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ラヴェル望遠鏡（/ ˈlʌvəl / LUV -əl ）は、イングランド北西部のチェシャー州グーストリー近郊にあるジョドレルバンク天文台にある電波望遠鏡です。 1957年に完成したこの望遠鏡は、直径76.2メートル（250フィート）で、当時世界最大の可動式電波望遠鏡でした。[1] 現在では、アメリカのグリーンバンク望遠鏡とドイツのエッフェルスベルク望遠鏡に次いで3番目に 大きい望遠鏡です。[ 2 ]
当初は「250フィート望遠鏡」またはジョドレルバンク電波望遠鏡として知られていたが、将来の望遠鏡（マークII、III、IV）の設計が始まると、1960年からマークI望遠鏡となった。 [ 3 ] 1987年にバーナード・ラヴェル卿にちなんでラヴェル望遠鏡と改名され、[ 4 ] 1988年にはグレードI指定建造物となった。 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]この望遠鏡は、 MERLINおよび欧州VLBIネットワーク電波望遠鏡アレイの一部を形成している。
この望遠鏡は、クエーサー、天体物理メーザー、アインシュタインリングなどの銀河系外天体の初期の発見に大きく貢献した。宇宙開発競争におけるソ連と米国の探査機は、月、金星、火星への航行経路を追跡され、1966年にはルナ9号が撮影した月面の最初の画像を受信した。冷戦が激化した1962年と1963年には、ソ連戦略ロケット軍の4分警戒システムの早期警戒レーダーとして機能した。
バーナード・ラヴェルとチャールズ・ハズバンドは、望遠鏡の製作における功績によりナイトの称号を授与された。[ 8 ] 2006年9月、この望遠鏡はBBCのオンラインコンテストで英国最高の「知られざるランドマーク」に選ばれた。[ 9 ]
この望遠鏡は、マンチェスター空港、ビータムタワーなどのマンチェスターの高層ビル、そしてペナイン山脈、ウィンターヒル、スノードニア、ビーストン城、ピークディストリクトなどの遠方の展望スポットからも見ることができる。
バーナード・ラヴェルは1940年代後半にジョドレルバンクにトランジット望遠鏡を建設した。これは直径218フィート（66メートル）の電波望遠鏡で、真上しか向けられなかった。次の論理的なステップは、より多くの天体を観測し、より長い積分時間も確保できるように、空のあらゆる部分を観測できる望遠鏡を建設することだった。トランジット望遠鏡はそれを使用する天文学者によって設計および建設されたものであったが、完全に方向制御可能な望遠鏡は専門家によって設計および建設される必要があった。最初の課題は、その仕事を引き受けてくれるエンジニアを見つけることだった。それがチャールズ・ハズバンドであることが判明し、ラヴェルは1949年9月8日に彼と初めて会った。[ 10 ] [ 11 ]
1950年に、15インチ（38cm）砲塔から取り外された2つの円形15インチ砲塔駆動ギアセットと関連するピニオンが安価で購入されました。これらは、当時解体されていた第一次世界大戦の戦艦HMSリベンジとロイヤル・ソブリンから入手したものです。 [ 12 ]これらのベアリングは望遠鏡の2つの主要な高度回転ベアリングとなり、望遠鏡の適切な部分はそれらを中心に設計されました。[ 13 ]ハズバンドは1950年に、提案された巨大で完全に操縦可能な電波望遠鏡の最初の図面を提示しました。改良の後、これらの計画は「ブルーブック」[ 14 ]に詳細に記載され、1951年3月20日にDSIRに提出されました。 [ 15 ]この提案は1952年3月に承認されました。[ 16 ]
