Astronomie

Wie hat Jocelyn Bell Burnell die Periodizität von CP 1919 entdeckt?

Wie hat Jocelyn Bell Burnell die Periodizität von CP 1919 entdeckt?



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Laut Wikipedia,

1967 wurde ein Funksignal von Jocelyn Bell Burnell mit dem Interplanetaren Szintillationsarray des Mullard Radio Astronomy Observatory in Cambridge, Großbritannien, entdeckt. Das Signal hatte eine Periode von 1,337302088331 und eine Pulsbreite von 0,04 Sekunden.[4] Es entstand an den Himmelskoordinaten 19h 19m Rektaszension, +21° Deklination. Es wurde durch individuelle Beobachtung von kilometerlangen grafischen Datenspuren entdeckt. Aufgrund seiner nahezu perfekten Regelmäßigkeit wurde zunächst angenommen, dass es sich um Störgeräusche handelt, diese Hypothese wurde jedoch umgehend verworfen. Die Entdecker nannten es scherzhaft Little Green Men 1 (LGM-1).

Auch aus Wikipedia,

Meine Frage ist, dass das Signal gerade direkt aus dem Diagramm gemessen wurde?


Wie hat Jocelyn Bell Burnell die Periodizität von CP 1919 entdeckt?

Ergänzend zur Antwort von @RoryAlsop verweisen wir auf Astrobytes 'The First Pulsar, in dem das Nature Paper (A. Hewish, SJ Bell, J. Pilkington, P. Scott und R. Collins 1968) Observation of a Rapidly Pulsating Radio Source diskutiert und Abbildung 2 gezeigt wird aus dem Papier.

Weitere Informationen zum Radioteleskop selbst finden Sie unter Was genau ist interplanetare Szintillation; Wonach suchte das Interplanetare Szintillationsarray? Hat es erfolgreich irgendwelche beobachtet?

Das Original hat noch Paywall, aber Nature hat hier ein bisschen davon nachgedruckt. Es kann auch von Researchgate heruntergeladen werden.

Hier ist ein Detail des Bildes aus dem Astrobytes-Post und der dortigen Bildunterschrift.

Abbildung 2: Daten des Interplanetary Scintillation Array (IPS) Radiointerferometers am Mullard Radio Astronomy Observatory im Jahr 1967. Der periodische Anstieg des Flusses liegt im Sekundenbereich und zeigt die allerersten Messungen eines Pulsars.

Hier ist die eigentliche Bildunterschrift aus dem ursprünglichen Nature-Papier. Interessant zu sehen ist, dass neben der Geschwindigkeit des Diagrammschreibers als Zeitbasis ein externer Pulser als Referenz verwendet wurde. Bemerkenswert ist auch die Verzögerung zwischen Pulsen bei einer Frequenz und einer anderen, die die Autoren diskutieren und der Dispersion im interstellaren Medium zuschreiben. Sie sehen eine Verzögerung von etwa 0,2 Sekunden zwischen 80,5 und 81,5 MHz und nennen einen Frequenz-Sweep von -4,9 +/- 0,0-5 MHz/s. Bei Verwendung von 0,2 Elektronen pro cm^3 wird eine Obergrenze für die Entfernung von 65 Parsec genannt.

Abb. 1. a, Aufzeichnung der pulsierenden Radioquelle bei starkem Signal (Empfängerzeitkonstante 0,1 s). Vollausschlag entspricht 20 x 10-26 W m-2 Hz-1. b, Obere Spur: Aufzeichnungen mit zusätzlichen Pfaden 240 m und 450 ml in einer Seite des Interferometers. Untere Spur· normale Interferometeraufzeichnungen. Die Pulse sind für l = 240 m klein, weil sie nahe einer Null im Interferenzmuster auftraten. (Dies ändert die Phase, aber nicht die Amplitude der oszillatorischen Antwort auf der oberen Spur.) c, Simulierte Impulse, die unter Verwendung eines Signalgenerators erhalten wurden. d, Gleichzeitiger Empfang von Impulsen mit identischen Empfängern, die auf unterschiedliche Frequenzen abgestimmt sind. Impulse mit niedrigerer Frequenz werden um etwa 0,2 Sekunden verzögert.


Ja – damals war das Diagramm die Datenquelle für die Analyse. Jocelyn überprüfte jede Nacht Hunderte von Metern von Spuren visuell auf Quasare (der Grund, warum das Interplanetare Szintillationsarray gebaut wurde)

Das Wackeln sah anders aus als erwartete Signale und wurde zunächst fälschlicherweise als Störung erkannt, aber als sie es immer wieder bemerkte, führte sie eine weitere Analyse durch und identifizierte die Wiederholungsrate von 1,337 Sekunden.

Vom New Yorker:

Bell Burnell – der die ungefähr siebenhundert Fuß Papier analysierte, die jede Woche erzeugt wurden, als galaktische Radiowellen in eingefärbten Spitzen aufgezeichnet wurden – bemerkte ein schwaches Signal, das von einem Himmelsabschnitt kam. Dann ist es verschwunden. Im November sah sie es wieder. Durch Anpassen der Geschwindigkeit des Aufnahmegeräts stellte sie fest, dass das Signal alle 1,34 Sekunden eintrat, ein regelmäßiger Taktschlag vor dem Hintergrundrauschen des Kosmos.

Alles aus visueller Messung der Spur!


The Cover Uncovered: Joy Division ist nicht von dieser Welt-Artwork für 'Unknown Pleasures'

Das Debütalbum der englischen Rockband Joy Division hat im Laufe der Zeit nicht nur wegen seiner Musik, sondern auch wegen seines Covers an Popularität gewonnen. Tatsächlich sind Leute, die die Band und ihre Musik nicht kennen, indirekt über das illustre Cover des 1979er Albums mit ihnen verbunden. In den Tagen vor dem Internet identifizierten die Leute die Band stärker mit dem monochromen Cover, da Bilder der Bandmitglieder weder leicht verfügbar waren noch auf dem Cover selbst zu sehen waren.

Das Album wurde vom Indie-Label Factory Records veröffentlicht und erhielt für seine Musik Kritikerlob, konnte jedoch keinen kommerziellen Erfolg einfahren. Es würde wenig ausmachen, da der Rekord für alles stand, was Joy Division gewesen war. Joy Division waren in erster Linie eine Gruppe von Künstlern und so passt das Album-Artwork der Band mit Hilfe einiger kunstbegeisterter Freunde perfekt zu ihrem Sound und ihrem Ethos.

Was genau war auf dem Cover, das Menschen und Kritiker so faszinierte? Es war ein Schwarz-Weiß-Diagramm mit weißen, ungleichmäßigen Linien, die nacheinander ansteigen und fallen, vor einem schwarzen Hintergrund. Was hat es dargestellt? War es eine grafische Darstellung eines Herzschlags? War es ein Stiftdiagramm von Gebirgszügen? War es das Bild von Schallwellen? Oder symbolisierte es überhaupt etwas? Die Spekulationen kannten keine Grenzen und die Anfragen kamen weiter.

Das Cover war mysteriöser und wundersamer, als es zu sein schien, da es mit der mysteriösen Welt der Galaxien verbunden war. Einfach ausgedrückt ist das Bild ein „gestapeltes Diagramm“ der Radioemissionen, die von einem Pulsar, einem „rotierenden Neutronenstern“, abgegeben werden. Diese plötzliche Überfrachtung mit astronomischen Begriffen mag ein wenig überwältigend sein, aber das Konzept, obwohl es „unbekannt“ ist, bereitet einem immenses „Vergnügen“.

Um den Ursprung des Pulsars zu verfolgen, müssen wir ein wenig zurückspulen. Der Pulsar namens CP 1919 wurde 1967 von zwei Cambridge-Akademikern entdeckt – einer Studentin namens Jocelyn Bell Burnell und ihrem Betreuer Antony Hewish. Nach ihrer Beobachtung emittiert der Stern, wenn er sich dreht, elektromagnetische Strahlung in einem Strahl, ähnlich wie ein Leuchtturm, der einen weiten Abschnitt eines dunklen Ozeans überblickt. Radioteleskope können diese Strahlungen aufnehmen, daher ist jede Zeile auf dem Bild ein individueller Impuls, dessen Länge variiert, wenn die Wellen eine lange Strecke zurücklegen und dabei auf verschiedene Hindernisse stoßen.

