John Gatenby Bolton - John Gatenby Bolton

Cet article porte sur l'astronome John Bolton. Pour d'autres personnes nommées « John Bolton », voir John Bolton (homonymie) .

John Bolton

FAA FRS CBE
John Gatenby Bolton Sydney Août 1952.jpg
Née
John Gatenby Bolton

( 1922-06-05 )5 juin 1922
Sheffield, Yorkshire, Angleterre
Décédés 3 juillet 1993 (1993-07-03)(71 ans)
Buderim , Queensland , Australie
mère nourricière Université de Cambridge
Connu pour
Récompenses
Carrière scientifique
Des champs Astronomie, physique
Établissements
Étudiants notables

John Gatenby Bolton FAA FRS CBE (5 juin 1922 - 6 juillet 1993) était un astronome anglo -australien qui a joué un rôle fondamental dans le développement de la radioastronomie . En particulier, Bolton a joué un rôle essentiel dans l'établissement que les sources radio discrètes étaient soit des galaxies, soit les restes de supernovae , plutôt que des étoiles. Il a également joué un rôle important dans la découverte des quasars et du centre de la Voie lactée . Bolton a été le premier directeur du radiotélescope de Parkes en Australie et a créé l' observatoire radio d'Owens Valley en Californie. Les étudiants de Bolton ont occupé des postes de direction dans la plupart des observatoires radio du monde et l'un d'eux a été lauréat du prix Nobel . Bolton est considéré comme une figure clé dans le développement de l'astronomie en Australie.

Début de la vie

John Gatenby Bolton est né à Sheffield , au Royaume-Uni , en 1922 de deux professeurs de lycée. Alors qu'il souffrait de diverses maladies dans sa jeunesse, telles que de l'asthme sévère et des migraines, Bolton montra très tôt un intérêt et une maîtrise du sport, des mathématiques et des sciences. Il a reçu une bourse pour l'école secondaire King Edward VII , mais sa famille a dû payer la totalité des frais car le salaire de son père était supérieur au seuil de la bourse sous condition de ressources. À l' école King Edward VII , il est élu préfet et reçoit le prix de mathématiques de l'école lors de sa dernière année. Son éducation est considérée comme la classe moyenne pour le Royaume-Uni des années 1920 et 1930.

Bolton a reçu une place pour étudier les mathématiques pures et la philosophie naturelle au Trinity College de Cambridge en 1940, et deux bourses pour couvrir ses frais de scolarité et ses frais de subsistance. En raison de la Seconde Guerre mondiale , son diplôme a été réduit de trois à deux ans. Au cours de sa deuxième année, Bolton a décidé de se concentrer sur la physique plutôt que sur les mathématiques. Il a obtenu son diplôme en mai 1942 avec les honneurs de deuxième classe. Alors qu'il s'agissait d'un résultat moyen pour un élève qui avait auparavant terminé dans le tiers supérieur de sa cohorte, sa mère s'était détériorée et est décédée pendant la période d'examen de Bolton.

La Seconde Guerre mondiale et le travail radar

Bolton s'est enrôlé dans l'armée après avoir terminé ses examens finaux et a choisi la marine en raison de son amour des navires. Il a été nommé sous-lieutenant dans la Royal Navy Volunteer Reserve . Pendant sa formation d'officier à HMNB Portsmouth, il a choisi de faire de la recherche et du développement de radars aéroportés .

L'expérience de Bolton du radar pendant la Seconde Guerre mondiale établirait des relations et des expériences clés qui influenceraient fortement sa future carrière en radioastronomie. Le premier poste de guerre de Bolton l'a vu responsable de deux stations radar côtières et testant les derniers ensembles de radars dans les chasseurs de nuit. À la fin de 1942, Bolton a été transféré au Telecommunications Research Establishment , le siège de la recherche et du développement de radars britanniques en temps de guerre. C'est à cet endroit qu'il rencontra de nombreux chefs de file des efforts de radioastronomie d'après-guerre, dont Martin Ryle.

Au Telecommunications Research Establishment , Bolton a d'abord travaillé sur le développement d'un nouveau système radar aéroporté fonctionnant à une longueur d'onde de 3 cm, qui comprenait des tests approfondis pendant les vols. Au moment de l' atterrissage du jour J , Bolton était fatigué des tests radar en vol. On lui a offert un poste d'officier radio sur le porte-avions léger britannique HMS  Unicorn . Une telle position a rendu Bolton responsable de toute l'électronique aéroportée, des communications navire-avion et des aides à la navigation. En tant que navire de soutien, le HMS  Unicorn a eu une expérience de guerre raisonnablement sûre, sans aucun dommage majeur signalé. L'expérience de Bolton sur le HMS  Unicorn est créditée du développement de son expertise pratique avec l'électronique et des idées qui l'aideront plus tard à construire un interféromètre de falaise .

