябре 1967 года. Срок службы телескопа оценивался в 10 лет, и Хазбенд предупреждал о его износе с 1963 года. Появление усталостных трещин стало первой проблемой, угрожавшей работоспособности телескопа; если бы их не устранили, система наведения могла выйти из строя и даже заклинить. Поэтому телескоп был отремонтирован и модернизирован до версии Mark IA; финансирование в размере 400 000 фунтов стерлингов было объявлено SRC 8 июля 1968 года. Модернизация проводилась в три этапа: первый – с сентября 1968 года по февраль 1969 года, второй – с сентября по ноябрь 1969 года, и третий – с августа 1970 года по ноябрь 1971 года. В ходе первого этапа была добавлена внутренняя рельсовая колея, предназначенная для принятия трети веса телескопа. На втором этапе была восстановлена внешняя рельсовая колея, которая в предыдущие годы разрушалась и проседала. На внутренней колею были установлены четыре тележки и их металлоконструкции, а существующие тележки на внешней колеи были отремонтированы. Модернизация Mark IA была официально завершена 16 июля 1974 года, когда телескоп был возвращен Университету Манчестера. Из-за роста цен на сталь в период модернизации, ее окончательная стоимость составила 664 793,07 фунтов стерлингов.

Поздние модернизации и ремонт

В январе 1976 года, 2 января, ветер со скоростью около 90 миль в час (140 км/ч) едва не разрушил телескоп. Башни прогнулись, и один из подшипников, соединяющих антенну с башнями, соскользнул. После дорогостоящего ремонта к башням были добавлены диагональные распорки, чтобы предотвратить повторение подобного. Была установлена новая система наведения, обеспечивающая значительно более высокую точность. Внешний кольцевой путь был переложен, а фокусная башня усилена, чтобы выдерживать более тяжелые приемники. В 2007 году телескопу потребовалось новое приводное колесо, так как одно из 64 оригинальных колес треснуло; в 2008 году потребовалась еще одна стальная шина после трещины второго колеса. Это единственные две замены колес, необходимые с момента начала эксплуатации телескопа в 1957 году. Наличие (по состоянию на 2010 год) двух гнездящихся пар диких соколов-сапсанов (по одной паре в каждой из двух опорных башен телескопа) предотвращает проблему заражения голубями (из-за загрязнения пометом и влияния их тепла на показания чувствительных приборов), от которой страдают некоторые другие радиотелескопы. Рядом с одним из зданий обсерватории установлен бюст Николая Коперника, польского математика и астронома эпохи Возрождения, разработавшего гелиоцентрическую модель Вселенной, в которой Солнце, а не Земля, находится в центре.

Гонка на Луну

Телескоп Ловелл использовался для отслеживания советских и американских зондов, направленных к Луне в конце 1950-х и начале 1960-х годов. Телескоп отслеживал "Пионер-1" с 11 по 13 ноября 1958 года, "Пионер-3" в декабре 1958 года и "Пионер-4" в марте 1959 года. Телескоп отслеживал "Пионер-5" в период с 11 марта по 26 июня 1960 года, а также использовался для передачи команд зонду, включая команду на отделение зонда от ракеты-носителя и команды на включение более мощного передатчика, когда зонд находился вдали. Он также принимал данные с "Пионера-5" и был единственным телескопом в мире, способным на это в то время. Последний сигнал с зонда был принят 26 июня 1960 года на определенном расстоянии. Телескоп успешно отследил "Луник II" с 13 по 14 сентября 1959 года при его столкновении с Луной; это было подтверждено телескопом путем измерения влияния гравитации Луны на зонд, а также "Луна-3" около 4 октября 1959 года. Кроме того, телескоп отследил "Луну-9" в феврале 1966 года – первый космический аппарат, совершивший мягкую посадку на Луну. Телескоп принимал факсимильную передачу фотографий с поверхности Луны. Фотографии были отправлены в британскую прессу – вероятно, намеренно, чтобы повысить вероятность приема – в международном формате для передачи изображений по каналам новостей и опубликованы до того, как Советы сами обнародовали эти фотографии. Телескоп отслеживал "Луну-10", советский спутник, выведенный на орбиту вокруг Луны, в апреле 1966 года, и "Зонд-5" в сентябре 1968 года – советский зонд с двумя черепахами на борту, запущенный к Луне, вокруг которой он совершил гравитационный маневр перед возвращением на Землю. Телескоп не отслеживал "Аполлон-11", поскольку в июле 1969 года он отслеживал "Луну-15". Однако одновременно для отслеживания "Аполлона-11" использовался 15-метровый телескоп в Джодрелл-Бэнк.

Зонды Венеры

Телескоп, возможно, зафиксировал сигналы от "Венеры-1", советского спутника, следовавшего к Венере, в период с 19 по 20 мая 1961 года. Однако подтвердить источник этих сигналов не удалось. Спустя несколько лет, в декабре 1962 года, телескоп отследил и получил данные с "Маринера-2". 18 октября 1967 года телескоп принял сигналы от и отследил "Венеру-4", советский зонд, направленный к Венере.

Наблюдательная собака МБР

В качестве временной меры, пока строился RAF Fylingdales, телескоп находился в режиме готовности для "Проекта Verify" (также известного под кодовыми обозначениями "Lothario" и "Changlin") с апреля 1962 года по сентябрь 1963 года. Во время стратегической тревоги к телескопу можно было подключить импульсный передатчик, приемник и аппаратуру отображения для сканирования известных советских стартовых площадок с целью обнаружения признаков запуска межконтинентальных и/или баллистических ракет средней дальности. Во время Кубинского ракетного кризиса в октябре 1962 года телескоп был незаметно направлен в сторону "Железного занавеса" для обеспечения нескольких минут предупреждения о возможном запуске ракет.