Das Originalbild, das in der Januarausgabe 1971 des Scientific American Magazins veröffentlicht wurde, war weiß auf einem hellblauen Hintergrund. Aber das Magazin hatte tatsächlich die akademische Arbeit von Harold D. Craft Jr. reproduziert, einem Doktoranden, der dies 1970 in seiner Doktorarbeit mit dem Titel „Radio Observations of the Pulse Profiles and Dispersion Measures of Twelve Pulsars“ veröffentlicht hatte.

Craft, der am Arecibo Radio Observatory in Puerto Rico arbeitete, verwendete eine neue Computertechnologie, um die Radiowellen von CP 1919 zuzuordnen. Wie er später Jen Christiansen vom Scientific American erzählte: „Ich schrieb ein Programm, das statt [jede Zeile ] vertikal aufgereiht, habe ich sie leicht schräg gestellt, so dass es so aussieht, als würde man einen Hang hinaufschauen – was ästhetisch ansprechend war.“ Nachdem Craft die Arbeit geschrieben hatte, übergab sie sie einem Zeichner der Cornell University, der die Zeilen mit schwarzer Tinte füllte.

Nach der Verarbeitung dieser komplexen Informationen stellt sich natürlich die Frage, wie ein solches zerebrales astronomisches Konzept zu einem Titelbild wurde. Verantwortlich dafür ist der Mitbegründer, Gitarrist und Keyboarder von Joy Division, Bernard Sumner. Als Grafikdesigner in den Animationsstudios Cosgrove Hall in Chorlton, Manchester, entdeckte Sumner das Foto während seines Besuchs in der Zentralbibliothek. „In meiner Mittagspause ging ich in die Manchester Central Library und holte mir im Café ein Sandwich. Sie hatten eine gute Kunstabteilung und eine gute Wissenschaftsabteilung. Auf der Suche nach Inspiration habe ich die Bücher durchgelesen. Eines der Bilder, die ich gefunden habe, war das Unbekannte Freuden Bild, das bei mir sofort geklickt hat“, sagte Sumner 2015 in seinem Interview mit der with Maxime.

Das Bild wurde 1977 in Großbritannien als einfaches Liniendiagramm in einem Buch mit dem Titel „The Cambridge Encyclopaedia of Astronomy“ reproduziert. „In der Joy Division hatte ich Schlaflosigkeit und blieb sehr lange auf. Ich habe Synthesizer gebaut – sie brauchten Monate, um alle Komponenten zu löten, und ich hätte 2001: Eine Odyssee im Weltraum im Hintergrund spielen. Wenn man den Obelisken aus diesem Film herausnimmt, hat er dieselbe schwarze Form“, fuhr Sumner fort.

Später, als Joy Division ihr erstes Album veröffentlichen sollte, die einzige LP, die sie zu Lebzeiten des Sängers Ian Curtis veröffentlichten, rief Sumner als führender Art Director der Band Peter Saville an, um das Cover zu planen. Saville war Grafikdesigner, Mitbegründer von Factory Records und dessen hauseigener Designer. Der 22-jährige Art Director war frisch vom College und wollte unbedingt Arbeit finden. „In diesem Alter bat mich niemand, das Transportsystem neu zu gestalten, aber jemand bat mich, ein Plattencover zu machen. Also habe ich ein Plattencover so gemacht, wie ich es wollte – nicht nur so, wie ich es wollte, sondern so, wie ich wollte, dass alles ist“, sagte Saville.

Anscheinend war die Band mit einer Akte an ihn herangetreten, die Papierausschnitte der Radiowellen von CP 1919 und ein weiteres Bild einer Hand enthielt, die hinter einer dunklen Tür hervortrat. Saville fand die Quelle des zweiten Bildes, das viel später in der Innenhülle des Covers erschien. Es stammt aus einem 1970 erschienenen Fotobuch mit dem Titel Der Somnambulist von Ralph Gibson und war ein bekanntes Foto mit dem Titel „Hand Through A Doorway“.

Während er Saville das Konzept erklärte, erläuterte Sumner mit den Worten: „Mir war bewusst, wie ein einzelnes Bild einen ganzen Gedankengang hervorrufen kann.“ Die Band wies Saville jedoch an, ein Schwarz-auf-Weiß-Diagramm zu erstellen. „Die Gruppe bat darum, dass es außen weiß sein sollte, und ich konnte es einfach nicht sehen … Ich hatte Angst, dass es etwas billig aussehen könnte. Ich war überzeugt, dass es in Schwarz einfach sexier war. Dies ist eine Radioenergie aus dem Weltraum. Der Weltraum ist schwarz“, sagte Saville.

Auf einem anderen Konto erklärte Saville: „[Sie sagten] wir möchten, dass es außen weiß und innen schwarz ist. Ich habe diese Elemente weggenommen und nach bestem Wissen und Gewissen zusammengestellt. Niemand sagte, welche Größe oder wo – ich musste herausfinden, wie. Ich widersprach den Anweisungen der Band und machte sie außen schwarz und innen weiß, was meiner Meinung nach mehr Präsenz hatte.“

Saville sprach über den Ärmel und beschrieb, wie er zur schwarzen Fläche beiträgt und ihm eine „taktile Qualität“ verleiht. "Es wurde genannt Unbekannte Freuden, also dachte ich, je mehr dies ein rätselhaftes schwarzes Ding sein könnte, desto mehr könnte es an den Titel erinnern “, fügte er hinzu.

Das Cover war auf andere Weise unkonventionell. Auf dem Originalcover war weder der Name des Albums noch der Bandname aufgedruckt. Im Allgemeinen zielen Produzenten darauf ab, Alben zu kennzeichnen, da sie es einfacher machen, sie in einem Geschäft unter Hunderten anderer Alben zu finden und zu einer Zeit, als Plattenläden die nur Ort, um Alben zu kaufen, war es wichtig. Aber Factory Records funktionierte nach utopischen Idealen. „Ich habe die Entscheidung getroffen, den Namen nicht auf die Vorderseite zu setzen, und sie waren damit einverstanden … Wir waren alle in dem Alter, das Platten kaufte, und Sie brauchen den Titel nicht. Es bevormundet sein Publikum “, sagte Saville.

Aber war sich der Schöpfer dieser künstlerischen Entwicklung des Bildes bewusst? Offenbar hatte er „keine Ahnung“. Wie Harold Craft später gegenüber Jen Christiansen gestand: „Also ging ich in den Plattenladen und da war es, Sohn einer Waffe. Ich kaufte ein Album und auch ein Poster ohne besonderen Grund, außer dass es mein Image ist und ich eine Kopie davon haben sollte“, nachdem er von Freunden von seiner Popularität erfahren hatte.

Das Cover wurde nach der Veröffentlichung des Albums „viral“. Von T-Shirts bis hin zu Tattoos war es überall zu sehen, manchmal unabhängig von der Assoziation mit dem Album. 2003 arbeitete Raf Simons mit Saville für eine auf dem Design basierende Modelinie zusammen, gefolgt von der amerikanischen Marke Supreme drei Jahre später. Musiker haben das Bild auch für ihre eigenen Bedürfnisse manipuliert. Das Cover von Vince Staples’ Album „Summertime ‘06“ aus dem Jahr 2015 ist beispielsweise eine Modifikation von Unbekannte Freuden mit den interstellaren Radiowellen, die als Ozeanwellen wiedergegeben werden, aber immer noch ein Ozean in einem schwarzen Raum. Ebenso erschien es in der Kleidung verschiedener Filmfiguren wie dem Protagonisten der Serie 2013 Die Carrie-Tagebücher und in Steven Spielbergs Film von 2018 Bereit Spieler eins.

Saville sagt Unbekannte Freuden ist „cool in allen Bedeutungen, von kühl bis kalt“, was dazu beiträgt, dass es jederzeit trendy bleibt.


