Введение
Астрономическая обсерватория в Чешире, Англия
Обсерватория Джодрелл-Бэнка (англ. Jodrell Bank Observatory) в Чешире, Англия, располагает рядом радиотелескопов в рамках Центра астрофизики Джодрелл-Бэнка при Манчестерском университете. Обсерватория была основана в 1945 году Бернардом Ловеллом, радиоастрономом университета, для изучения космических лучей после его работы над радиолокацией во время Второй мировой войны. С тех пор она сыграла важную роль в исследованиях метеороидов, квазаров, пульсаров, мазеров и гравитационных линз, а также активно участвовала в отслеживании космических аппаратов в начале космической эры. Главный телескоп обсерватории – телескоп Ловелл. Его диаметр составляет 76 метров, что делает его третьим по величине управляемым радиотелескопом в мире. В обсерватории также работают три других активных телескопа: телескоп Марк II, а также радиотелескопы диаметром 13 м и 7 м. Обсерватория Джодрелл-Бэнк является базой для сети радиоинтерферометров с множественными элементами (MERLIN) – национального объекта, управляемого Манчестерским университетом от имени Совета по науке и технологиям. Посетительский центр Jodrell Bank и дендрарий расположены в Нижнем Уитингтоне, а телескоп Ловелл и сама обсерватория – недалеко от Гострея и Холмс-Чапел. До обсерватории можно добраться по трассе A535. Железнодорожная линия Кру – Манчестер проходит рядом с территорией обсерватории, а станция Гострей находится неподалеку. В 2019 году обсерватория получила статус объекта Всемирного наследия ЮНЕСКО.
Ранние годы
Впервые Jodrell Bank был использован в академических целях в 1939 году, когда Департамент ботаники Манчестерского университета приобрел три поля у семьи Ли. Он получил свое название от близлежащего холма Jodrell Bank, который был назван в честь Уильяма Джаудерелла, лучника, чьи потомки жили в особняке, ныне школе Terra Nova. В 1952 году территория была расширена за счет покупки фермы у Джорджа Мэйси, на которой был построен телескоп Ловелла. Использование площадки для астрофизических исследований началось в 1945 году, когда Бернард Ловелл использовал оборудование, оставшееся со времен Второй мировой войны, включая радиолокатор наведения артиллерии, для изучения космических лучей. Оборудование представляло собой радиолокационную систему GL II, работающую на длине волны 4,2 м, предоставленную Дж. С. Хеем. Он планировал использовать оборудование в Манчестере, но помехи от трамваев на Оксфорд-роуд помешали ему это сделать. 10 декабря 1945 года он перенес оборудование в Jodrell Bank, расположенный в 40 км к югу от города. Основным направлением исследований Ловелла были кратковременные радиоэхо, которые к октябрю 1946 года он подтвердил как отражения от ионизированных метеорных следов. Первыми сотрудниками были Альф Дин и Фрэнк Фоден, которые наблюдали метеоры невооруженным глазом, в то время как Ловелл регистрировал электромагнитный сигнал с помощью оборудования. Впервые Ловелл включил радар 14 декабря 1945 года, когда метеорный поток Геминиды достиг максимума. Широкополосная антенна была установлена на его опоре Дж. Клеггом. Она была использована для астрономических наблюдений в октябре 1946 года. 9 и 10 октября 1946 года телескоп зафиксировал ионизацию в атмосфере, вызванную метеорами во время метеорного потока Джакобиниды. Когда антенну повернули на 90 градусов в момент максимальной активности потока, количество зарегистрированных метеоров снизилось до фонового уровня, что подтвердило, что кратковременные сигналы, обнаруженные радаром, исходили от метеоров.
Транзитный телескоп
Транзитный телескоп был параболическим зеркальным зенитным телескопом длиной 218 футов (66 м), построенным в 1947 году. В то время это был самый большой в мире радиотелескоп. Он состоял из проволочной сетки, подвешенной к кольцу из опорных стоек высотой 24 фута (7 м), которые фокусировали радиосигналы в фокусную точку на высоте 126 футов (38 м) над землей. Телескоп в основном был направлен строго вверх, но направление луча можно было незначительно изменять, наклоняя мачту для изменения положения фокусной точки. Фокальная мачта была заменена с деревянной на стальную до завершения строительства. С помощью этого телескопа было обнаружено радиоизлучение от Большой туманности в Андромеде – первое достоверное обнаружение внегалактического радиоисточника – и остатки сверхновой Тихо в радиодиапазоне, которые на тот момент еще не были обнаружены оптической астрономией.
