Радіотелескопи Лейтона — це радіотелескопи з 10,4-метровими параболічними антенами, розроблені у 1970-х роках, які виготовлялися в університетському містечку Каліфорнійського технологічного інституту в 1970-х і 1980-х роках. Поверхні телескопів досягали середньоквадратичної точності 10 мкм, що дозволяло проводити спостереження в міліметровому та субміліметровому діапазонах. Загалом виготовили вісім таких телескопів. Вони використовувалися як шість елементів міліметрового інтерферометра у Каліфорнії та як окремі телескопи в Калтекська субміліметровій обсерваторії на Гаваях (США) та Дослідницькому інституті Рамана у Бангалорі (Індія). Навесні 2005 року шість телескопів Лейтона в Овенс-Веллі були переміщені на високогірне місце в , сформувавши там ядро масиву з 25 телескопів. Масив CARMA вивели з експлуатації в 2015 році, і телескопи Лейтона перемістили назад до Овенс-Веллі, де їх перепрофілювали для різних проєктів, включаючи COMAP (), Телескоп горизонту подій і різні проєкти виявлення транзієнтів.

Витоки У 1973 році Роберт Лейтон запропонував Національному науковому фонду створити чотири параболічні радіоантени діаметром 10,4 метра. Три антени мали використовуватися в як інтерферометр міліметрового діапазону, а четверта мала використовуватися на високогірному місці як окремий субміліметровий телескоп. Пропозицію схвалили, і загальне фінансування становило 477 700 доларів США.

Монтування

Телескопи мають альтазимутальне вилкове кріплення. Азимутальна вісь має форму перевернутого кругового конуса, вершину якого підтримує вальниця. Роликові вальниці, встановлені навколо верхньої частини основи, притискаються до верхньої частини перевернутого конуса, обмежуючи рух азимутальної осі. На азимутальному упорному підшипнику розташована кабельна обмотка для передачі сигналу та живлення. На вершині конуса розташована азимутальна платформа, яка підтримує два висотні кріплення. Платформа, яка підтримує основний відбивач, приводиться в рух за допомогою обертового кулькового гвинта.

Азимутальний майданчик досить великий, щоб на ньому могли працювати кілька людей. У ньому також розташована невелика кімната кабіни праворуч від правого висотного кріплення, де у фокусі Несміта розташовані радіоприймачі (зазвичай приймачі ). У бічній кабіні також розміщено електроніку для датчиків кута повороту, систем автогенераторів та проміжних частот та вимірювачів нахилу разом із комп'ютером керування антеною.

Телескопом керують 3 двигуни: 2 по азимуту й 1 по висоті. Між азимутальними двигунами підтримується зсув у напрузі приводу, щоб запобігти люфту під час руху шестерні діаметром 1,74 метра. Телескопи можуть обертатися зі швидкістю 40 градусів за хвилину.

Оптика Основне дзеркало діаметром 10,4 метра має фокусне відношення 0,4. Гіперболоїдне вторинне дзеркало має діаметр 0,606 метра і спрямовує світло або у фокус Кассегрена, або у фокус Несміта, залежно від того, чи присутнє третинне дзеркало. Телескоп має ефективне фокусне відношення 12,4 у фокусі Кассегрена.

Антена

Головне дзеркало, яке також називають «тарілкою», складається з 84 панелей, які є шестикутними при проєкції на площину апертури (у телескопа RRI — 81 панель). Розмір кожної панелі приблизно 1,15 метра. Панель, яка б покривала центр тарілки, відсутня, забезпечуючи отвір, необхідний для фокусів Кассегрена та Насміта. Панелі біля краю тарілки мають неправильну форму, а в деяких випадках більші за номінальний розмір, щоб покрити круглу апертуру, уникнувши використання дуже маленьких панелей. Дзеркало є гомологічним на 92 %, зберігаючи майже параболічну форму, лише фокальна точка змінюється, коли дзеркало деформується через силу тяжіння зі зміною висоти телескопа. Середньоквадратичні відхилення від гомології становлять менш як 17 мікронів у всьому діапазоні висот телескопа. Ці зміни фокусу компенсуються переміщенням вторинного дзеркала вбік і вздовж оптичної осі.

Унікальною особливістю телескопів Лейтона є те, що основний телескоп виготовляється як єдина прецизійна поверхня діаметром 10,4 м, а не окремо оброблені панелі. Панелі тарілки виготовлені з легкого (15 кг/м3) алюмінієвого стільникового матеріалу з вертикальними каналами. Щоб отримати параболічну форму рефлектора, панелі були зібрані на тому самому каркасі зі сталевих труб, який підтримує панелі на робочому телескопі. Рама була встановлена на повітряному підшипнику, що оточував центральну щоглу. Від центральної щогли відходив рукав, який мав параболічну доріжку знизу. Параболічна доріжка була сформована лазерною метрологічною системою, яка використовувала той факт, що парабола є геометричним місцем точок, рівновіддалених від фокальної точки та лінії директриси. Після створення параболічної доріжки ріжучий інструмент рухався вздовж доріжки та розрізав стільникові панелі, коли тарілка оберталася на повітряному підшипнику. Після того, як стільникові панелі були вирізані до правильної параболічної форми, на кожну панель наклали алюмінієву оболонку, щоб створити відбивну поверхню тарілки.