Inhalt

Die Hauptsammelschale des Teleskops hatte die Form einer kugelförmigen Kappe mit einem Durchmesser von 1.000 Fuß (305 m) mit einem Krümmungsradius von 869 Fuß (265 m) [9] und wurde in einem Karst-Doline gebaut. Die Schüsseloberfläche bestand aus 38.778 perforierten Aluminiumplatten, jede etwa 3 x 7 Fuß (1 x 2 m), die von einem Netz aus Stahlseilen getragen wurden. [9] Der Boden darunter unterstützte schattentolerante Vegetation. [11]

Das Teleskop hatte drei Radarsender mit effektiven isotropen Strahlungsleistungen (EIRPs) von 22 TW (kontinuierlich) bei 2380 MHz, [12] 3,2 TW (Pulsspitze) bei 430 MHz und 200 MW bei 47 MHz, [13] als Anlage zur ionosphärischen Modifikation, die bei 5,1 und 8,175 MHz arbeitet. [14]

Die Schüssel blieb stationär, während Empfänger und Sender in den richtigen Brennpunkt des Teleskops gebracht wurden, um das gewünschte Ziel anzuvisieren. [15] Als sphärischer Spiegel liegt der Fokus des Reflektors eher entlang einer Linie als an einem Punkt. Als Ergebnis wurden komplexe Zeileneinspeisungen implementiert, um Beobachtungen durchzuführen, wobei jede Zeileneinspeisung ein schmales Frequenzband von 10–45 MHz abdeckt. Eine begrenzte Anzahl von Zeilenvorschüben könnte gleichzeitig verwendet werden, was die Flexibilität des Teleskops einschränkt. [9]

Der Empfänger befand sich auf einer 820-Tonnen-Plattform (900-Short-Tonnen), die 150 m (492 ft) über der Schüssel an 18 Hauptkabeln aufgehängt war, die von drei Stahlbetontürmen (sechs Kabel pro Turm) ausgingen, einem 111 m (365 ft) hoch und die anderen beiden 81 m (265 ft) hoch, wobei ihre Spitzen auf derselben Höhe liegen. [10] Jedes Hauptkabel war ein Bündel von 160 Drähten mit einem Durchmesser von 8 cm (3,1 Zoll), wobei das Bündel übermalt und trockene Luft kontinuierlich durchgeblasen wurde, um Korrosion aufgrund des feuchten tropischen Klimas zu verhindern. Die Plattform hatte eine rotierende, bogenförmige Spur 93 m (305 ft) lang, genannt der Azimut-Arm, der die Empfangsantennen und sekundäre und tertiäre Reflektoren trug. Dadurch konnte das Teleskop jede Himmelsregion in einem vierzig-Grad-Sichtkegel um den lokalen Zenit (zwischen -1 und 38 Grad Deklination) beobachten. Die Lage Puerto Ricos in der Nähe des nördlichen Wendekreises ermöglichte es dem Arecibo-Teleskop, die Planeten im Sonnensystem über die nördliche Hälfte ihrer Umlaufbahn zu beobachten. Die Lichtzeit für die Hin- und Rückfahrt zu Objekten jenseits des Saturn ist länger als die 2,6-Stunden-Zeit, die das Teleskop eine Himmelsposition verfolgen könnte, wodurch Radarbeobachtungen von weiter entfernten Objekten verhindert werden. [10] [17]

Design und Konstruktion Bearbeiten

Die Ursprünge des Observatoriums gehen auf die Bemühungen der späten 1950er Jahre zurück, Abwehrmaßnahmen gegen ballistische Raketen (ABM) als Teil der neu gegründeten Advanced Research Projects Agency (ARPA) ABM-Umfangsbemühungen Project Defender des US-Verteidigungsministeriums (DoD) zu entwickeln. Schon in diesem frühen Stadium war klar, dass der Einsatz von Radar-Täuschkörpern bei den großen Entfernungen, die für einen erfolgreichen Angriff auf einen Gefechtskopf erforderlich sind, in der Größenordnung von 1.600 km (1.000 Meilen) ein ernstes Problem darstellen würde. [18] [19]

Unter den vielen Defender-Projekten befanden sich mehrere Studien, die auf dem Konzept beruhten, dass ein wieder eintretender Nuklearsprengkopf einzigartige physikalische Signaturen verursachen würde, während er sich noch in der oberen Atmosphäre befindet. Es war bekannt, dass heiße Hochgeschwindigkeitsobjekte eine Ionisierung der Atmosphäre verursachten, die Radarwellen reflektierte, und es schien, dass sich die Signatur eines Gefechtskopfs so stark von Täuschungskörpern unterscheidet, dass ein Detektor den Gefechtskopf direkt erkennen oder alternativ zusätzliche Informationen liefern kann, die würde es den Betreibern ermöglichen, ein konventionelles Verfolgungsradar auf die einzige Rückkehr des Gefechtskopfes zu fokussieren. [18] [19]

Obwohl das Konzept eine Lösung für das Tracking-Problem zu bieten schien, gab es fast keine Informationen über die Physik des Wiedereintritts oder ein solides Verständnis der normalen Zusammensetzung der oberen Schichten der Ionosphäre. ARPA begann, beide gleichzeitig anzusprechen. Um die Radarrückkehr von einem Sprengkopf besser zu verstehen, wurden mehrere Radare auf dem Kwajalein-Atoll gebaut, während Arecibo mit dem doppelten Zweck begann, die F-Schicht der Ionosphäre zu verstehen und gleichzeitig ein wissenschaftliches Allzweck-Radioobservatorium zu bauen. [18] [19]

Das Observatorium wurde zwischen Mitte 1960 und November 1963 gebaut. William E. Gordon und George Peter von der Cornell University beaufsichtigten seinen Entwurf zur Erforschung der Ionosphäre der Erde. [20] [21] [22] [15] Er wurde von den Dolinen in den Karstgebieten von Puerto Rico angezogen, die perfekte Hohlräume für eine sehr große Schüssel boten. [23] [24] [25] Ursprünglich war ein fester Parabolreflektor vorgesehen, der in eine feste Richtung mit einem 150 m (492 ft) hohen Turm zeigt, um die Ausrüstung im Fokus zu halten. Dieses Design hätte seine Verwendung in anderen Forschungsbereichen wie Radarastronomie, Radioastronomie und Atmosphärenwissenschaft eingeschränkt, die die Fähigkeit erfordern, auf verschiedene Positionen am Himmel zu zeigen und diese Positionen über einen längeren Zeitraum zu verfolgen, während sich die Erde dreht.

Ward Low von der ARPA wies auf diesen Fehler hin und brachte Gordon mit dem Cambridge Research Laboratory (AFCRL) der Air Force in Boston, Massachusetts, in Verbindung, wo eine Gruppe unter der Leitung von Phil Blacksmith an sphärischen Reflektoren arbeitete und eine andere Gruppe die Ausbreitung von Radios untersuchte Wellen in und durch die obere Atmosphäre. Die Cornell University schlug das Projekt Mitte 1958 der ARPA vor, und im November 1959 wurde ein Vertrag zwischen der AFCRL und der Universität unterzeichnet. Die Cornell University und Zachary Sears veröffentlichten eine Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen (RFP) mit der Bitte um ein Design zur Unterstützung eines sich bewegenden Feeds sphärische Oberfläche 133 Meter (435 ft) über dem stationären Reflektor. Die RFP schlug ein Stativ oder einen Turm in der Mitte vor, um den Feed zu unterstützen. An dem Tag, an dem das Projekt für das Design und den Bau der Antenne an der Cornell University angekündigt wurde, hatte Gordon auch einen 133 m (435 ft) hohen Turm ins Auge gefasst, der im 305 m (1000 ft) großen Reflektor zentriert ist, um die Einspeisung zu unterstützen. [26] [27] [22]

