レイトン電波望遠鏡

レイトン電波望遠鏡は、ロバート・B・レイトンが1970年代に設計した10.4メートルのパラボラアンテナで、1970年代から1980年代にかけてカリフォルニア工科大学のキャンパスで製造されました。望遠鏡の表面は10ミクロンRMSの精度に達し、ミリ波およびサブミリ波帯域全体の観測が可能でした。これらの望遠鏡は全部で8台製造され、カリフォルニア州のオーウェンズバレー電波天文台（OVRO）ミリ波干渉計の6つの要素として、またハワイのカリフォルニア工科大学サブミリ波天文台とインドのバンガロールにあるラマン研究所（RRI）の単独の望遠鏡として使用されました。2005年の春、オーウェンズバレーの6台のレイトン望遠鏡は、25台の望遠鏡からなるCARMAアレイの中核を形成するために、ホワイトマウンテンの高山地帯に移されました^[1]。 CARMAアレイは2015年に廃止され、その時点でレイトン望遠鏡はOVROに戻され、現在はCOマッピングアレイパスファインダー（COMAP）^[2]（19ピクセルの画像アレイ）、イベントホライズンテレスコープ（EHT）、さまざまな過渡現象検出プロジェクトなど、さまざまなプロジェクトに再利用されています。

1973年、ロバート・レイトンはNSFに直径10.4メートルのパラボラアンテナ4基の建設を提案した。アンテナのうち3基はOVROに設置されるミリ波干渉計として使用され、4基目は高山の地点に設置されるサブミリ波望遠鏡として使用される予定だった。提案は承認され（AST 73-04908）、総予算は477,700ドルとなった。^[3]

望遠鏡には、経緯台フォークマウントがあります。方位軸は逆円錐で、その頂点はスラストベアリングで支えられています。ベース上部に取り付けられたカムフォロアローラーベアリングが逆円錐の上部を押し、方位軸の制約を完成させます。方位スラストベアリングの上には、信号および電源配線用のケーブルラップがあります。円錐の上部には方位プラットフォームがあり、2 つの仰角ベアリングを支えています。主反射鏡を支える仰角傾斜プラットフォームは、回転ボールねじによって仰角方向に駆動されます。

方位プラットフォームは、数人が作業できるほどの大きさです。また、右仰角ベアリングの右側には小さなサイドキャブ室があり、ここにはNasmyth フォーカス無線受信機 (通常はSIS受信機) が収納されています。サイドキャブには、軸エンコーダ、LOおよびIFシステム、傾斜計の電子機器とアンテナ制御コンピュータも 収納されています。

望遠鏡は 3 つのモーターで駆動され、そのうち 2 つは方位角用、1 つは仰角用です。直径 1.74 メートルのブル ギアを駆動する際のバックラッシュを防止するため、方位角モーター間の駆動電圧のオフセットが維持されます。望遠鏡は 1 分間に 40 度の速度で回転できます。

10.4メートルの主鏡の焦点比は0.4です。双曲面副鏡の直径は0.606メートルで、三次鏡の有無に応じて、光をカセグレン焦点またはナスミス焦点に導きます。望遠鏡の有効焦点比は、方位軸と仰角軸の交点にあるカセグレン焦点で12.4です。^[4]

通常ディッシュと呼ばれる主鏡は、開口面に投影すると六角形になる 84 枚のパネルで構成されています (RRI ディッシュには 81 枚のパネルがありました)。各パネルの直径は約 1.15 メートルです。ディッシュの中心を覆うパネルはなく、カセグレン焦点とナスミス焦点に必要な穴が設けられています。ディッシュの端近くのパネルは不規則な形をしており、非常に小さなパネルを必要とせずに円形の開口を覆えるように、公称サイズよりも大きい場合もあります。ミラーは 92% の相同性があり、ほぼ放物線形状を維持していますが、望遠鏡の仰角が変わるとミラーが重力で変形して焦点のみが変わります。相同性からの偏差は、望遠鏡の仰角範囲全体で 17 ミクロン RMS 未満です。これらの焦点の変化は、副鏡を横方向および光軸に沿って動かすことで補正されます。

レイトン望遠鏡のユニークな特徴は、主鏡が個別に機械加工されたパネルではなく、直径 10.4 m の単一の精密面として製造されていることです。皿型パネルは、垂直チャネルを備えた軽量 (15 kg/m ³ ) のアルミニウム ハニカム材料で作られています。反射鏡の放物面形状を作成するために、パネルは、展開された望遠鏡のパネルを支えるのと同じ鋼管スペース フレームの上に組み立てられました。スペース フレームは、中央のマストを囲むエア ベアリング上に取り付けられました。中央のマストからアームが伸び、その下側には放物面トラックがありました。放物面トラックは、放物線が焦点と準線から等距離にある点の軌跡であるという事実を利用したレーザー計測システムによって形成されました。この場合の準線は、アームの上側でした。放物面トラックが作成された後、切断ツールがトラックに沿って移動し、皿型がエア ベアリング上で回転するにつれてハニカム パネルを切断しました。ハニカムパネルを適切な放物線形状に切断した後、各パネルにアルミニウムスキンを貼り付けて、皿の反射面を形成しました。^[5]

