洛弗爾望遠鏡
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洛弗爾望遠鏡（英語：Lovell Telescope）是工作於英國柴郡卓瑞爾河岸天文台的一台無線電望遠鏡，屬於曼徹斯特大學物理和天文學院。最初它被命名為MARK I望遠鏡，1957年竣工時是世界上最大的可動無線電望遠鏡，人們估計它的工作壽命只有十年。然而之後的數十年內它卻依然堅持工作，1987年變更為如今的名字以紀念洛弗爾·伯納德爵士（Sir Bernard Lovell）。2003年更換了反射罩後其工作波段提升了4倍，如今老當益壯的洛弗爾望遠鏡主要供曼徹斯特大學的學生、天文學家和工程師用於教學和研究，它還是英國多元無線電聯合干涉網(Mulit-Element Radio-Linked Interferometer Network,MERLIN)和歐洲甚長基線干涉網的重要成員。[3]目前它是世界上第三大的全動式無線電望遠鏡。[4]
歷史
曼徹斯特大學的天文學教授洛弗爾·伯納德爵士是建造洛弗爾望遠鏡的重要推動者，卓瑞爾河岸天文台建成之初只有一些簡單的天文學觀測設備。在工程師查爾斯（Charles Husband）的幫助下，伯納德設計了一台直徑76米的無線電望遠鏡。然而1951年時天文學家們發現了21厘米中性氫譜線，為了能在日後研究這一重要的波長，二人將原先設計中的金屬網鏡面改作了完整的金屬反射面，反射鏡由7100塊2毫米厚的焊接金屬板組成。[5]1952年3月他們的計劃通過了審核，不過建設工作在這之前就已經開始了：1950年時英國皇家海軍退役戰艦皇家君主號戰艦（HMS Royal Sovereign）和復仇號戰艦（HMS Revenge）的兩座雙聯裝380毫米口徑主炮的炮塔被運到了柴郡，這兩個炮塔後來被用作望遠鏡俯仰裝置轉動機構的主要組成部分。[6]1952年9月3日望遠鏡開始動工，[7]截止1957年7月末，反射鏡鋪設完成，8月2日望遠鏡完成了其首次觀測。[1]由於建造望遠鏡的鋼材漲價，其建造費用超出了預算。最終花在建造洛弗爾望遠鏡上的資金為70萬英鎊，這部分錢主要是由政府和納菲爾德基金會（Nuffield Foundation）支付的，還有少部分來自私人捐助。[8]
最初望遠鏡被命名為MARK I，在望遠鏡竣工後不久的10月4日，蘇聯發射了世界上第一顆人造衛星人造衛星1號，而此時只有MARK I有能力對其進行軌道跟蹤，隨後數月洛它還分別對美國和蘇聯的數個人造衛星進行了跟蹤，當然其主要工作還是進行科學研究。[9]1964年4月，MARK I開始使用電腦控制其運動系統。[10]但此時的MARK I已經開始顯示出一些破損，例如67年時發現高度控制系統出現了故障，69年時軌道系統也出現了問題。種種缺陷使得英國科學與工程研究會（Science and Engineering Research Council）在1968年7月8日宣布花費40萬英鎊將其修復並升級為MARK IA望遠鏡。[11]整個工作分三步進行，第一階段是增加一套內部軌道系統，此系統可擔負望遠鏡質量的三分之一[12]；第二階段是修復外部軌道系統；第三階段的工作更加重要，首先是在原先的鏡面上覆蓋了一層新的金屬片，此舉使得望遠鏡可以觀測到6厘米長的無線電波。此外還更新了電腦控制系統，增強了主天線，修復了反射鏡和塔座的連接部。升級工作中還出現了一起意外事故，1972年1月一台起重機在運送兩名工程師到達主天線的時候發生了斷裂，造成一死一傷的結果。[13]升級工作最終於1974年6月完成，還是因為鋼材價格的上漲，升級工作的最終花費達到了66萬英鎊。[14]然而在兩年之後的76年1月2日，MARK IA遭受了一場冬季暴風雨，暴風雨的速度達到了每小時145公里。卓瑞爾河岸天文台在這之後給望遠鏡的兩座支撐塔加上了斜撐大梁以避免其遭受損害，1987年望遠鏡迎來了30周年紀念日並在同年更名為洛弗爾望遠鏡以紀念洛弗爾·伯納德爵士。[12]
90年代後反射鏡面的磨損問題再度出現，英國政府和威康基金會（Wellcome Foundation）為新的升級支付了2百萬英鎊。這一次的修復工作從2001年進行到2003年，更換了新的鍍鋅鋼反射鏡，更新了定位控制系統，修復了軌道系統並換上了21世紀的電腦系統。[15]
結構
望遠鏡的底部是一個可以水平旋轉的支架，支架由框架式的鋼管構成，這一設計有助於減輕自身的結構重量。支架底部轉動軌道的外部直徑為107.5米，控制俯仰角的轉軸的高度為50.5米，望遠鏡反射鏡垂直時最高處達到了89米。其總質量為3200噸，其中反射鏡占到1500噸，發射鏡總面積為5270平方米，有效面積則為4560平方米，光是塗料的體積就達到了5300升。拋物線鏡面的焦距為22.9，在其焦點處是一座由鐵塔支撐的聚焦盒，它負責收集反射鏡收集到的信號。[16]
工作
在其剛建成的時間裡，洛弗爾望遠鏡最有趣的成就是為一系列太空探測器提供軌道跟蹤和數據接收的服務。處於空間爭霸中的美國與蘇聯都需要洛弗爾望遠鏡為他們提供幫助，在當時它是世界上功率最大的無線電望遠鏡。例如人造衛星1號升空時洛弗爾望遠鏡就對其進行了軌道跟蹤，實際上接受其發出的信號只需要簡單的設備就可以完成，但軌道跟蹤的要求就要高得多。[17]此後美蘇之間進行月球競賽時，洛弗爾望遠鏡相繼對月球系列探測器和先驅者系列探測器進行了跟蹤，阿波羅11號登月時它正在追蹤蘇聯的月球15號，同一時刻卓瑞爾河岸天文台的MARK II望遠鏡正在對前者進行追蹤。此外洛弗爾望遠鏡還為蘇聯的金星及火星系列探測器提供了軌道追蹤服務。[18]
洛弗爾望遠鏡在天文學方面的成就包括發現了天體微波激射（celestial masers），確認了脈衝星的存在，參與了第一例引力透鏡的觀測工作，發現了第一例位於球狀星雲中的脈衝星。此外，洛弗爾望遠鏡還曾經和波多黎各的阿雷西博天文台組成過甚長基線干涉儀（VLBI），洛弗爾望遠鏡亦是尋找地外生命的SETI計劃中的一員。[19]
參考文獻
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