Телескоп Ловелл
Телескоп "Марк I", ныне известный как телескоп Ловелл, был крупнейшим в мире управляемым радиотелескопом с диаметром, когда он был построен в 1957 году; теперь он является третьим по величине после телескопа Грин-Бэнк в Западной Вирджинии и телескопа Эффелсберг в Германии. Часть механизмов вращающихся башен с линкоров Первой мировой войны была повторно использована в двигательной системе телескопа. Телескоп начал работу в середине 1957 года, как раз к запуску советского спутника "Спутник-1", первого в мире искусственного спутника. Телескоп был единственным, способным отследить ракету-носитель "Спутника" с помощью радара, впервые обнаружив его незадолго до полуночи 12 октября 1957 года, через восемь дней после запуска. В последующие годы телескоп отслеживал различные космические зонды. В период с 11 марта по 12 июня 1960 года он отслеживал запущенный NASA американский зонд Pioneer 5. Телескоп посылал команды зонду, включая команды на отделение от ракеты-носителя и включение более мощного передатчика, когда зонд находился на расстоянии восьми миллионов миль. Он принимал данные от зонда, будучи единственным телескопом в мире, способным на это. В феврале 1966 года Советский Союз попросил Jodrell Bank отследить свой беспилотный лунный посадочный аппарат Luna 9 и записать факсимильную передачу фотографий с поверхности Луны. Фотографии были отправлены в британскую прессу и опубликованы до того, как Советы сделали их публичными. В 1969 году также был отслежен советский аппарат Luna 15. Запись момента, когда ученые Jodrell Bank наблюдали за миссией, была опубликована 3 июля 2009 года. При поддержке сэра Бернарда Ловелла телескоп отслеживал российские спутники. Данные наблюдений спутников и космических зондов передавались в исследовательско-конструкторское подразделение по отслеживанию спутников Министерства обороны США в рамках проекта Space Track. Отслеживание космических зондов занимало лишь малую часть времени наблюдений телескопа Ловелл, а остальное время использовалось для научных наблюдений, включая измерение расстояния до Луны и Венеры с помощью радара; наблюдения астрофизических мазеров в областях звездообразования и вокруг гигантских звезд; наблюдения пульсаров (включая открытие миллисекундных пульсаров и первого пульсара в шаровом скоплении); и наблюдения квазаров и гравитационных линз (включая обнаружение первой гравитационной линзы и первого кольца Эйнштейна). Телескоп также использовался для наблюдений в рамках программы SETI.
Телескопы марки II и III
Телескоп Mark II — эллиптический радиотелескоп с большой осью и малой осью. Он был построен в 1964 году. Помимо работы в качестве самостоятельного телескопа, он использовался как интерферометр с телескопом Ловелл и в настоящее время в основном используется в рамках проекта MERLIN. Телескоп Mark III, имеющий те же размеры, что и Mark II, был построен с возможностью транспортировки, но он так и не был перемещен из Уордла, недалеко от Нантвича, где он использовался как часть MERLIN. Он был построен в 1966 году и выведен из эксплуатации в 1996 году.