スペース フレームは、長さ 1.5 m 未満の鋼管から製造され、その両端にはダボ ピンを挿入するための穴が開いています。穴の間隔は 10 ミクロンの精度で実現されています。1 人の作業員が数日で空気ベアリング上にスペース フレームを組み立てることができます。この概念は、宇宙飛行士が宇宙で大型望遠鏡を組み立てる方法の研究の一環として開発されました。精密ダボ ピン ジョイントにより、1970 年代に利用可能だったコンピューターを使用して正確な有限要素解析 (FEA) を実行することも可能になりました。これにより、チューブ断面の設計を反復して、相同性パフォーマンスを向上させることができました。表面の機械加工中、スペース フレームは 3 つの主要な点で運動学的に支持されました。ダボ ピン ジョイント スペース フレームは、パネルを含む皿を製造後に大きなセクション (通常は 3 つ) に分解し、皿の光学品質を大幅に低下させることなく観測所に輸送できるように設計されました。主鏡は、同じ 3 つの主支持点で支えられた傾斜プラットフォーム上に設置され、新たな応力は生じません。傾斜プラットフォームにはさらに 6 つの点が固定されており、傾斜プラットフォームの剛性をスペース フレームに伝達します。追加の 6 つの取り付け点にはシムが使用され、天頂を見ているときにスペース フレームに応力がかからないようにします。これは、主鏡を傾斜プラットフォーム上に組み立てる際の重要な部分であり、望遠鏡を CARMA の高山サイトに移動して谷に戻すときに活用されています。

RRI 望遠鏡の皿を除くすべての皿は、カリフォルニア工科大学キャンパスの南東隅近くにあるシンクロトロン ビルで製造されました。この建物は、約半世紀前にヘール望遠鏡の200 インチ鏡を研磨するのに必要な機器を収容するために建てられました。RRI 望遠鏡の皿とマウントは国立航空宇宙研究所で製造され、最終的な組み立ては RRI 図書館で行われました。

最初の3台の望遠鏡は、ミリ波干渉計としての試験のためにOVROに設置された。1985年に最初の3要素アレイが供用された後、さらに3台のアンテナがアレイに追加され、6要素干渉計が作られた。ロバート・レイトンの引退後、2番目の3台のOVROアンテナの製造はデビッド・ウッディによって監督された。6台のOVROアンテナのうち5台はNSFの資金提供を受け、6台目はケネス・アンド・アイリーン・ノリス財団が資金を提供し、1996年に供用された。2005年に、これら6台の望遠鏡はカリフォルニア州インヨー山脈のシーダーフラットに移され、CARMAアレイに追加された。CARMA アレイは2015年に運用を停止し、6台のレイトン望遠鏡は 保管のためにOVROに戻された。^[6]

最も精度の高い（10ミクロンRMS）表面を持つレイトン望遠鏡はハワイのマウナケアに輸送され、カリフォルニア工科大学のサブミリ波天文台となった。この望遠鏡は、1997年にロバート・レイトンが亡くなった後、「レイトン望遠鏡」と名付けられた。レイトン望遠鏡の中ではユニークなことに、この望遠鏡は表面パネルを支えるスタンドオフピンに加熱要素を追加することで表面を能動的に制御していた。^[7]

レイトン望遠鏡はもう1台、インドのラマン研究所に設置されていた。レイトンの設計にかなり忠実に従っていたが、完全にインドで製造・組み立てられた点で他の望遠鏡とは異なっている。また、他の焦点の受信機に加えて主焦点受信機を使用した唯一のレイトン望遠鏡でもあった。この望遠鏡は、IFシステムの電子機器とフィルターバンク分光計を収容する建物の最上部に設置されていた。運用は1988年に、ミラ型変光星からの86GHzでのSiOメーザー放射の観測から始まった。 ^[8] 1993年には、表面精度は120ミクロンRMSと報告された。^[9] 2009年までに表面は劣化し、12GHzでのホログラフィック測定では表面の精度は350ミクロンRMSであることが示されたが、それでも表面では50%の開口効率で43GHzまでの周波数での観測が可能であった。^[10] 望遠鏡は2012年頃に廃止された。

• カリフォルニア工科大学サブミリ波天文台
• ミリ波天文学研究のための複合アレイ
• ロバート・B・レイトン

• CO マッピングアレイパスファインダー