Die abgehängte Struktur wurde von Dr. Thomas C. Kavanagh, Fred Severud und Dr. Hans Bandel entworfen, die nach der 1959 von der Cornell University herausgegebenen Ausschreibung ausgewählt wurden. [28] Ein Vorschlag der General Bronze Corporation wurde nicht ausgewählt, da er den Spezifikationen nicht entsprach, gemäß einer redaktionellen Antwort von Donald Cooke an Helias Doundoulakis, der eine Messung der Vorschub-/paraxialen Oberflächenmessung aus dem 1966-Patent von Doundoulakis verwendete, und nicht die Vorschlagsmessungen auf der RFP-Sitzung am 10. Dezember 1959, präsentiert von George Doundoulakis und Helias Doundoulakis. [28] [29] Die Urheber dieses Vorschlags reichten anschließend einen Streit ein, ursprünglich für 1,2 Millionen US-Dollar, der jedoch für 10.000 US-Dollar beigelegt wurde, weil "die Verteidigung in einem Gerichtsverfahren weit mehr kosten würde als die 10.000 US-Dollar, für die der Fall beigelegt wurde", und dementsprechend , am 11. April 1975, Doundoulakis gegen die USA (Fall 412-72) wurde vom United States Court of Federal Claims zu Gunsten des Klägers entschieden, dass „(a) ein Urteil zugunsten der Kläger (Helias Doundoulakis, William J. Casey und Constantine Michalos) gegen die Vereinigten Staaten und (b) in Anbetracht der von der Regierung der Vereinigten Staaten an den Kläger zu zahlenden Summe von 10.000 US-Dollar gewähren die Kläger der Regierung der Vereinigten Staaten eine unwiderrufliche, vollständig bezahlte , nicht-exklusive Lizenz unter dem oben genannten US-Patent Nr. 3,273,156 an die Cornell University.“ [28] George Doundoulakis, der die Forschung bei der General Bronze Corporation in Garden City, New York, leitete, erhielt zusammen mit Zachary Sears, der das Internal Design bei der Digital B & E Corporation in New York leitete, die Ausschreibung der Cornell University für das Antennendesign und studierte mit seinem Bruder Helias Doundoulakis, einem Bauingenieur, die Idee, die Zufuhr einzustellen. George Doundoulakis identifizierte das Problem, dass ein Turm oder Stativ um die Mitte (den wichtigsten Bereich des Reflektors) herum aufgetreten wäre, und entwarf ein besseres Design durch Aufhängen des Feeds. [21] [20] Er präsentierte der Cornell University seinen Vorschlag für eine Donut- oder Torus-Typ-Traverse, die an vier Kabeln von vier Türmen über dem Reflektor aufgehängt ist und entlang ihrer Kante eine Schienenschiene für die azimutale Fachwerkpositionierung aufweist. Dieses zweite Fachwerk in Form eines Bogens sollte unten aufgehängt werden, das sich um 360 Grad auf den Schienen drehen würde. Der Bogen hatte auch Schienen, auf denen sich die das Futter tragende Einheit für die Höhenpositionierung des Futters bewegte. Ein Gegengewicht würde sich zur Stabilität symmetrisch gegenüber dem Futter bewegen und bei einem Hurrikan könnte das gesamte Futter angehoben und abgesenkt werden. Helias Doundoulakis entwarf das Seilaufhängungssystem, das schließlich übernommen wurde. Die vorliegende Konfiguration ist im Wesentlichen die gleiche wie in den Originalzeichnungen von George und Helias Doundoulakis, jedoch mit drei Türmen anstelle der vier im Patent gezeichneten, das Helias Doundoulakis vom US-Patentamt erteilt wurde. [30] [28] Die Idee eines sphärischen Umlenkspiegels mit lenkbarer Sekundärseite wird seither in optischen Teleskopen, insbesondere dem Hobby-Eberly-Teleskop, verwendet [31]

Der Bau begann Mitte 1960, das Teleskop war etwa drei Jahre später in Betrieb. Die offizielle Eröffnung des Teleskops und des unterstützenden Observatoriums als Arecibo Ionosphere Observatory (AIO) fand am 1. November 1963 statt. [32] [33]

Upgrades Bearbeiten

Seit seinem Bau wurde das Teleskop mehrmals aufgerüstet, nachdem die Einrichtung am 1. Oktober 1969 vom DoD an die National Science Foundation und die anschließende Umbenennung des AIO in das National Astronomy and Ionosphere Center (NAIC) im September 1971 erfolgte. [ 16] [33] Anfangs, als die maximal zu erwartende Betriebsfrequenz etwa 500 MHz betrug, bestand die Oberfläche aus verzinktem Drahtgitter, das direkt auf die Tragseile gelegt wurde. 1973 ersetzte eine hochpräzise Oberfläche aus 38.000 individuell einstellbaren Aluminiumplatten das alte Drahtgewebe [34] und die höchste nutzbare Frequenz stieg auf ca. 5000 MHz. 1997 wurde ein Gregorianisches Reflektorsystem installiert, das sekundäre und tertiäre Reflektoren enthält, um Funkwellen an einem Punkt zu fokussieren. Dies ermöglichte die Installation einer Reihe von Empfängern, die den gesamten Bereich von 1–10 GHz abdeckten und leicht zum Brennpunkt verschoben werden konnten, was Arecibo mehr Flexibilität verlieh. Die zusätzliche Instrumentierung fügte der Plattform 270 Tonnen (300-Short-Tonnen) hinzu, so dass sechs zusätzliche Tragseile hinzugefügt wurden, zwei für jeden Turm. [16] Ein Metallgitter wurde auch um den Umfang herum installiert, um die Wärmestrahlung des Bodens daran zu hindern, die Speiseantennen zu erreichen. 1997 kam ein leistungsfähigerer 2400-MHz-Sender hinzu. [35] Schließlich begannen 2013 mit einem Zuschuss von 2,5 Millionen US-Dollar die Arbeiten zum Hinzufügen der HF-Anlage zur Ionosphärenmodifikation, die 2015 fertiggestellt wurde. Die HF-Anlage bestand auf der Senderseite aus sechs faltbaren 100-kW-Kreuzdipolen im Inneren der Hauptschüssel und ein hängendes 100m breites Subreflektornetz zwischen Schüssel und Plattform. [36] [37]

Förderkürzungen Bearbeiten

Die Abteilungen Astronomische Wissenschaften und Atmosphärenwissenschaften der NSF hatten Arecibo seit seiner Fertigstellung in den 1970er Jahren mit schrittweiser Unterstützung der NASA beim Betrieb des planetarischen Radars finanziell unterstützt. [38] Zwischen 2001 und 2006 verringerte die NASA ihre Unterstützung des planetaren Radars und stellte sie dann wieder ein. [39]

In einem Bericht der Abteilung Astronomical Sciences vom November 2006 wurde empfohlen, die Astronomiefinanzierung für das Arecibo-Observatorium von 10,5 Millionen US-Dollar im Jahr 2007 auf 4,0 Millionen US-Dollar im Jahr 2011 erheblich zu senken Observatorium wurde empfohlen. [40] [41]

Akademiker und Forscher reagierten, indem sie sich organisierten, um die Sternwarte zu schützen und sich für sie einzusetzen. Sie gründeten 2008 die Arecibo Science Advocacy Partnership (ASAP), um die wissenschaftliche Exzellenz der Arecibo-Observatoriumsforschung zu fördern und ihre Errungenschaften in den Bereichen Astronomie, Aeronomie und Planetenradar zu veröffentlichen, um zusätzliche finanzielle Unterstützung für das Observatorium zu erhalten. [42] Von der Regierung von Puerto Rico wurden zusätzliche Anleihen in Höhe von 3 Millionen US-Dollar besichert. [43] [44] Akademiker, Medien und einflussreiche Politiker drängten den US-Kongress auf die Bedeutung der Arbeit des Observatoriums. [45] [46] führte zu zusätzlichen 3,1 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln zur Unterstützung von Arecibo im American Recovery and Reinvestment Act von 2009. Dies wurde für die grundlegende Wartung und für eine zweite, viel kleinere Antenne verwendet, die für sehr lange Basislinieninterferometrie verwendet werden sollte , neue Klystron-Verstärker für das Planetenradarsystem und die Schülerausbildung. [47]

Arecibos Budget von NSF ging in den folgenden Jahren weiter zurück. [48] ​​[49] Ab dem GJ 2010 stellte die NASA ihre historische Unterstützung wieder her, indem sie jährlich 2,0 Millionen US-Dollar für die Planetenforschung, insbesondere die Erforschung erdnaher Objekte, in Arecibo beisteuerte. Die NASA implementierte diese Finanzierung durch ihr Near Earth Object Observations-Programm. [50] Die NASA erhöhte ihre Unterstützung im Jahr 2012 auf 3,5 Millionen US-Dollar pro Jahr.