建設は1952年9月3日に始まった。[ 17 ]望遠鏡の基礎は、地中90フィート（27メートル）まで掘り下げられた後、1953年5月21日に完成した。 [ 18 ] [ 19 ]その後、必要な精度のため、複線鉄道の完成には1954年3月中旬までかかった。[ 20 ] [ 21 ]中央の旋回軸は1954年5月11日に現場に搬入され、[ 22 ]最後の台車は1955年4月中旬に搬入された。 [ 23 ]
望遠鏡の鏡面は当初、波長が1 ～ 10 メートル (3.3 ～ 32.8フィート)、つまり周波数が 30 ～ 300 MHz の範囲で観測するために金網の表面を持つ予定でした。[ 24 ]これは、望遠鏡が1951 年に発見された21 cm (8.3インチ)の水素線で観測できるように鋼鉄の表面に変更されました。 [ 25 ]また、1954 年 2 月に、ラヴェルと航空省は、航空省のこれらの波長での研究や「その他の目的」のために、センチメートル波長で使用できるように鏡面の精度を向上させるための資金が利用可能かどうかについて話し合いました。最終的に航空省から資金は提供されませんでしたが、計画プロセスはすでに進んでいたため、この改良はとにかく行われました。[ 26 ]
望遠鏡は、ボウルを完全に反転できるように設計されました。当初は、望遠鏡の基部にある可動式の塔を使用して焦点の受信機を交換する予定でした。[ 27 ]しかし、可動式の塔は、資金の制約と、受信機装置の大部分が焦点ではなく望遠鏡の基部に設置されたという事実の両方の理由で建設されませんでした。[ 27 ]代わりに、受信機は長さ50フィート（15メートル）の鋼管に取り付けられ、ボウルを反転させた状態でウインチによって空中塔の頂上に挿入されました。受信機からのケーブルはこの管の内側を通って、望遠鏡が天頂に向けられたときに接続されました。関連する受信機装置は、地表直下の小さな回転式実験室、2つの塔の頂上の部屋、基部の桁、または制御棟のいずれかに設置できました。[ 28 ]
望遠鏡は1957年2月3日に初めて1インチ移動した。[ 29 ] 1957年6月12日に初めて動力で方位角方向に移動した。[ 30 ] 1957年6月20日に初めて動力で鏡面を傾けた。[ 30 ] 7月末までに鏡面が完成し、[ 31 ] 1957年8月2日に初光が得られた。望遠鏡は鏡面を天頂に置いた状態で、160MHzで天の川を横切るドリフトスキャンを行った。 [ 32 ]望遠鏡は1957年10月9日に初めて制御室から制御された。[ 33 ] [ 34 ]専用のアナログコンピュータによって。[ 25 ]
望遠鏡の建設には大幅なコスト超過があり、その主な原因は建設中の鉄鋼価格の急激な上昇でした。望遠鏡の当初の助成金は、ナフィールド財団と政府から共同で拠出され、その額は33万5000ポンドでした。[ 16 ]望遠鏡の費用が増加するにつれて、政府は資金の負担分を数回増やし、その他の資金は民間からの寄付によって賄われました。望遠鏡の建設による負債の最後の部分である5万ポンドは、1960年5月25日にナフィールド卿とナフィールド財団によって返済されました[ 35 ]（これは、望遠鏡が宇宙探査機の追跡において初期に非常に公的な役割を果たしたことも一因です。後述を参照）。そして、ジョドレルバンク天文台はナフィールド電波天文学研究所と改名されました。望遠鏡の最終的な総費用は70万ポンドでした。[ 36 ]
望遠鏡が最初に完成してから間もなく、ラヴェルとハズバンドは望遠鏡の表面精度を高め、デジタルコンピュータで制御できるようにアップグレードすることを検討し始めた。このアップグレードの計画はハズバンドと会社によって作成され、1964 年 4 月にラヴェルに提示された。[ 37 ] 1967 年 9 月に仰角駆動システムに疲労亀裂が発見されたことで、彼らの計画はより緊急性を帯びた。望遠鏡の運用寿命は 10 年と予想されており、ハズバンドは 1963 年以来望遠鏡の劣化について警告していた。疲労亀裂の発生は、望遠鏡の動作を停止させる恐れのあるこれらの問題の最初のものであった。