Мартин Райл

Биография

Английский радиоастроном Мартин Райл родился в Оксфорде и был вторым из пяти детей в семье врача и профессора социальной медицины Оксфордского университета Джона Райла и Мириам (в девичестве Скалли) Райл. Учился в Брэдфилл-колледже и в Оксфорде, в котором в 1939 г. с отличием окончил Школу естественных наук. С 1939 по 1945 г. принимал участие в работах по созданию и усовершенствованию переносного радара для военных целей и радиосистем в Научно-исследовательском центре телекоммуникаций в Малверне, где впервые встретился с Энтони Хьюишем. В 1945 г. Р. получил стипендию, позволившую ему отправиться в Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета и заняться исследованиями под руководством Джона А. Рэтклиффа и У.Л. Брэгга. Темой исследования было испускание радиоволн Солнцем – явление, случайно открытое во время второй мировой войны оператором радарных станций, оборудование, которым располагал Р., состояло из двух небольших антенн.

После войны Р. остается в Кембридже, работая в Кавендишской лаборатории и Маллардовской радиоастрономической обсерватории. В 1948 г. он становится лектором по физике в Тринитиколледже, в 1949 г. – членом персонала этого колледжа, в 1957 г. вторым профессором физики, а в 1959 г. первым профессором радиоастрономии Кембриджа.

Р. работал над повышением разрешающей спрособности радиотелескопов чем выше разрешающая способность, тем легче выделить волновой фронт определенного направления и пренебречь волновыми фронтами, приходящими с соседних направлений. Разрешающая способность любого телескопа зависит от апертуры, или диаметра антенны, которая велика по сравнению с длиной волны собираемого антенной излучения. Для оптический телескопов легко достижимы отношения апертуры к длине волны в несколько миллионов к единиц, так как длина волны света составляет менее одной миллионной метра. Длины радиоволн соответствуют диапазону примерно от 1 см и выше. Для того чтобы иметь апертуру в 1 млн. см, чаша радиотелескопа (параболический отражатель) должна была бы иметь диаметр 10 км.

Расположив две антенны на расстоянии многих длин волн друг от друга, Р. подключил их к одному приемнику. Используя этот постой интерферометр, он установил, что испускание радиоволн солнечными пятнами происходит из очень небольших областей. Используя сдвиг фаз (комбинируя сигналы от каждой из антенн попеременно в фазе и в противофазе), Р. сумел отличить радиоволны, испускаемые пятном, от радиоволн, испускаемых остальной частью Солнца. Применяя тот же метод для поиска звезд и галактик, он проник в космическое пространство на расстояние 6 млрд. световых лет, что втрое превышает дальность действия 200-дюймового оптического телескопа-рефлектора обсерватории Маунт-Паломар. К 1948 г. ему удалось определить местоположение нескольких так называемых радиозвезд (небесных объектов, испускающих электромагнитное излучение) с точностью, достаточной для того, чтобы их можно было наблюдать с помощью оптических телескопов. Использование радиоволн в астрономии означало, что впервые стали доступными для наблюдения новые области космического пространства, совершенно отличные от наблюдаемых с помощью оптических телескопов, например области, содержащие частицы высоких энергий или диффузный ионизованный газ.

В 1952 г. Р. и его коллеги решили создать радиоастрономические инструменты, позволяющие не только наблюдать более слабые источники, но и исследовать их внутреннюю структуру. Р. обнаружил, что теоретически возможно объединить сигналы от двух антенн (одна из которых подвижна), расстояние между которыми и ориентация систематически изменяются от измерения к измерению. Необходимые вычисления можно было производить на имевшихся в середине 50-х гг. компьютерах. В 1957 г. он с помощью построенного им двухантенного телескопа обследовал большой участок неба, открыв 5000 радиоисточников. Однако из-за ограниченной вычислительной мощности компьютеров телескоп Р. обладал высокой разрешающей способностью только в одном измерении.