Im Jahr 2011 entfernte NSF die Cornell University, die seit den 1970er Jahren das National Astronomy and Ionosphere Center (NAIC) leitete, als Betreiber und übertrug diese Verantwortlichkeiten zusammen mit zwei weiteren geschäftsführenden Partnern, der Universities Space Research Association und der Universidad Metropolitana de Puerto Rico, mit einer Reihe anderer Mitarbeiter. [51] [52] Die NSF dezertifizierte NAIC auch als vom Bund finanziertes Forschungs- und Entwicklungszentrum (FFRDC), was der NSF mehr Freiheit geben würde, breitere wissenschaftliche Partnerschaften aufzubauen und Finanzierungsmöglichkeiten für Aktivitäten zu verfolgen, die über die von NSF unterstützten hinausgehen . [49] [53]

Während das Observatorium weiterhin mit dem reduzierten NSF-Budget und den NASA-Mitteln betrieben wurde, signalisierte die NSF in den Jahren 2015 und 2016, dass sie eine mögliche Stilllegung des Observatoriums anstrebte, indem sie Umweltverträglichkeitserklärungen zu den Auswirkungen des Rückbaus der Einheit in die Wege leitete. [54] Die NSF gab weiterhin an, dass sie die Mittel für das Observatorium in naher Zukunft reduzieren möchte. [55] [56] Wie bereits 2008 äußerten Wissenschaftler ihre Besorgnis über den Verlust wissenschaftlicher Entdeckungen, der bei einer Schließung des Observatoriums eintreten könnte. [54]

2020 Schäden, Stilllegungspläne und Einsturz Bearbeiten

Mehrere Hurrikane und Stürme in den 2010er Jahren hatten bei den Bauingenieuren Bedenken hinsichtlich der Stabilität des Observatoriums geweckt. [57] Am 21. September 2017 verursachten starke Winde im Zusammenhang mit dem Hurrikan Maria, dass die 430-MHz-Leitung brach und auf die Primärschüssel fiel, wodurch etwa 30 der 38.000 Aluminiumplatten beschädigt wurden. Die meisten Arecibo-Beobachtungen verwendeten nicht die Zeilenspeisung, sondern verließen sich stattdessen auf die Feeds und Empfänger, die sich in der Kuppel befinden. Insgesamt war der von Maria angerichtete Schaden minimal, [58] [59] [60] [61] aber er trübte die Zukunft des Observatoriums weiter. Die Wiederherstellung aller früheren Fähigkeiten erforderte mehr als das ohnehin gefährdete Betriebsbudget des Observatoriums, und die Benutzer befürchteten, dass stattdessen die Entscheidung getroffen würde, es stillzulegen. [62]

Ein Konsortium bestehend aus der University of Central Florida (UCF), Yang Enterprises und UMET hat im Februar 2018 Mittel bereitgestellt, damit die NSF ihren Beitrag zu den Betriebskosten von Arecibo ab dem Geschäftsjahr 2022 von 8 Millionen auf 2 Millionen US-Dollar senken kann. 2023 und sichert damit die Zukunft der Sternwarte. [63] Damit wurde das UCF-Konsortium 2018 zum neuen Betreiber des Observatoriums ernannt. [64] [65]

Am 10. August 2020 trennte sich ein Tragseil der Hilfsplattform von Turm 4, was zu Schäden am Teleskop führte, einschließlich einer 30 m langen Schnittwunde in der Reflektorschale. [66] [67] Der Schaden umfasste sechs bis acht Platten in der gregorianischen Kuppel und an der Plattform, die für den Zugang zur Kuppel verwendet wurde. Durch den teilweisen Einsturz soll niemand verletzt worden sein. Die Anlage wurde wegen Schadensgutachten geschlossen. [68]

Nach dem Tod des Tropensturms Isaias war die Anlage vor kurzem wiedereröffnet worden. Es war unklar, ob der Kabelausfall von Isaias verursacht wurde. Der ehemalige Direktor des Arecibo-Observatoriums, Robert Kerr, erklärte, dass vor der Installation der Gregorianischen Kuppel im Jahr 1997 die Haupttragseile und Tragtürme mit einem Sicherheitsfaktor von zwei konstruiert worden waren, um das doppelte Gewicht der Plattform tragen zu können. Als die Kuppel 1997 hinzugefügt wurde, sollten die Hilfskabel den Sicherheitsfaktor von zwei beibehalten, wenn alle Konstruktionsfaktoren berücksichtigt wurden, aber Kerr glaubte, dass dies nie der Fall war, da eine gleichmäßige Verteilung der Lasten nach dieser Installation schwierig wäre. [16] Kerr gab auch an, dass es am Observatorium Perioden der Vernachlässigung gegeben habe, in denen die Ventilatoren, mit denen trockene Luft entlang der Drahtbündel geblasen wurde, nicht in Betrieb waren. Die früheren Stürme hätten Meerwasser in die Kabel gebracht, was laut Kerr auch die Korrosionsrate beschleunigen könnte. [16] Von UCF beauftragte Ingenieurbüros untersuchten den Bereich, in dem das Kabel ausgefallen war, und fanden ein ähnliches Problem, das in den 1980er Jahren bei einem routinemäßigen Kabelaustausch beobachtet wurde, bei dem das Kabel mit geschmolzenem Zink an der Buchse befestigt wurde Die Montage am Turm war nicht vollständig, sodass Feuchtigkeit in das Drahtbündel eindringen und Korrosion verursachen konnte und das Kabel aus der Fassung rutschte. [16] Die Firmen hatten Modelle des Teleskops entwickelt, die zeigten, dass der Sicherheitsfaktor für Turm 4 auf 1,67 gesunken war, und glaubten, dass die Struktur immer noch sicher war, während Reparaturen durchgeführt werden könnten, selbst wenn ein weiteres Kabel einstürzte. [16] Es wurde geplant, alle sechs Hilfskabel zu ersetzen, da ihre Muffenschweißnähte alle als verdächtig galten, was 10,5 Millionen US-Dollar kostete. [16]


Wissenschaftlerin des Tages - Jocelyn Bell Burnell

Jocelyn Bell, eine irische Astrophysikerin, wurde am 15. Juli 1943 geboren. Bell war eine Doktorandin an der University of Cambridge im Jahr 1967, als sie und vier andere Studenten ein primitives Radioteleskop bauten, um ihre Doktorarbeit fortzusetzen. Sie setzten über 1000 Pfosten auf einem 4 ½ Morgen großen Feld und zogen kilometerlange Drähte auf. Radioastronomie war damals ein heißes Thema, seit Quasare 1963 als sternähnliche Objekte identifiziert wurden, die starke Mengen an Radiowellen aussenden. Vielleicht, so dachte man, gibt es da draußen noch andere Radioquellen, die darauf warten, entdeckt zu werden. Mit ihren Ohren und Augen des Funkgeräts suchte Bell den Himmel ab und zeichnete die Geräusche auf, die sie als Kringel auf einem Tonbandgerät empfangen hatte. On Nov. 28, 1967, she noticed that the recorder had picked up something odd from the direction of the constellation Vulpecula – a pulse, an intermittent signal with a precise period of 1.33 seconds. We see here a later chart, showing 80 pulses of the mysterious object, then known as CP 1919, stacked up to highlight the 1.33 second regularity (first image).

Jocelyn Bell and the radio telescope built by herself and other graduate students, used to discover the first pulsar, CP 1919, 1967 (Cambridge University Press via bigear.org)

This was all quite exciting, since pulsed radio waves from outer space were being eagerly sought by SETI people (searchers for extra-terrestrial intelligence), and the object was temporarily labelled LGM 1 (for Little Green Men 1), as if ET were trying to phone home (although this was well before the movie ET tried to do just that). However, other such pulsars were discovered in other parts of the sky, which ruled out some sort of exterrestrial communication. With her thesis advisor, Antony Hewish, and three others, Bell published a landmark paper in Natur in 1968, titled: “Observation of a rapidly pulsating radio source” (third image). Initially the identity of these pulsars was perplexing, since things the size of stars do not ordinarily oscillate with periods as short as one second. But theoretical astrophysicists soon came to the rescue, pointing out that this is exactly how a very dense hypothetical object known as a neutron star might behave, rotating very swiftly and slinging out radiation like a searchlight beam. Bell’s pulsar and the others subsequently discovered were seen as confirmation of the hypothesis that exploding red giant stars would produce rapidly rotating neutron-star remnants at their core.