これらが修正されなければ、仰角システムが故障し、おそらく詰まっていたであろう。[ 38 ]そのため、望遠鏡は修理され、マーク IA にアップグレードされた。これを行うための 40 万ポンドの資金は、1968 年 7 月 8 日にSRCによって発表された。[ 39 ] [ 40 ]アップグレードは 3 つのフェーズで実施され、フェーズ 1 は 1968 年 9 月から 1969 年 2 月まで、[ 41 ]フェーズ 2 は 1969 年 9 月から 11 月まで[ 42 ]、フェーズ 3 は 1970 年 8 月から 1971 年 11 月まででした。[ 43 ]
第1段階では、望遠鏡の重量の3分の1を支えるように設計された内側の鉄道線路が追加されました。[ 41 ] [ 44 ]数年前から劣化して沈下していた外側の鉄道線路は、第2段階で再敷設されました。内側の線路には4つの台車とその鋼鉄構造が追加され、外側の線路の既存の台車はオーバーホールされました。[ 42 ] [ 44 ]
第 3 段階では最大の変更が行われました。古い表面の前に新しい、より正確なボウル表面が構築され、望遠鏡は 6 cm (5 GHz)という短い波長でも使用できるようになりました[ 24 ]。また、中央の「自転車の車輪」サポートが追加されました。新しいコンピュータ制御システムも設置されました ( Mark IIのFerranti Argus 104コンピュータを再利用)。ボウルとタワーをつなぐコーンの疲労亀裂が修復され、中央アンテナが延長され強化されました。[ 43 ] [ 44 ] 1972 年 1 月、中央アンテナに 2 人のエンジニアを乗せたホイストが壊れ、1 人が重傷を負い、もう 1 人が死亡しました。[ 45 ]
マークIAのアップグレードは、望遠鏡がマンチェスター大学に返還された1974年7月16日に正式に完了した。アップグレード中の鋼材価格の上昇により、アップグレードの最終費用は664,793.07ポンドとなった。[ 46 ]
1976年1月2日の暴風雨では、風速約90mph（140km/h）の風が吹き、望遠鏡はほぼ破壊された。塔はたわみ、アンテナと塔をつなぐベアリングの1つが滑った。高額な修理の後、このような事態が二度と起こらないように、塔に斜めの補強桁が追加された。[ 44 ]
1990年代までに、望遠鏡の表面はひどく腐食し始めていました。2001年から2003年にかけて、望遠鏡の表面が再塗装され、5GHzでの感度が 5倍に向上しました。表面にはホログラフィックプロファイリング技術が使用され、表面は波長5cmで最適に機能するようになりました（以前の表面では18cm でした）。 [ 47 ]新しい駆動システムが設置され、指向精度が大幅に向上しました。外側のトラックが再敷設され、焦点タワーが強化されて、より重い受信機を支えられるようになりました。[ 48 ]
2007年には、64個のオリジナルの車輪のうち1つに亀裂が入ったため、望遠鏡の駆動輪を交換する必要がありました。2008年には、2つ目の車輪に亀裂が入ったため、新しいスチールタイヤが必要になりました。これらは、望遠鏡が1957年に運用を開始して以来、必要となった車輪の交換の2回だけです。[ 49 ]
（2010年時点で）野生のハヤブサの繁殖ペアが2組（望遠鏡の2つの支柱にそれぞれ1組ずつ営巣）生息しているため、他の電波望遠鏡でよく見られるハトの大量発生（糞による汚染や体温による精密機器の測定値への影響）といった問題が回避されている。
天文台の建物の1つ近くには、ニコラウス・コペルニクスの胸像が立っている。[ 50 ]コペルニクスはポーランドのルネサンス期の数学者であり天文学者で、地球ではなく太陽を宇宙の中心とする地動説モデルを提唱した。