Научные наблюдения

Когда был предложен телескоп, был определен ряд задач для его наблюдений. Среди них: Телескоп также использовался для приема сообщений, отраженных от Луны ("лунный отскок") в рамках празднования 50-летия фестиваля "Первый импульс". В апреле 1961 года с помощью телескопа было получено радиолокационное отражение от Венеры, когда планета находилась в ближайшей точке к Земле, что подтвердило измерения расстояния до планеты, выполненные американскими телескопами.

Мазеры

В 1963 году телескоп зафиксировал ОН-излучение из областей звездообразования и гигантских звезд – первые астрономические мазеры. ОН-мазеры излучают на четырех частотах вблизи 18 см (7 дюймов), которые легко наблюдаются с помощью телескопа. В составе сети MERLIN телескоп регулярно используется для построения карт мазерных областей. Он также был использован для первого обнаружения поляризации излучения пульсара. Это положило начало масштабным исследованиям пульсаров в Джодрелле, которые продолжаются до сих пор. В течение 30 лет после открытия пульсаров телескоп обнаружил более 100 новых пульсаров (а астрономы из Джодрелл-Бэнк обнаружили около 2/3 от общего числа, используя телескопы Lovell и другие). 300 пульсаров регулярно наблюдаются либо с помощью телескопа Lovell, либо с близлежащей 13-метровой антенны. В 1986 году также был открыт первый пульсар в шаровом скоплении.

Гравитационное линзирование

В 1972–1973 годах телескоп использовался для "детального обзора радиоисточников в ограниченной области неба до предела чувствительности прибора". Среди объектов, включенных в каталог, была первая гравитационная линза, оптическое подтверждение которой произошло в 1979 году после того, как её положение совпало с парой тусклых голубых звезд, определенных с использованием Mark I в качестве интерферометра совместно с Mark II. Телескоп также принимал участие в обнаружении первого кольца Эйнштейна в 1998 году, совместно с наблюдениями, выполненными с помощью космического телескопа Хаббл.

Квазары и интерферометрия

Ранние исследования размеров и природы квазаров стимулировали развитие методов интерферометрии в 1950-х годах; телескоп Ловелл обладал преимуществом благодаря большой площади сбора, что позволяло ему относительно быстро проводить высокочувствительные интерферометрические измерения. В результате телескоп сыграл значительную роль в открытии квазаров. После завершения строительства телескопа Ловелл, широкополосная антенна была установлена на поворотной платформе, и эта пара использовалась как радиоинтерферометр для отслеживания объектов. Это позволило определить двухмерную форму квазаров на небе. Летом 1961 года был построен параболический телескоп диаметром 25 футов (8 м) из алюминиевых труб, установленный на вращающейся конструкции старого оборонного радара. Затем он использовался как управляемый интерферометр с Mark I, с разрешением 0,3 угловой секунды, для определения размеров некоторых квазаров с высоким красным смещением (z ~ 0,86). Телескоп Mark II, после завершения строительства, также использовался в качестве интерферометра с телескопом Ловелла. Кроме того, одной из причин строительства Mark III было его использование в качестве интерферометра с Mark I для проведения обзора радиоисточников. Телескоп участвовал в первом трансатлантическом интерферометрическом эксперименте в 1968 году, вместе с телескопами в Алгонкине и Пентиктоне (Канада). Впервые он был использован в качестве интерферометра с радиотелескопом Аресибо в 1969 году, однако сигналы не были обнаружены. В феврале 2005 года астрономы, использующие телескоп Ловелл, обнаружили галактику VIRGOHI21, которая, по-видимому, состоит почти целиком из темной материи.

В популярной культуре

Модель телескопа в масштабе 1:200, изготовленная в 1961 году, находится в Музее науки в Лондоне. В 1962 году телескоп был упомянут в научно-фантастическом романе Фреда Хойла и Джона Эллиота «А для Андромеды». В эпизоде «Логополис» сериала «Доктор Кто» 1981 года, снятом в Кроули-парке, модель телескопа Ловелл была использована в качестве проекта «Фарос», с которого Доктор, которого играл Том Бейкер, упал и регенерировал. Модель была основана на телескопе Mark I, но включала в себя некоторые модификации телескопа Mark IA, такие как ободок по краю антенны. Софи Олдред сыграла спутницу Седьмого Доктора, Эйс, стоящую на надстройке и антенне в образовательном специальном выпуске «Доктора Кто» 1990 года «Ищите науку: исследуйте космос». В 1992 году телескоп был изображен на обложке сингла Sub Sub «Space Face». Четыре группы снимали музыкальные клипы или фотографии в чаше телескопа: Oasis в июне 1994 года (режиссер Стив Дабл), D:Ream в 1995 году («Party Up the World»), Placebo в 2003 году («The Bitter End») и Public Service Broadcasting в 2015 году («Sputnik»). В музыкальном видео «Secret Messages» группы Electric Light Orchestra присутствуют общие планы телескопа. Королевская почта изобразила телескоп как «J для Джодрелл-Бэнк» в своей серии почтовых марок с алфавитными достопримечательностями; он также ранее был изображен на марках Гаити, Венгрии, острова Вознесения, Барбуды, Лихтенштейна и Танзании. В августовском эпизоде «Коронационной улицы» 1981 года телескоп был показан. Лен и Рита Фейрклоу привели мальчика, которого они временно приютили, посмотреть на телескоп.