Предложения по телескопам Mark IV, V и VA
Предложения по созданию телескопов Mark IV, V и VA выдвигались с 1960-х по 1980-е годы для строительства еще более крупных радиотелескопов. Проект Mark IV предусматривал создание автономного телескопа диаметром 1000 футов (305 м) в рамках национального проекта. Проект Mark V предполагал создание передвижного телескопа диаметром 400 футов (122 м). Концепция заключалась в установке телескопа на железнодорожном пути, примыкающем к Jodrell Bank, однако опасения по поводу возможных помех указывали на предпочтительность размещения телескопа в Уэльсе. Были представлены проектные предложения от компаний Husband and Co и Freeman Fox, которые проектировали телескоп обсерватории Паркс в Австралии. Mark VA был аналогичен Mark V, но с меньшей диаметром тарелки – 114 м и конструкцией с использованием предварительно напряженного бетона, подобной Mark II (предыдущие два проекта больше напоминали телескоп Ловелла). Ни один из предложенных телескопов не был построен, хотя были проведены проектные исследования и изготовлены масштабные модели, отчасти из-за изменившейся политической обстановки и частично из-за финансовых ограничений астрономических исследований в Великобритании. Кроме того, возникла необходимость модернизировать телескоп Ловелла до Mark IA, что привело к увеличению затрат, а также в связи с программой "Аполлон-11". После аварии, повредившей поверхность 50-футового телескопа, он был демонтирован в 1982 году и заменен более точным телескопом "42 фута". Тарелка диаметром 12,8 м в основном используется для наблюдения за пульсарами и непрерывно отслеживает пульсар Краба. При установке 42-футового телескопа была установлена меньшая тарелка "7 м" (фактически 6,4 м или 21 фут в диаметре), которая используется для обучения студентов бакалавриата. Телескопы "42 фута" и "7 м" первоначально использовались на полигоне ракетных испытаний Вумера в Южной Австралии. "7 м" был первоначально построен в 1970 году компанией Marconi. В 1962 году был построен телескоп с полярной осью. Он имел круглую тарелку диаметром 15,2 м на полярном монтировании и в основном использовался для лунных радиолокационных экспериментов. Он был выведен из эксплуатации. В 1951 году обсерватории был подарен отражающий оптический телескоп, который использовался нечасто и был передан Солфордскому астрономическому обществу около 1971 года.
Мерлин
Сеть многоэлементных радиотелескопов, связанных радиолинией (MERLIN) – это совокупность радиотелескопов, разбросанных по всей Англии и вдоль границы с Уэльсом. Управление массивом осуществляется из обсерватории Джодрелл-Бэнк от имени Совета по науке и технологиям как Национального центра коллективного пользования. Массив состоит из семи радиотелескопов, включая телескоп Ловелл, Mark II, Кембриджский, Деффордский, Нокинский, Дарнхоллский и Пикмирский (ранее известный как Тейбли). Максимальная длина базовой линии составляет [вставить значение], и MERLIN может работать на частотах от 151 МГц до 24 ГГц. Телескоп Ловелл и телескопы Mark II регулярно используются для Сверхдлинной Базовой Интерферометрии (СДБИ) с телескопами по всей Европе (Европейская сеть СДБИ), обеспечивая разрешение около 0,001 угловой секунды.
Массив квадратных километров
В апреле 2011 года Jodrell Bank был выбран местом для центра управления планируемого проекта Square Kilometre Array, или Управления проекта SKA (SPO). SKA разрабатывается в рамках сотрудничества 20 стран и, после завершения строительства, станет самым мощным радиотелескопом, когда-либо созданным. В апреле 2015 года было объявлено, что Jodrell Bank станет постоянным местом расположения штаб-квартиры SKA на весь ожидаемый период эксплуатации телескопа – более 50 лет.