В 1963 г., используя сильно возросшие вычислительные мощности компьютеров, Р. построил телескоп с тремя управляемыми 60-футовыми параболическими антеннами-отражателями, две из которых были закреплены на расстоянии 0,5 мили друг от друга, а третья смонтирована на передвижной платформе длиной 2500 футов. С учетом вращения Земли в течение 24-часового периода наблюдения этот метод позволил Р., комбинируя сигналы от трех антенн, достигать разрешения, эквивалентного разрешению радиотелескопа с апертурой в 1 милю. С помощью своего телескопа он впервые продемонстрировал возможности метода апертурного синтеза, позволяющего достигать высокого разрешения в двух измерениях, обеспечивающего большую эффективную площадь антенн при минимальных затратах и не требующего сложных инженерных сооружений. Именно с помощью трехантенного телескопа впервые были открыты детали структуры радиогалактик.

Радиотелескоп с еще большей эквивалентной апертурой (диаметром 3,1 мили) был построен Р. в 1971 г. Новый телескоп состоял из восьми антенн, каждая диаметром 42 фута (из которых четыре были смонтированы на передвижных платформах), и позволял исследовать высокодисперсную структуру далеких радиоисточников. Разрешение, достигаемое с помощью этого телескопа, было равно дуге в 0,6 дюйма. Проведенные Р. широкие исследования небесных радиоисточников, большинство из которых слишком далеки и слишком слабы для того, чтобы их можно было обнаружить с помощью оптических телескопов, показали, что некоторые из наиболее интенсивных радиоисточников представляют собой квазары (квазизвездные объекты) удаленные звездообразные объекты, излучающие во много раз больше энергии, чем целые галактики.

Современные радиотелескопы, значительно превосходящие по своим размерам построенные Р. телескопы, в которых используется точность атомных часов, позволяют принимать сигналы на антеннах, отстоящих на тысячи миль друг от друга, и обрабатывать полученные сигналы на отдельном компьютере. Эквивалентная апертура такого телескопа сравнима с диаметром Земли.

В 1974 г. Р. и Хьюиш были удостоены Нобелевской премии по физике «за новаторские исследования в радиоастрофизике». Премия Р. была присуждена «за наблюдения и изобретения, в особенности за метод апетурного синтеза».

«Вклад Р. и Хьюиша является важным шагом в развитии наших знаний о Вселенной, заявил при презентации лауреатов Ганс Вильгельмссон, член Шведской королевской академии наук. Благодаря их трудам астрофизика обогатилась новыми областями исследований. Гигантская лаборатория Вселенной открывает свои богатые возможности для будущих исследователей».

Спроектированные Р. телескопы были построены в Нидерландах и Нью-Мексико. Ожидается, что интерферометрия с очень большой базой (длиной в несколько тысяч километров) позволит разрешать дуги длиной 0,001 дюйма.

Как показывает проведенный Р. статистический анализ радиоисточников. Вселенная не бесконечна и некогда была гораздо горячее, чем сейчас. Его выводы подкрепляют теорию «большого взрыва» в космологии и не согласуются с теорией стационарного состояния.

В 1976 г. Р. активно включился в исследования возобновляемых источников энергии, в особенности энергии ветра и морской волны. Его работы показали, что в Великобритании энергия ветра (с учетом больших сезонных колебаний потребности в энергии) могла бы стать источником, реально альтернативным по отношению к ядерной энергии.

В 1947 г. Р. вступил в брак с медсестрой и физиотерапевтом Эллой Ровеной Палмер. Супруги, две их дочери и сын часто на досуге ходили под парусом на катамаранах и тримаранах конструкции главы семьи. Р. умер от рака в своем доме в Кембридже 16 октября 1984 г.

В 1966 г. Р. получил дворянский титул. Он почетный доктор университетов Стрэчклайда, Оксфорда и Торуни (Польша). С 1972 по 1982 г. занимал пост Королевского астронома, по традиции сохраняемого за директором Королевской Гринвичской обсерватории. Р. состоял членом Академии наук СССР, Датской академии наук и искусств, Американской академии наук и искусств и Лондонского королевского общества. Кроме Нобелевской премии, он был удостоен многочисленный наград, в т.ч. медали Хьюза (1954) и Королевской медали (1973). Лондонского королевского общества, золотой медали Королевского астрономического общества (1964) и медали Генри Дрейпера американской Национальной академии наук (1963).