First page of paper by Anthony Hewish, Jocelyn Bell, and three others, announcing the discovery of the first pulsar, detail, Natur, 1968 (Linda Hall Library)

In 1974, Anthony Hewish was awarded a half-share of the Nobel Prize in Physics “for his decisive role in the discovery of pulsars.” The other half-share did not go to Jocelyn Bell, but rather to Martin Ryle for a completely different achievement. Bell did not share in the prize, and in fact she was not even mentioned in the citation. This raised quite a stink at the time, and the odor has not entirely dissipated 45 years down the road. Many people protested, the most vocal being English astrophysicist Fred Hoyle, who raked the Nobel committee over the coals for denying Bell a share of the Prize. Many feel that his caustic vehemence cost Hoyle a chance at his own Nobel Prize, which he certainly deserved for his discovery of nucleosynthesis in stars. Bell herself took it very well. She said later that she should not have shared in the prize – that Nobel Prizes should not be given to graduate students, as this would demean the award. Many would agree with that. But why then award a prize for the discovery of pulsars at all? Hewish really contributed little to the discovery except for supervising Bell’s work, and he actually had to be convinced by Bell that the sources of the pulses were sidereal in nature. It was all a very strange, and a very 1970s, development, at which today we can only shake our heads.

Queen Elizabeth II anointing Jocelyn Bell Burnell a Dame Commander of the British Empire, 2007 (anneofcarversville.com)Commander of the British Empire by The Queen at Buckingham Palace, for services to Science. (Photo by PA Images via Getty Images)

Bell has had quite a distinguished career after her Nobel snub she has received many other honors and been elected president of a variety of scientific societies, and in 2007, she was made a DBE, or Dame Commander of the British Empire (fourth image), which, coupled with her acquisition of a husband earlier, means she is now known to the world as Dame Jocelyn Bell Burnell. One of the odd spin-offs of Bell’s discovery of pulsars is the elevation of the 80-period pulsar graphic into a cultural icon. The graphic was created in 1970 by Harold D. Craft, Jr., of Arecibo Radio Observatory for his PhD dissertation the original had black pulses stacked up on a white background. It was then picked up and rendered in white-on-aquamarine by Wissenschaftlicher Amerikaner in 1971 (first image), and was further featured in the Cambridge Encyclopedia of Astronomy in 1977, now back to black-on-white. From there, it came to the attention of Peter Saville, a young graphic designer who was trying to come up with a cover-art design for the debut album of a post-punk rock group called Joy Division.

Cover of the record album Unknown Pleasures, by Joy Division, redesigned by Peter Saville from the original graphic by Howard D. Craft, Jr., 1979 (collection of Jon Rollins)

The album, Unknown Pleasures, which appeared in June of 1979, had nothing but the stacked pulsar graphic on the front, white on black on black, with no text at all (fifth image). The album was good, but the graphic was better, with its landscape-like configuration that seemed to work equally well for galactic pulsars and rock music. The image is often reproduced and is readily available on wall posters, coffee mugs, and T-shirts, should you wish to have it close at hand. The original vinyl album for Unknown Pleasures is a little harder to come by.


Jocelyn Bell Burnell and the Discovery of Pulsars

On November 28 , 1967 , Jocelyn Bell Burnell und Anthony Hewish discovered the first Pulsar , a fast rotating neutron star that emits a beam of electromagnetic radiation . The radiation of a pulsar can only be observed when the beam of emission is pointing toward the Earth , much the way a lighthouse can only be seen when the light is pointed in the direction of an observer, and is responsible for the pulsed appearance of emission.

Education and Background of Jocelyn Bell Burnell

Bell Burnell was born on July 15, 1943, in Belfast, Northern Ireland. Her father was among the architects to design the Armagh Planetarium and it is believed that during visits she was encouraged by the staff to pursue astronomy professionally. She attended the University of Glasgow where she received a Bachelor of Science degree in 1965. Then she moved on to Churchill College at the University of Cambridge to continue her studies under Anthony Hewish. Bell Burnell obtained a PhD degree in 1969. At Cambridge, she began working together with Antony Hewish to construct the Interplanetary Scintillation Array to study quasars, which had recently been discovered.

Pulsar Discovery

In 1967, Jocelyn Bell Burnell and Professor Antony Hewish began to analyse the results of the radio telescope, which they had put up to search for radio signals from quasars. Bell Burnell noticed pulses from the same location recurring in short periods, wherefore sources like regular stars could be excluded. Also, the pulses followed sidereal time, and therefore it was clear that these interferences could not have been man-made. Due to these facts, Bell Burnell and Hewish named the strange signal LGM-1 (Little Green Man), since they could neither prove nor disprove the signal’s source coming from an extraterrestrial civilization. After another pulsating source was discovered, both scientists abandoned the LGM-theory and the pulsar was later renamed into CP 1919. Hewish and Bell Burnell also described the pulsar being a “novel type between a white dwarf and a neutron”, which was supported by the astrophysicists Thomas Gold (a colleague of the famous Fred Hoyle ) and Franco Pacini a year after its discovery.

A composite image of the Crab Nebula showing the X-ray (blue), and optical (red) images superimposed.

In the following years, further pulsars were detected. The discovery of a pulsar in a binary system in 1974 was special due to the fact that it provided evidence of the existence of gravitational waves with the help of Einstein’s theory of general relativity. Don Backer discovered almost a decade later a pulsar with an extraordinary short rotation period of only 1.6 milliseconds, wherefore the new class of millisecond pulsars was found.

No Nobel Prize for Jocelyn Bell Burnell

But, coming back to the pulsar discovery of 1967, Anthony Hewish together with Martin Ryle was awarded the Nobel Prize in Physics for their achievements on the pulsar, while Jocelyn Bell Burnell wasn’t which caused a long term controversy due to Bell Burnell’s significant role in the discovery. However, in 1977, she scientist herself remarked:

“First, demarcation disputes between supervisor and student are always difficult, probably impossible to resolve. Secondly, it is the supervisor who has the final responsibility for the success or failure of the project. We hear of cases where a supervisor blames his student for a failure, but we know that it is largely the fault of the supervisor. It seems only fair to me that he should benefit from the successes, too. Thirdly, I believe it would demean Nobel Prizes if they were awarded to research students, except in very exceptional cases, and I do not believe this is one of them. Finally, I am not myself upset about it – after all, I am in good company, am I not!”

In contrast, a year earlier (1973) she had been awarded the Michelson Medal of the Franklin Institute in Philadelphia together with Hewish. Bell Burnell worked, after finishing her Ph.D degree at the University of Southhampton, at the University College London, the Royal Observatory of Edinburgh, and was highly active as a tutor and lecturer for the Open University. A member of the Royal Society since 2003, Bell Burnell was awarded the title of Dame Commander of the Order of the British Empire by Queen Elizabeth II in June 2007, elevating her to personal nobility. She later taught at Princeton University and became President of the Royal Astronomical Society. In 2018, Bell Burnell was awarded the Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics which included a £2.3m prize money. She donated the prize to support women, ethnic minority, and refugee students become physics researchers.

At yovisto academic video search you can watch Professor Dame Jocelyn Bell Burnell herself introducing the pulsing radio stars she discovered as a doctoral student.


Three Experiments That Show Relativity Is Real

Having written up three of my favorite experiments demonstrating quantum phenomena, the next logical step is to do the same for the andere great theory of modern physics, relativity. Like quantum mechanics, relativity predicts some strange phenomena, but also like quantum mechanics, it's unquestionably confirmed by experiment. I regularly say that quantum physics is the most precisely tested theory in the history of science its only real competition is relativity.

(The argument turns on whether you consider the overall smallness of the effect tested or the number of decimal places involved in the measurement. The shifts caused by relativistic effects can be smaller than quantum effects, but the best tests of quantum phenomena agree with theory to 13 decimal places.)

While there are a huge number of experimental tests of relativity, I'm going to pick out three of my favorites to talk about here.

Optical Clocks

Time difference between two aluminum-ion clocks at NIST, one at rest and the other moving at some . [+] small speed. These clocks "tick" about 1,000,000,000,000,000 times per second. Data from Chou et al, figure by Chad Orzel.

The best-known effect of relativity is probably the slowing of time by motion. An observer watching a clock of some sort go past will see that clock "ticking" more slowly than an identical clock at rest with respect to the observer. This goes both ways, as well-- a second observer traveling along with the moving clock will look back and see the first observer's clock in the lab "ticking" too slowly.

The usual textbook explanations of this involve particles moving very rapidly so the relativistic effect becomes large. It's been tested to very high precision using lithium ions at a third of light speed, for example, and at even higher speeds with muons at 99.9% the speed of light. My favorite test, though, is at the niedrig speed end, using ultra-precise atomic clocks based on aluminum ions.

These clocks are based on the oscillation of light with a frequency of around 1,000,000,000,000,000 Hz (10 15 Hz if you prefer scientific notation), and are good to within about 0.008Hz. (I wrote this up in more detail several years ago. Dave Wineland's group at NIST has built two nearly identical clocks of this type, and comparing the two clearly shows the relativistic effect of motion at human speed.