À la fin de la Seconde Guerre mondiale en 1945, le HMS  Unicorn a ramené le fret et le personnel du théâtre du Pacifique vers l'Australie. Lorsque le HMS  Unicorn retourna en Grande-Bretagne en décembre 1945, Bolton décida de rester à Sydney. Le choix de faire de l'Australie sa nouvelle patrie était en grande partie dû à l'influence positive du climat sur sa santé mais aussi parce que sa candidature pour s'inscrire aux études de troisième cycle au Cavendish Laboratory de l'Université de Cambridge avait été rejetée. Son diplôme de premier cycle abrégé en temps de guerre a été jugé inadéquat par le directeur du laboratoire Cavendish, Lawrence Bragg, pour une formation inadéquate pour les études de troisième cycle .

CSIR, Cygnus et l'interféromètre des falaises marines

Après avoir quitté la Marine, Bolton a cherché un emploi grâce à ses relations avec la Marine en Australie. Par l'intermédiaire d'un représentant du gouvernement associé à la recherche d'emploi pour les anciens combattants, un rendez-vous a été pris pour que Bolton rencontre Taffy Bowen , le chef du laboratoire de radiophysique du CSIR . Bolton fut bientôt nommé au nouveau poste d'officier de recherche, avec des fonctions de « recherche et développement en rapport avec l'application des techniques radar ». L'expertise en technologie radar du Laboratoire de radiophysique était de classe mondiale à l'époque, en grande partie parce que la Grande-Bretagne avait partagé le secret du radar avec ses dominions au début de la Seconde Guerre mondiale et en raison d'une communauté de radiophysique australienne relativement importante qui avait des liens intimes avec le physiciens ionosphériques en Angleterre.

Bolton a d'abord été chargé de mesurer les propriétés de polarisation des radiations des taches solaires , un domaine d'investigation active car il a récemment été confirmé que le Soleil était radio-brillant pendant la Seconde Guerre mondiale. Bolton a construit deux antennes Yagi et les a installées à Dover Heights , Sydney. Cependant, le Soleil était entré dans une période de dormance, sans taches solaires à sa surface. Ayant appris la découverte de l'émission radio du plan de la Voie lactée pendant son séjour à l'Université de Cambridge, et des observations à bord du HMS Unicorn , Bolton a spéculé qu'il pourrait y avoir d'autres étoiles radio brillantes comme le Soleil.

Interféromètre Sea Cliff à Dover Heights, Nouvelle-Galles du Sud

Suivant son intuition, Bolton et son collègue Bruce Slee ont pointé les deux antennes Yagi vers l'horizon et ont utilisé les instruments comme un interféromètre de falaises marines pour obtenir une résolution plus grande que possible en utilisant les antennes par elles-mêmes. Une telle décision a conduit à un conflit direct avec le patron de Bolton, Joe Pawsey , qui a réaffecté Bolton pour aider à concevoir des antennes Yagi pour une éventuelle expédition d' éclipse solaire après avoir découvert que les antennes ne pointaient pas vers le Soleil. Cependant, l'expédition s'est effondrée et Bolton a de nouveau reçu l'ordre d'observer le Soleil avec le nouvel équipement pendant la journée, mais a été autorisé à utiliser l'équipement la nuit pour enquêter sur d'autres sources radio potentielles.

Grâce à des discussions avec Pawsey, Bolton a appris qu'il y avait eu des rapports contradictoires sur une source radio dans la constellation du Cygne rapporté par Stanley Hey . Avec Gordon Stanley , le duo a réalisé un levé peu profond du ciel austral avec l'interféromètre de falaise marine. Ils ont confirmé l'existence de la source lumineuse Cygnus, plus tard nommée Cygnus A , mais à une position sensiblement différente de celle rapportée par Hey, et de deux sources plus faibles près de la constellation du Centaure et au bord du Cygnus . C'est également au cours de ces sorties d'observation nocturnes que Bolton s'est en grande partie autodidacte en astrophysique en utilisant des publications récentes dans The Astrophysical Journal .