Исследования
Центр астрофизики Джодрелл Банка, частью которого является обсерватория, является одной из крупнейших исследовательских групп в области астрофизики в Великобритании. Около половины исследований группы посвящено радиоастрономии, включая изучение пульсаров, космического микроволнового фонового излучения, гравитационных линз, активных галактик и астрофизических мазеров. Группа также проводит исследования на разных длинах волн, изучая звездообразование и эволюцию, планетарные туманности и астрохимию. Первым директором Джодрелл Банка был Бернард Ловелл, основавший обсерваторию в 1945 году. Его сменил в 1980 году сэр Фрэнсис Грэм Смит, затем около 1990 года – профессор Род Дэвис, а в 1999 году – профессор Эндрю Лайн. Профессор Фил Даймонд занял эту должность 1 октября 2006 года, когда был создан Центр астрофизики Джодрелл Банка. Профессор Ральф Спенсер был исполняющим обязанности директора в 2009 и 2010 годах. В октябре 2010 года профессор Альберт Зийльстра стал директором Центра астрофизики Джодрелл Банка. Профессор Лусио Пикцирилло был директором обсерватории с октября 2010 года по октябрь 2011 года. Профессор Саймон Гаррингтон является заместителем директора JBCA по обсерватории Джодрелл-Бэнк. В 2016 году профессор Майкл Гарретт был назначен первым профессором кафедры астрофизики имени сэра Бернарда Ловелла и директором Центра астрофизики Джодрелл Банка. Как директор JBCA, профессор Гарретт также несет общую ответственность за обсерваторию Джодрелл Банка. В мае 2017 года Джодрелл Банк вступил в партнерство с инициативой Breakthrough Listen и будет делиться информацией с командой Джодрелл Банка, желающей провести независимый поиск SETI с помощью 76-метрового радиотелескопа и массива e MERLIN. Ведется активная программа разработки, направленная на исследование и создание телескопических приемников и приборов. Обсерватория участвовала в строительстве нескольких экспериментов по изучению космического микроволнового фона, включая эксперимент на Тенерифе, проводившийся с 1980-х по 2000 год, а также усилителей и криостатов для Very Small Array. Она также построила передние модули приемников частотой 30 и 44 ГГц для космического аппарата Planck. Приемники также были разработаны в Джодрелл Банке для телескопа Паркс в Австралии.
Удобства для посетителей и мероприятия
Посетительский центр, открытый 19 апреля 1971 года герцогом Девонширским, привлекал около 120 000 посетителей в год. Он был посвящен истории Джодрелл-Бэнк и включал планетарий и 3D-театр, где проводились имитационные путешествия на Марс. Обнаружение асбеста в зданиях посетительского центра привело к его сносу в 2003 году, сохранив лишь часть дальней стены. На его территории был установлен шатер, пока разрабатывался проект нового научного центра. Планы были приостановлены, когда в 2004 году Университет Виктории Манчестера и UMIST объединились в Манчестерский университет, оставив временный центр, который принимал около 70 000 посетителей в год. В октябре 2010 года началось строительство нового посетительского центра, а 11 апреля 2011 года открылся Центр открытий Джодрелл-Бэнк. Он включает в себя входной павильон, Планетный павильон, Космический павильон для выставок и мероприятий, кафе со стеклянными стенами и видом на телескоп Ловелл, площадку для питания на открытом воздухе, образовательное пространство и ландшафтные сады, включая Галактический лабиринт. В 2013 году был установлен большой оррерий. Однако планетария в здании нет, хотя в последние годы на территории используется небольшой надувной купол планетария. Посетительский центр открыт со вторника по воскресенье и по понедельникам в дни школьных и государственных праздников, организуя публичные мероприятия, включая лекции, вечера наблюдения за звездами и сессии вопросов и ответов с астрономами. Дорожка вокруг телескопа Ловелл проходит примерно в 20 м от внешней железнодорожной колеи телескопа, а информационные стенды объясняют принцип его работы и проводимые исследования. В дендрарии, созданном в 1972 году, хранятся национальные коллекции яблони Недозрелой (Malus) и рябины (Sorbus), а также коллекция вереска (Calluna) Общества вереска. В дендрарии также представлена небольшая модель Солнечной системы в масштабе примерно 1:5 000 000 000. В рамках проекта SpacedOut в Джодрелл-Бэнке находится Солнце в масштабе 1:15 000 000 модели Солнечной системы, охватывающей всю Великобританию. 