They can hold the ion in one clock stationary in the center of its trap, while they push the other off to the side a bit, setting it in motion with an average velocity of a few meters per second. When they compare the rate at which the moving ion "ticks" to the rate at which the stationary clock "ticks," they find a small difference. Their measurements, shown in the graph above, agree beautifully with the prediction of special relativity.

They can do something even cooler with their two identical clocks, though: they can raise one to a slightly higher elevation than the other. General relativity predicts that gravity also affects time, and that a clock near a massive object like the Earth will "tick" more slowly than one at higher elevation. They placed one of their optical tables on hydraulic jacks and boosted it above the other by about a foot (33cm, if you want SI units), and clearly see the difference in repeated measurements:

Gravitational shift of experimental atomic clocks. The blue points show the difference between two . [+] clocks at the same elevation, the red points the difference when one clock was raised 33cm above the other. Solid lines show the average of the two groups of measurements, dashed lines the uncertainty. (Data from the Chou et al., figure by Chad Orzel)

The shift isn't huge, but we're talking about a handful of "ticks" in 100 seconds of operation-- that is, 5 out of 100,000,000,000,000,000. This is exactly what you predict from general relativity.

(The paper was published in Wissenschaft, but as NIST is a government agency, it and tons of other great research can be obtained freely from the Time and Frequency Publications Database.)

Neither of these results is surprising-- both the slowing due to motion and the speedup due to elevation need to be accounted for in the operation of the Global Positioning System, after all. But they're a beautiful demonstration that the weird effects of relativity are not something that only show up in really exotic situations involving fast motion, but work all the way down to the human scale of walking motion and small upward steps. Provided, of course, your clock is good enough to measure them.

Visible Astronomy

The "Einstein Cross" seen by the Hubble Space Telescope. The outer four dots are multiple images of . [+] a single distant galaxy that is behind the fainter central dot. The nearby galaxy bends the light from the background one, producing the four images we see. (Image from NASA/ESA via Wikimedia)

Einstein was really catapulted to international fame after the Eddington eclipse expedition of 1919 verified his prediction for the bending of light by gravity. This causes a tiny deflection of light passing near the disk of the Sun as seen from Earth, which causes a shift in their apparent position relative to stars whose light doesn't need to go by the Sun to get to us.

Eddington's measurement produced one of the greatest newspaper headlines of all time (PDF), but the shift he saw was really small. (The difference is small enough, in fact, that I've heard some people suggest the agreement is "too good," and he might've been biased toward confirming a theory he really liked.) A more dramatic demonstration would require a much larger mass than the Sun to produce a larger deflection of the light. In fact, given a sufficiently large mass to bend the light, you could use this to create multiple images of something behind a massive object, as light that ought to go "above" it gets bent down, and light that ought to go "below" it gets bent up.

Observing such "gravitational lensing" would require a really fortuitous alignment of objects on the sky, but the universe is "vastly, hugely, mind-bogglingly big," in the immortal words of Douglas Adams, and such alignments do, in fact, exist. One of the prettiest is seen in the image above, a Hubble telescope picture of two galaxies. Yes, there are five dots, but the outer four are, in fact, images of a single very bright galaxy located behind the fainter central dot (dramatically confirmed recently by seeing "replays" of a supernova in the lensed images). The middle galaxy bends light from the distant one to create the multiple images dubbed the "Einstein cross" by astronomers with marketing savvy.

There are lots of gravitational lenses known, and measuring these has become a useful tool for other areas of astronomy, even including searches for extrasolar planets. The image above is simple of of the most dramatic and aesthetic instances of the bending of light by massive objects.

Radio Astronomy

Measurements of the orbital decay of the Hulse-Taylor binary pulsar. The observed shift in arrival . [+] times indicates that the orbiting pulsar is losing energy to gravitational waves, and spiraling inward the solid line is the prediction of general relativity. (Image from Wikimedia: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PSR_B1913%2B16_period_shift_graph.svg )

The most dramatic consequences of general relativity involve huge masses in compact spaces, which are really difficult to generate on Earth. Starting in 1967 with the discovery of the first pulsar by Jocelyn Bell Burnell, though, radio astronomers have had the ability to observe some of these directly. After a brief period when the regular, repeating signal from pulsars was thought to be artificial, astronomers realized these were likely rapidly rotating neutron stars, sending beams of radio waves out into the universe thanks to the rapid motion of charged particles near the magnetic poles of the star. These are not perfectly aligned with the rotation axis (just like Earth's magnetic poles) and as the star spins, they sweep across the sky like the beam from a lighthouse, and to a distant observer appear as regular "flashes" of light.

In 1974, Russell Hulse and Joseph Taylor spotted a new pulsar and from small shifts in the frequency of the pulses deduced that it is rapidly orbiting a second object from the rotation speed and size of the orbit, they determined that the other object was most likely also a neutron star (we don't see pulses from that one, probably because its poles are pointed in a direction such that the beams don't hit us). The orbital period is about eight hours, so they got to see lots of orbits, and measure the orbital parameters very well.

Such a system of huge, rapidly moving objects ought to produce gravitational waves, a stretching and compression of spacetime predicted by Einstein's general relativity. These gravitational waves, in turn, should carry off some energy, causing the orbit of the pulsar to decay over time, as the two pulsars spiral together toward an eventual collision. Observations over a period of many years, shown in the graph above, agree beautifully with the prediction of general relativity for how the orbit ought to change due to this energy loss. These observations earned Hulse and Taylor the 1993 Nobel Prize in Physics.

Gravitational waves have still not been directly observed in the sense of seeing spacetime ripple as one goes by, though recent upgrades to the Laser Interfeometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) should change that in the fairly near future. Thanks to the Hulse-Taylor pulsar, though, we have a great deal of confidence that there are, in fact, gravitational waves out there for LIGO to find.

Just as with quantum physics, the above list is a tiny slice from a vast body of experimental evidence showing conclusively that, as strange as it may seem from the perspective of everyday life, the theory of relativity is absolutely true. From the human scale-- walking speed and one-foot changes in height-- through the stellar scale and all the way up to galaxies and clusters of galaxies, the predictions of relativity are experimentally tested and confirmed as the best description of the universe in which we live.


4. Web Resources on Issues Facing Women

American Astronomical Society Committee on the Status of Women: https://cswa.aas.org/

A rich site with back issues of the valuable “Status” newsletter, a database of living women astronomers, legal resources, conference proceedings, and discussion of issues related to the role of professional women in the field. For good resources from other fields they recommend, see: https://cswa.aas.org/resources.html

Seager, Sara “So Many Exoplanets, So Few Women Scientists” blog post at: https://www.huffpost.com/entry/women-in-science_b_2471980

Women at Work: A Meeting on the Status of Women in Astronomy: http://www.stsci.edu/institute/conference/wia/

Proceedings of a pioneering 1992 meeting with useful local and national perspectives.

Women in Planetary Science: http://womeninplanetaryscience.wordpress.com/profiles/ (Profiles of more than 50 women active in studying the solar system, and a discussion of issues they face)

Women in Astronomy Blog (from the American Astronomical Society): http://womeninastronomy.blogspot.com/

Finkbeiner, Ann “Good Morning, Gentlemen and Meg: Astronomy, A Woman’s Choice” (an article compiling personal history and suggestions from interviews of 15 noted women astronomers): https://cswa.aas.org/status/2001/JANUARY2001/Finkbeiner.html

The Baltimore Charter (spelling out what can be done to help improve the status and working conditions of women in astronomy): https://cswa.aas.org/bc.html

Why So Few? Women in Science, Technology, Engineering, and Mathematics (2010 research report from the Association of University Women discusses key research findings on factors that block women’s participation and progress in science): http://www.aauw.org/resource/why-so-few-women-in- science-technology-engineering-and-mathematics/

Women in Astronomy 2009 (a 3-minute video, made in conjunction with the 2009 meeting about women in astronomy. Concise framing of issues through interviews with leaders such as Vera Rubin, Meg Urry, and Dara Norman): http://www.youtube.com/watch?v=1QyMB0qagZs

Jocelyn Bell Burnell TED talk on “Reflections on Women in Science: Diversity and Discomfort” (a 15- minute talk with some of her personal history and statistics about women in astronomy): http://www.youtube.com/watch?v=jp7amRdr30Y