Avec l'interféromètre des falaises marines, Bolton et Stanley ont atteint une résolution plus de 15 fois supérieure à celle des observations de Hey. Ils pouvaient être sûrs que l'émission radio à Cygnus provenait d'une zone inférieure à 8'. Alors que Hey est crédité de la découverte de la première « étoile » radio, le résultat de Bolton a confirmé la conclusion de Hey selon laquelle la source devait être compacte. En tandem, ces résultats ont représenté le début de la science associée aux sources radio discrètes. D'autres observations ont produit une position affinée pour Cygnus A mais aucune contrepartie optique convaincante, telle qu'une étoile brillante, n'a été trouvée.

Les vedettes de la radio

À la suite du résultat de Cygnus, Bolton, Stanley et Slee ont entrepris d'étudier systématiquement le ciel avec un interféromètre amélioré de falaises marines pour d'autres sources radio discrètes. En février 1948, Bolton avait la preuve de six nouvelles sources radio discrètes et introduisit la nomenclature des références aux sources radio dans une constellation décroissant par ordre alphabétique de luminosité. Cette nomenclature est encore utilisée aujourd'hui en radioastronomie pour certaines des sources radio les plus brillantes. Bolton a montré que Cygnus A n'était pas unique - ni dans son existence ni dans son absence d'association avec ses homologues stellaires optiques brillants. Il avait identifié des sources radio célèbres telles que Taurus A , Centaurus A et Hercules A .

Malgré l'attente que les acclamations suivraient bientôt les révélations d'une nouvelle classe d'objets auparavant inconnus des astronomes, la communauté astronomique a généralement répondu avec scepticisme en raison des faibles incertitudes de position et parce que les implications ne correspondaient pas facilement aux connaissances astronomiques orthodoxes de l'époque. . De plus, la quantité de ressources que Bolton occupait au laboratoire de radiophysique pour son enquête sur des sources discrètes menait à un conflit direct avec l'équipe d'enquête solaire, en particulier avec Ruby Payne-Scott .

Image optique de Centaurus A avec des lobes radio superposés.

Dans l'effort d'améliorer l'impact de ses résultats sur les sources radio discrètes, Bolton a choisi d'affiner ses positions de source et d'éliminer toute incertitude systématique. Bolton et Stanley l'ont fait via une expédition en Nouvelle-Zélande , effectuant des observations interférométriques de falaises marines à la fois en Nouvelle-Zélande et en Australie. Ces observations ont corrigé les positions des sources dans l'article de 1948 de plus d'un degré. Avec une précision de 10 minutes d'arc et une meilleure maîtrise des incertitudes systématiques dues à la réfraction ionosphérique, Bolton pouvait désormais raisonnablement suggérer des contreparties optiques. Alors que le candidat optique de Cygnus A restait insaisissable, Bolton montra que Taurus A était associé à la particulière nébuleuse du Crabe , Virgo A avec une galaxie qui émanait d'une longue structure en forme de jet ( M87 ) et Centaurus A avec un objet si particulier que les astronomes se disputaient à l'époque pour savoir s'il appartenait ou non à la Voie lactée.

Alors que Bolton avait tort de suggérer que Centaurus A et Virgo A étaient des sources galactiques particulières, Bolton a changé d'avis quelques mois après la publication de l'article alors que de nouvelles données optiques étaient analysées. Les résultats de l'article de 1949 ont suscité l'intérêt des astronomes optiques traditionnels et sont souvent considérés comme le début de la radioastronomie extragalactique. L'article de 1949 était probablement l'article le plus important et le plus marquant de la carrière de Bolton.

Parabolic Radio Dish à Dover Heights, Nouvelle-Galles du Sud

Sur la base de ses récents succès académiques, Bolton a fait une visite des principaux laboratoires d'astronomie et d'ingénierie radio de l'hémisphère nord en 1950. Il a été accueilli glacialement au Cavendish par Martin Ryle et Lawrence Bragg , qui avaient trop de invités visitant le laboratoire à ce moment-là. Cependant, lors de sa visite à Cambridge, Bolton a fait la connaissance de l'astrophysicien Fred Hoyle , qui a commencé une amitié et une collaboration de longue date.

Au retour de son voyage, Bolton a décidé que l'interférométrie mer-falaise avait atteint sa limite en termes de découverte, et a décidé d'imiter l'antenne parabolique de 220 pieds utilisée par le groupe Jodrell Bank . À Dover Heights, en Nouvelle-Galles du Sud , ils ont construit une antenne parabolique de 72 pieds dans le sol. En utilisant cet instrument en 1953, Bolton et la nouvelle recrue du CSIRO Dick McGee ont étudié le plan galactique, identifiant le centre de la Voie lactée - Sagittaire A .