この望遠鏡は、世界初の人工衛星スプートニク1号の打ち上げに間に合うように、1957年の夏に運用を開始しました。スプートニク自体からの送信は家庭用ラジオで簡単に受信できましたが、レーダーでスプートニクのブースターロケットを追跡できる望遠鏡はラヴェル望遠鏡だけでした。ラヴェル望遠鏡は、1957年10月12日の真夜中直前に初めてスプートニクの位置を特定しました。[ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]また、1957年11月16日の真夜中過ぎにスプートニク2号のキャリアロケットの位置も特定しました。 [ 57 ]
この望遠鏡は、衛星通信の初期の研究にも参加した。1963年2月と3月には、月と高度750km （470マイル）にあるNASAの気球衛星エコーIIを経由して、ソ連のジメンキ天文台に信号を送信した。また、ジョドレルバンクを経由して米国からソ連へ信号が中継されたこともあった。[ 58 ]
ラヴェル望遠鏡は、1950年代後半から1960年代初頭にかけて、月を目指すソ連とアメリカの探査機を追跡するために使用されました。この望遠鏡は、1958年11月11日から13日にかけてパイオニア1号を追跡し[ 59 ] [ 60 ]、1958年12月にはパイオニア3号を追跡し[61]、1959年3月にはパイオニア4号を追跡しました[62]。また、1960年3月11日から6月26日にかけてパイオニア5号を追跡し、探査機をキャリアロケットから分離するコマンドや、探査機が1300万キロメートル（800万マイル）離れたときに、より強力な送信機をオンにするコマンドなど、探査機にコマンドを送信するためにも使用されました。さらに、パイオニア5号からのデータも受信し、当時、それが可能な世界で唯一の望遠鏡でした。[ 63 ]最後の信号は、 1960年6月26日に探査機から3620万キロメートル（2250万マイル）の距離で受信された。[ 61 ]
望遠鏡はソ連の月探査機も追跡した。ルナ1号の追跡は失敗に終わった。[ 64 ]望遠鏡は1959年9月13日から14日にかけてルナ2号が月に衝突する様子を正常に追跡した。これは望遠鏡が探査機に対する月の重力の影響を測定することで証明された。[ 65 ]また、 1959年10月4日頃にはルナ3号も追跡した。 [ 66 ]さらに、望遠鏡は1966年2月に月面軟着陸に成功した最初の宇宙船であるルナ9号を追跡した。望遠鏡は月面からの写真のファクシミリ送信を傍受した。写真はイギリスの報道機関に送られ、探査機は受信の可能性を高めるために意図的にニュースワイヤーによる画像送信の国際フォーマットで送信し、ソ連自身が写真を公開する前に公開された。[ 67 ]
この望遠鏡は、1966 年 4 月に月の周回軌道に投入されたロシアの衛星ルナ 10 号[ 68 ]と、1968 年 9 月に月に向けて打ち上げられ、スイングバイしてから地球に帰還した 2 匹の亀を乗せたロシアの探査機ゾンド 5 号[ 69 ]を追跡した。この望遠鏡は 1969 年 7 月にルナ 15 号を追跡していたため、アポロ 11 号は追跡しなかった。しかし、同時期にジョドレル バンクの50フィート (15 m)望遠鏡がアポロ 11 号の追跡に使用された。[ 70 ] [ 71 ]
望遠鏡は、1961 年 5 月 19 ～ 20 日にかけて、金星に向かうロシアの衛星ベネラ 1 号からの信号を検出した可能性がある。しかし、信号の発信源を確認することはできなかった。 [ 72 ]数年後の 1962 年 12 月、望遠鏡はマリナー 2 号を追跡し、データを受信した。[ 73 ] 1967 年 10 月 18 日、望遠鏡は金星に向かうロシアの探査機ベネラ 4 号からの信号を受信し、追跡した。[ 74 ]
この望遠鏡は1962～63年に火星1号を追跡し[ 61 ]、 1971年には火星2号と火星3号を追跡した（望遠鏡がMark IAにアップグレードされている最中だった）[ 75 ] 。近年では、1993年のNASAの火星オブザーバー探査機[ 9 ] 、 2000年の火星極地着陸機[ 76 ] 、2003年の火星ビーグル2号着陸機 など、行方不明になった火星探査機の捜索も行ったが、いずれも発見には至らなかった。