7 июля 2010 года было объявлено, что обсерватория рассматривается для включения в предварительный список объектов Всемирного наследия Великобритании на 2011 год. 22 марта 2011 года было объявлено, что она вошла в шорт-лист правительства Великобритании. В январе 2018 года она стала кандидатом от Великобритании на включение в список Всемирного наследия. В июле 2011 года посетительский центр и обсерватория приняли "Live from Jodrell Bank – Transmission 001" – рок-концерт с участием групп The Flaming Lips, British Sea Power, Wave Machines, OK GO и Alice Gold. 23 июля 2012 года группа Elbow выступила в обсерватории и сняла документальный фильм о мероприятии и комплексе, который был выпущен в виде концертного CD/DVD. 6 июля 2013 года в рамках "Transmission 4" выступили Australian Pink Floyd, Hawkwind, The Time & Space Machine и The Lucid Dream. 7 июля 2013 года в "Transmission 5" приняли участие New Order, Johnny Marr, The Whip, Public Service Broadcasting, Jake Evans и Hot Vestry. 30 августа 2013 года в "Transmission 6" выступили Sigur Rós, Polca и Daughter. 31 августа 2013 года в Джодрелл-Бэнке состоялся концерт оркестра Hallé Orchestra в память о 100-летии со дня рождения Ловелла. Помимо ряда оперных представлений в течение дня, вечернее выступление оркестра Hallé включало в себя темы из "Звездного пути", "Звездных войн" и "Доктора Кто" и другие произведения. Главный телескоп Ловелл был повернут к зрителям и использовался в качестве огромного проекционного экрана, на котором демонстрировались различные анимированные планетарные эффекты. Во время антракта "экран" использовался для показа истории работы Ловелла и Джодрелл-Бэнк. Обсерватория выпускает астрономический подкаст под названием "The Jodcast". Телевизионная программа BBC "Stargazing Live" транслируется из комнаты управления обсерватории. Программа состояла из четырех серий, вышедших в январе 2011, 2012, 2013 и 2014 годов. С 2016 года обсерватория принимает Bluedot – музыкальный и научный фестиваль с участием таких музыкальных коллективов, как Public Service Broadcasting и The Chemical Brothers, а также лекциями ученых и популяризаторов науки, таких как Джим Аль-Халили и Ричард Докинз.
Угроза закрытия
3 марта 2008 года сообщалось, что Совет по науке и технологиям Великобритании (STFC), столкнувшись с дефицитом бюджета в 80 миллионов фунтов стерлингов, рассматривал возможность прекращения запланированного ежегодного финансирования проекта e MERLIN банка Jodrell в размере 2,7 миллиона фунтов стерлингов. Проект, направленный на замену микроволновых каналов связи между Jodrell Bank и рядом других радиотелескопов на высокоскоростные волоконно-оптические кабели, что должно было значительно повысить чувствительность наблюдений, считался критически важным для сохранения этого объекта. Бернард Ловелл заявил: "Это будет катастрофой. Судьба телескопа "Джодрелл Бэнк" неразрывно связана с судьбой e MERLIN. Я не думаю, что обсерватория сможет выжить, если финансирование e MERLIN будет сокращено". 9 июля 2008 года было сообщено, что после проведения независимой экспертизы STFC пересмотрел свое первоначальное решение и теперь гарантирует финансирование в размере 2,5 миллиона фунтов стерлингов ежегодно в течение трех лет.
Фиктивные ссылки
Йодрелл Бэнк упоминается в нескольких произведениях художественной литературы, включая сериал «Доктор Кто» («Десятая планета», «Память о далеках», «Ядовитое небо», «Одиннадцатый час», «Шпионская сеть») и книгу «Мальчик на день рождения» Дэвида Бэддиэла. Изначально планировалось использовать обсерваторию в качестве места съемок эпизода «Логополис» (последний сериал с Томом Бейкером в роли Доктора Кто), но из-за бюджетных ограничений этого не произошло, и вместо этого был использован другой объект с наложенной моделью радиотелескопа. Также обсерватория упоминается в «Автостопом по галактике» (и в фильме «Автостопом по галактике»), «Ползущем ужасе» и «Метеоре». Йодрелл Бэнк также активно использовался в музыкальном видео 1983 года «Secret Messages» группы Electric Light Orchestra и в клипе «Are We Ourselves?» группы The Fixx. Песня «Technique» с дебютного альбома Swoon начинается со слов: «Ее муж работает в Йодрелл Бэнк / Он поздно возвращается домой утром». Обсерватория является местом действия нескольких эпизодов романа «Бонленд» местного писателя Алана Гарнера (2012), а главный герой, Колин Уистерфилд, – астрофизик, работающий там.