Malgré le succès académique de Bolton, Radio Astrophysics ne pouvait se permettre de construire qu'un seul grand télescope dans les années 1950. Alors que Bolton a insisté pour construire une parabole plus grande sur le modèle de son prototype de Dover Heights, le laboratoire a privilégié l' interféromètre radio de Mills Cross . Cette décision a conduit Bolton à entrer en conflit direct avec son patron immédiat Pawsey, après quoi il a été réaffecté par Bowen à la division Cloud Physics de Radio Astrophysics. Cela a permis à Bowen d'atténuer le conflit et a fourni l'expertise de Bolton à son groupe Cloud Physics.

Au cours du détour de Bolton loin de la radioastronomie, il a travaillé à comprendre comment semer les précipitations à l'aide de la fumée d'iodure d'argent larguée par les avions. Cependant, Bolton était conscient, lors de son bref passage en physique des nuages, de l'opportunité potentielle de démarrer le groupe de radioastronomie en cours de création en Californie. Bolton a accepté le poste d'installer un grand radiotélescope près de Caltech offert par Lee Alvin DuBridge en 1954.

Caltech et Owens Valley

En rejoignant Caltech en tant que chef du programme de radioastronomie, Bolton a commencé à établir un observatoire radio américain en utilisant des fonds de l' Office of Naval Research et de Caltech. Avec Gordon Stanley, Bolton a identifié Owens Valley comme un site idéal pour un observatoire radio parce que ses chaînes de montagnes naturelles protégeaient les interférences des villes côtières californiennes et parce qu'elle était raisonnablement proche de Caltech. La priorité de Bolton pour le type d'instrument à construire à Owens Valley était celle qui pouvait localiser avec précision la position des sources pour trouver leurs homologues optiques et résoudre leur structure radio, en s'appuyant sur les nombreuses détections de mauvaise résolution provenant d'instruments tels que le Mills Cross.

Bolton a dirigé la construction d'un interféromètre à deux éléments, composé de deux antennes de 90 pieds. Cet instrument deviendrait incroyablement productif sur le plan scientifique, le banc d'essai de nombreux radioastronomes américains de premier plan et un prototype pour le Very Large Array . L'une des premières contributions scientifiques des télescopes d'Owens Valley a été la confirmation de l'émission radio de Jupiter, qui a acquis une reconnaissance médiatique et institutionnelle importante pour l'instrument. Avec la construction réussie de l'interféromètre d'Owens Valley, Bolton a été promu professeur titulaire. Il a également obtenu un doctorat de Caltech, mais il a refusé d'utiliser le titre tout au long de sa vie et l'a qualifié de doctorat "de facto".

La résolution supérieure de l'interféromètre d'Owens Valley signifiait que Bolton et son équipe commençaient à identifier des sources radio qui restaient encore non résolues à une résolution de 10 secondes d'arc. Le suivi de l'une de ces sources dans l'optique, 3C295 , a identifié la contrepartie comme une galaxie à un décalage vers le rouge de 0,46, doublant ainsi plus la distance à un objet dans l'Univers. Cette ligne de raisonnement scientifique a ouvert la voie à la carrière de Bolton alors qu'il retournait en Australie.

Malgré ses succès à Caltech, Bolton avait un accord avec Bowen qu'il retournerait en Australie lorsqu'un radiotélescope géant serait en construction. En plus de la mauvaise santé causée par la mauvaise qualité de l'air dans le smog de Pasadena, Bolton et sa famille ont décidé de retourner en Australie en 1960.

Parkes et quasars

Bolton est arrivé à Parkes , en Australie, alors que le développement du nouveau radiotélescope géant était en cours. Bowen avait obtenu de l'argent de la Carnegie Institution for Science , de la Rockefeller Foundation et du gouvernement australien pour développer une antenne parabolique de 64 m. Bolton avait déjà joué un rôle important en aidant à évaluer la conception du télescope, et a maintenant pris en charge la construction et la mise en service de la parabole de Parkes. Il devait également être le premier directeur du télescope.

Le radiotélescope de Parkes, sous la direction de Bolton, a été achevé dans les délais et a rapidement contribué à deux résultats clés en radioastronomie. Premièrement, le télescope a confirmé l'émission radio polarisée de Centuarus A et Vela X. La détection de la polarisation linéaire a confirmé que l'émission radio de ces sources est produite par le mécanisme synchrotron . Deuxièmement, et plus important encore, Parkes a détecté une rotation de Faraday dans des sources radio polarisées. Ce fut la première détection astrophysique du phénomène et un résultat qui fut utilisé comme preuve concluante que la Voie Lactée possédait un champ magnétique.