RAF Fylingdales の建設中の暫定措置として、望遠鏡は 1962 年 4 月から 1963 年 9 月まで「プロジェクト Verify」（コード ワード「Lothario」および「Changlin」としても知られる）のために待機状態にあった。戦略警戒中は、「パルス送信機、受信機、表示装置」を望遠鏡に接続して、既知のロシアの発射地点をスキャンし、 ICBMおよび/またはIRBMの発射の兆候を探すことができた。[ 77 ] [ 78 ] 1962 年 10 月のキューバ危機の間、望遠鏡は密かに鉄のカーテンの方に向けられ、発射された可能性のあるミサイルについて数分の警告を提供した。[ 79 ]
望遠鏡が提案されたとき、望遠鏡の観測に関する一連の目標が設定されました。これらには以下が含まれます。[ 14 ]
しかしながら、望遠鏡を用いて実際に行われた観測結果は、これらの当初の目的とは異なっており、以下のセクションで概説する。
1958 年秋、この望遠鏡は、ラヴェルの第 3 回リース講演でのデモンストレーションのために、月面に「ハロー」を反射させるために使用されました。[ 80 ]また、この望遠鏡は、50 周年記念のファースト ムーブ フェスティバルの一環として、月面で反射されたメッセージ (「ムーンバウンス」) を受信するためにも使用されました。 [ 81 ] 1961 年 4 月、金星が地球に接近した際に、この望遠鏡を使用して金星からのレーダー エコーが取得され、アメリカの望遠鏡による金星までの距離の測定値が確認されました。[ 82 ] [ 83 ]
21 cm 水素線は望遠鏡の建設中に発見され、その後、その周波数で観測できるように望遠鏡が再設計されました。この線放射を利用することで、天の川銀河内および他の銀河内の水素雲を観測できます。例えば、この望遠鏡はM81銀河とM82銀河の周囲に大きな雲を発見しました。これらの雲が私たちに向かって、または私たちから遠ざかる動きによって、線が赤方偏移または青方偏移し、雲までの速度を測定できます。これは銀河の内部力学を調べるためのプローブとなり、宇宙の膨張率の測定にも役立ちます。 [ 84 ]
1963年、この望遠鏡は星形成領域や巨星からのOH放射を発見した。これが最初の天文メーザーである。[ 85 ] OHメーザーは18cm （7.1インチ）付近の4つの周波数で放射しており、望遠鏡で容易に観測できる。MERLINの一部として、この望遠鏡はメーザー領域のマップを作成するために定期的に使用されている。[ 84 ]
1968年、この望遠鏡は最近発見されたパルサーの座標を観測し、その存在を確認し、分散尺度を調査した。[ 86 ]また、パルサーの放射の偏光を初めて検出するためにも使用された。[ 87 ]これは、ジョドレルでパルサーを調査する膨大な量の作業の始まりであり、それは現在も続いている。[ 88 ]パルサーの発見から30年の間に、この望遠鏡は100個以上の新しいパルサーを発見した（そして、ジョドレルバンクの天文学者は、ラヴェル望遠鏡や他の望遠鏡を使用して、全体の約2/3を発見した）。300個のパルサーは、ラヴェル望遠鏡または近くにある42フィート（13メートル）のパラボラアンテナを使用して定期的に観測されている。[ 89 ]
この望遠鏡はミリ秒パルサーの発見に関わっており[ 89 ] 、 1986年には球状星団で最初のパルサーも発見しました[ 85 ] 。それはメシエ28球状星団のミリ秒パルサーです。2006年9月には、ラヴェル望遠鏡、パークス望遠鏡、グリーンバンク望遠鏡を用いて二重パルサーPSR J0737-3039を3年間観測した結果が発表され、一般相対性理論が99.5%の精度で正しいことが確認されました[ 90 ]。