Рама виготовлена зі сталевих труб довжиною менше як 1,5 м, які мають отвори на кожному кінці для вставлення дюбелів. Відстань між отворами контролюється з точністю до 10 мікронів. Одна людина може зібрати об'ємну раму на повітряному підшипнику за кілька днів. Ця концепція була розроблена в межах дослідження того, як астронавти можуть зібрати великий телескоп у космосі. Прецизійне з'єднання також дозволило виконувати точний аналіз методом скінченних елементів за допомогою комп'ютерів, доступних у 1970-х роках. Це дозволило ітерувати поперечні перерізи трубок для покращення характеристик гомології. Під час обробки поверхні просторовий каркас кінематично спирався на три основні точки. Рама була розроблена таким чином, щоб дозволити розібрати антену й панелі на великі секції (зазвичай три) і транспортувати до обсерваторії без значного погіршення оптичної якості тарілки. Основна частина розміщується на платформі, спираючись на ті самі три основні опорні точки, не вносячи жодних нових навантажень. Ще шість точок кріплять до платформи для передачі жорсткості платформи на раму. У шести додаткових точках кріплення використовують прокладки, щоб уникнути навантаження просторової рами, направленої в зеніт. Це важлива складова частина успішного встановлення основного рефлектора на платформі, і її використали під час переміщення телескопів на високогірний майданчик і назад у долину.

Усі тарілки, крім однієї на телескопі RRI, були виготовлені в Синхротронній будівлі поблизу південно-східного кута кампусу Каліфорнійського технологічного інституту. Цю будівлю створили для розміщення обладнання, необхідного для полірування 200-дюймового дзеркала телескопа Гейла майже пів століттям раніше. Антена та кріплення для телескопа RRI виготовили в , а остаточне збирання виконали в бібліотеці RRI.

Використання

Перші три телескопи були розгорнуті в радіообсерваторії Овенс-Веллі для тестування інтерферометрів міліметрових хвиль. Після того, як у 1985 році запустили першу триелементну решітку, до решітки додали ще три антени для створення шестиелементного інтерферометра. Роберт Лейтон вийшов на пенсію, і виготовленням другого набору з трьох антен радіообсерваторії Овенс-Веллі керував Девід Вуді. П'ять із шести антен радіообсерваторії Овенс-Веллі були профінансовані Національним науковим фондом, а Фонд Кеннета та Ейлін Норріс оплатив шосту, запущену в 1996 році. У 2005 році ці шість телескопів перемістили до Седар Флет у в Каліфорнії та додали до масиву . Масив CARMA припинив роботу в 2015 році, і шість телескопів Лейтона повернули назад в радіообсерваторію Овенс-Веллі для зберігання. Одну з цих шести антен зараз використовують як телескоп CO Mapping Array Pathfinder.

Телескоп Лейтона із найточнішою поверхнею (середньоквадратичне відхилення 10 мікронів) був відправлений до Мауна-Кеа, Гаваї, і став Калтекською субміліметровою обсерваторією. Після смерті Роберта Лейтона в 1997 році цей телескоп був офіційно названий «Телескоп Лейтона» (). Єдиний серед телескопів Лейтона, цей пристрій мав активний контроль над поверхнею за допомогою нагрівальних елементів, доданих до опорних штирів, що підтримують панелі поверхні.

Інший телескоп Лейтона розмістили в Індії в Дослідницькому інституті Рамана. Він досить точно повторював конструкцію інших телескопів Лейтона, але був повністю виготовлений і зібраний в Індії. Це також був єдиний телескоп Лейтона, який використовував приймачі в основному фокусі (на додачу до приймачів в інших фокусах). Телескоп був розміщений на вершині будівлі, де розташовувалася електроніка і спектрометри. Телескоп розпочав роботу в 1988 році зі спостереження випромінювання мазера SiO на 86 ГГц від змінних зір типу Міри. У 1993 році точність його поверхні становила 120 мікронів. До 2009 року поверхня деградувала, і голографічні вимірювання на 12 ГГц показали, що поверхня має середньоквадратичну точність 350 мікронів. Це все ще дозволяло проводити спостереження на частотах до 43 ГГц з ефективністю апертури 50 %. Телескоп вивели з експлуатації приблизно в 2012 році.

Примітки

Посилання CO Mapping Array Pathfinder