Alors que Bolton a joué un rôle clé dans la direction scientifique de Parkes dans ces deux premières découvertes, sa plus grande contribution scientifique avec Parkes est venue avec la découverte des quasars . S'appuyant sur ses travaux d'identification de sources optiques pour les radiogalaxies à Caltech, telles que 3C48 , l'accumulation de preuves suggérait qu'il existait une classe unique de galaxies actives qui étaient 100 fois plus lumineuses optiquement que les galaxies les plus lumineuses qui avaient été identifiées précédemment avec des sources radio. Bien que non publié, Bolton a été le premier à identifier correctement la distance extrême jusqu'à 3C48 deux ans avant sa publication en 1962. Le record de l'objet le plus éloigné de l'Univers était régulièrement détenu par les quasars découverts à Parkes par Bolton et son équipe.

Après la découverte des premiers quasars à Parkes, Bolton s'installe dans le projet qui occupera la majeure partie de son temps pour le reste des années 1960 : arpenter le ciel austral avec Parkes afin de trouver de nouvelles sources radio à associer aux sources optiques et déterminer leurs distances . Il a réussi à suivre cette voie scientifique en raison de liens étroits avec les astronomes optiques des observatoires Palomar et Lick . À ce stade de sa carrière, Bolton était également chargé de présider des panels gouvernementaux et de présenter des conférences principales - le summum présentant le discours lors de la conférence Solvay en 1964. Dans les années 1960, Bolton a également été élu membre de l' Académie australienne des sciences et a été le premier lauréat du prix NRAO Karl Jansky.

Parkes et l'alunissage d'Apollo 11

En tant que directeur de Parkes, Bolton a également joué un rôle dans l' alunissage d' Apollo 11 . La NASA a suggéré au CSIRO que Parkes rejoigne le Deep Space Network et soit directement impliqué avec le Jet Propulsion Laboratory (JPL). Bolton était désireux de se joindre à cet effort car il pensait que Parkes avait une dette envers la NASA et les États-Unis pour leur aide dans la construction et les nombreuses relations personnelles qu'il avait développées là-bas.

Le radiotélescope Parkes du CSIRO en 1969, à l'époque de l'alunissage d'Apollo 11.

La demande initiale de la NASA était que Parkes fournisse une assistance au cas où le moonwalk d'Apollo 11 serait retardé ou en cas de défaillance des propres stations de suivi de la NASA. Bolton et l'équipe technique de Parkes ont pris la responsabilité de s'assurer que les systèmes d'entraînement et de contrôle du télescope étaient en état de fonctionnement. En raison de changements dans le calendrier du moonwalk, la NASA a reçu des signaux télévisés de trois sources : Goldstone , Honeysuckle Creek et Parkes. La NASA a basculé entre Goldstone et Honeysuckle pendant les premières minutes du moonwalk, mais le signal de Parkes a été utilisé pour le rappel du moonwalk. Le rôle que Parkes et Bolton ont joué dans l'alunissage d'Apollo 11 a été dramatisé dans le film The Dish . Bolton s'assurerait que Parkes serait impliqué dans le suivi de toutes les missions Apollo.

Dernières années à Parkes et récompenses

Bolton a quitté son poste de directeur de Parkes en 1971 pour alléger sa charge de travail administrative. Tout en quittant ses fonctions de directeur, Bolton a continué à poursuivre ses études scientifiques. Pour le reste de sa carrière scientifique, il se concentrera sur les identifications optiques des sources radio qui étaient étudiées par Parkes à 2,7 GHz. Un résultat significatif de cette étude, lorsqu'elle est combinée avec des études précédentes à basse fréquence, a été la découverte par Bolton de la source à spectre de pointe PKS B1934-638.

Bolton a été élu à la Royal Society de Londres et vice-président de l' Union astronomique internationale en 1973. De plus, il a reçu la médaille d'or de la Royal Astronomical Society en 1977 pour ses contributions à l'optique et à la radioastronomie. Après une série de crises cardiaques, Bolton est décédé en 1993.

Honneurs et récompenses

Bolton a reçu les récompenses suivantes :

Dans la culture populaire

  • Le film australien The Dish portait sur le rôle du radiotélescope Parkes dans l'alunissage en 1969. Le rôle du directeur de l'observatoire (Cliff Buxton, interprété par Sam Neill ) est basé sur John Bolton.
  • Bolton a fait nommer l'astéroïde 12140 Johnbolton en son honneur.

Les références

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