1972年から1973年にかけて、この望遠鏡は「機器の感度限界まで、空の限られた領域にある電波源の詳細な調査」に使用されました。カタログ化された天体の中には、最初の重力レンズがあり、Mark IをMark IIとの干渉計として使用して、その位置が一対の淡い青色星と一致することが判明した後、1979年に光学的に確認されました[91][ 92 ]。この望遠鏡は、ハッブル宇宙望遠鏡による観測と連携して、1998年に最初のアインシュタインリングの検出にも関与しました[ 93 ]。
クエーサーの大きさや性質に関する初期の調査は、1950年代の干渉計技術の開発を促進しました。ラヴェル望遠鏡は集光面積が大きいため、比較的短時間で高感度の干渉計測定を行うことができ、有利でした。その結果、この望遠鏡はクエーサーの発見に大きく貢献しました。[ 8 ]
ジョドレルバンクでの干渉計は、ラヴェル望遠鏡が建設される前から始まっており、トランジット望遠鏡と 35 m 2の広角アレイを使用して電波の強い星雲の大きさを決定していました。[ 94 ]ラヴェル望遠鏡の建設が完了すると、広角アレイは可動式架台に取り付けられ、このペアは追跡電波干渉計として使用されました。その後、これは空にあるクエーサーの 2 次元形状を決定するために使用されました。[ 95 ] 1961 年の夏には、直径 25 フィート (8 m) の放物面望遠鏡が建設されました (アルミニウム管製で、古い防衛レーダーの回転構造に取り付けられました)。これはその後、Mark I と可動式干渉計として使用され、分解能は 0.3 秒角で、いくつかの高赤方偏移 (z~0.86) クエーサーの大きさを決定しました。[ 96 ]
マークII望遠鏡は、建設後、ラヴェル望遠鏡との干渉計としても使用されました。[ 3 ]この望遠鏡の基線長は425メートル（1,394フィート）（直径425メートルの望遠鏡を合成できることを意味します）で、分解能は約0.5分角です。この望遠鏡ペアは、調査作業や微弱な電波天体の位置の決定に使用されてきました。[ 97 ]また、マークIIIの建設の動機の1つは、マークIとの干渉計として使用して電波源の調査を行うことでした。[ 98 ]
この望遠鏡は、1968年に行われた最初の大西洋横断干渉計実験に参加し、他の望遠鏡はカナダのアルゴンキンとペンティクトンの望遠鏡であった。[ 99 ] 1969年にアレシボ電波望遠鏡との干渉計として初めて使用された。[ 85 ]
1980年、この望遠鏡は、ジョドレルバンクから制御される一連の小型電波望遠鏡とともに、新しいMERLINアレイの一部として使用されました[ 85 ] 。基線長が最大217 km (135 mi)で、約0.05分角の分解能が得られました[ 97 ] 。この改良版は1992年に国立施設となりました[ 85 ]。また、ヨーロッパ中の望遠鏡（欧州VLBIネットワーク）とともに超長基線干渉法にも使用され、約0.001秒角の分解能が得られました。現在、この望遠鏡の観測時間の約半分は、他の望遠鏡との干渉測定に費やされています[ 97 ] 。この望遠鏡は、ロシアのRadioastronと日本のVLBI宇宙天文台計画の軌道電波衛星との干渉計の一部として機能し、さらに長い基線長と高い分解能を提供する予定です[ 97 ] 。
この望遠鏡は、1998年から2003年末までアレシボで行われたSETI検出の可能性を追跡するための機器として使用されました。[ 100 ] [ 101 ]信号は検出されませんでした。[ 102 ] 2005年2月、ラヴェル望遠鏡を使用した天文学者たちは、ほぼ完全にダークマターで構成されていると思われる銀河VIRGOHI21を発見しました。[ 103 ]
{{cite book}}ISBN /日付の不一致（ヘルプ）（ラヴェル望遠鏡の提案書）