Meg Urry colloquium on “Women in Science: Why So Few?” (an hour-long illustrated talk on statistics and issues, not specifically about astronomy, but with many eye-opening ideas): http://vimeo.com/35730552


Contributors

Jean-Pierre Adloff
Laboratoire de Chimie Nucléaire
Centre des Rescherches Nucléaires
Frankreich

Noèmie Benczer-Koller
Department of Physics and Astronomy
Rutgers University
Piscataway, NJ 08854
USA

Bruce A. Bolt
Department of Earth and Planetary Sciences
University of California, Berkeley
Berkeley, CA 94720
USA

Christiane Bonnelle
Université Pierre et Marie Curie (Paris VI)
75005 Paris
Frankreich

Andrzej Buras
Physik Department
Technische Universtät München
D� Garching
Deutschland

Nina Byers
Department of Physics and Astronomy
University of California at Los Angeles
Los Angeles, CA 90095
USA

David G. Cassel
Physics Department
Cornell Universität
114 Newman Lab
Ithaca, NY 14853
USA

David B. Cline
Department of Physics and Astronomy
University of California at Los Angeles
Los Angeles, CA 90095
USA

Ferdinand V. Coroniti
Department of Physics and Astronomy
University of California at Los Angeles
Los Angeles, CA 90095
USA

Bryce DeWitt
Department of Physics
University of Texas at Austin
Austin, TX 78712
USA

Mildred S. Dresselhaus
Department of Physics
Massachusetts Institute of Technology
Cambridge, MA 02139
USA

Gene Dresselhaus
The Francis Bitter National Magnet Laboratory
Massachusetts Institute of Technology
Cambridge, MA 02139
USA

Freeman J. Dyson
Institute for Advanced Study
Einstein Drive
Princeton, NJ 08540
USA

Paolo Franzini
Dipartimento di Fisica, Università di Roma
Piazzale Aldo Moro 2
I� Rome
Italien

Jonathan R. Friedman
Department of Physics
Amherst College
Amherst, MA 01002
USA

A. Michael Glazer
Clarendon Laboratory University of Oxford
Parks Road Oxford OX1 3PU
UK

Jenny P. Glusker
Institute for Cancer Research
Fox Chase Cancer Center
Philadelphia, PA 19111
USA

Alfred Scharff Goldhaber
C. N. Yang Institute for Theoretical Physics
State University of New York at Stony Brook
Stony Brook, NY 11794�
USA

Michael Gutperle
Department of Physics and Astronomy
University of California at Los Angeles
Los Angeles, CA 90095
USA

Leopold Halpern
Department of Physics
Florida State University
Tallahassee, FL 32306
USA

George B. Kauffman
Department of Chemistry
California State University, Fresno
Fresno, CA 93740
USA

Christine Kelsey
Department of Earth Sciences
University of Cambridge
Downing Street
Cambridge CB2 3EQ
UK

Peggy Aldrich Kidwell – Curator of Mathematics
Division of Information Technology and Society
National Museum of American History
Smithsonian Institution
Washington, DC 20560
USA

HWashington, DC 20560`éne Langevin – Joliot
Institut de Physique Nucléaire d’Orsay CNRS-Université Paris 11
91405 Orsay Cedex
Frankreich

Andrei Linde
Department of Physics
Stanford University
Stanford, CA 94305
USA

Joan Mason
Department of History and Philosophy of Science
University of Cambridge
Free School Lane
Cambridge CB2 3RH
UK

Judith Milledge
Department of Earth Sciences
University College London
Gower Street
London WC1E 6BT
UK

Steven A. Moszkowski
Department of Physics and Astronomy
University of California at Los Angeles
Los Angeles, CA 90095
USA

Abraham Pais
Rockefeller University
New York, NY 10021
USA

John Peoples, Jr.
Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab)
Batavia, IL 60510
USA

Pierre Radvanyi
Institut de Physique Nucléaire d’Orsay CNRS-Université Paris 11
91405 Orsay Cedex
Frankreich

Helmut Rechenberg
Max-Planck-Institut für Physik (Werner-Heisenberg-Institut)
Föhringer Ring 6
80805 München
Deutschland

Lewis Rothberg
Department of Chemistry
Universität Rochester
Rochester, NY 14627񭺨
USA

Vera C. Rubin
Department of Terrestrial Magnetism Carnegie Institution of Washington Washington, DC 20015
USA

Robert J. Rubin
Mathematical Research Branch
National Institutes of Health (NIDDK)
Bethesda, MD 20892
USA

Maurice M. Shapiro
University of Maryland
Naval Research Station
Washington, DC 20375
USA

Ruth Lewin Sime
Sacramento City College
Sacramento, CA 95822
USA

Frieda A. Stahl
Department of Physics and Astronomy
California State University, Los Angeles
Los Angeles, CA 90032
USA

Virginia Trimble
Department of Physics and Astronomy
University of California, Irvine
Irvine, CA 92697
USA

Jean L. Turner
Department of Physics and Astronomy
University of California at Los Angeles
Los Angeles, CA 90095
USA

Cecil J. Waddington
School of Physics and Astronomy
University of Minnesota
Minneapolis, MN 55455
USA

Gary Williams
Department of Physics and Astronomy
University of California at Los Angeles
Los Angeles, CA 90095
USA

Ruth M. Williams
Girton College and Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics
Wilberforce Road
Cambridge CB3 0WA
UK

Chun Wa Wong
Department of Physics and Astronomy
University of California at Los Angeles
Los Angeles, CA 90095
USA

James W. York, Jr.
Physics Department
Cornell Universität
Ithaca, New York 14853
USA


Django 2.1 + PostgreSQL 11 + Python 3.7 - Cannot do makemigrations

I'm trying to create a geospatial database with geodjango and postgis following the recommendations of the book : Python Geospatial development, 3rd Edition of Erik Westra, in order to do it I'm trying to configure my django database and to connect it to my PostgreSQL db.

After having launched my PostgreSQL database, I've created my django project and django apps. From then I'd like to apply makemigrations command to my shared app with :

python manage.py makemigrations shared

But then I've go the following error :

I've even tried to check migrations with showmigrations but it makes the same error message so I've absolutely no clue what's going on.

I've put (password) to hide the real one but I've checked it's the good one. The NAME corresponds to the database name with a USER who has the same name

The shared app is written in INSTALLED_APPS so I've checked I didn't forget it.

I've looked at the many posts in StackOverflow about the error I got but it doesn't correspond to what I've facing here


What does the cover of Joy Division's Unknown Pleasures mean?

Joy Division’s iconic debut album cover features a strange white-on-black pattern that has appeared on a million t-shirts since 1979. But what actually IS it?

It’s been on t-shirts, it’s been on posters… it’s even been on trainers and babygrows. It’s been paid tribute to, parodied, remixed and remodelled.

The iconic cover of Joy Division’s 1979 debut album Unknown Pleasures is perhaps the most enduring image of the post-punk era. You’ve probably got a t-shirt of it. Even if you haven’t, you almost certainly own the album in some shape or form.

Joy Division - Unknown Pleaasures album cover, 1979. Picture: Press

The stark white-on-black line drawing conjures up so much mystery. Back in the pre-internet days, information about Joy Division was sparse: the band’s names did not appear on the record and there was no way any photos of the musicians would appear on a sleeve.

An air of mystery grew up around the Unknown Pleasures cover. What did the enigmatic waveform symbolise? Was it a heartbeat? Was it a mathematical analysis of something sinister? Was it the cosmic scream of a dying star? Or was it just the sound wave of those terrifying syn-drums that swamp the Joy Div track Insight?

Answer: none of the above. Although one suggestion was close.

A mock up of the "cyan" Unknown Pleasures design as it appeared in Scientific American in 1971. Picture: Press

In simple terms, the image is a “stacked plot” of the radio emissions given out by a pulsar, a “rotating neutron star”.

Originally named CP 1919, the pulsar was discovered in November 1967 by student Jocelyn Bell Burnell and her supervisor Antony Hewish at Cambridge University. As the star turns, it emits electromagnetic radiation in a beam like a lighthouse, which can be picked up by radio telescopes. Each line on the image is an individual pulse. They’re not exactly the same each time as they’re travelling a long way across the universe and interference gets in the way.

As Jen Christiansen of Scientific American discovered in an exhaustive feature, the image was originally published in their very own magazine in January 1971, where it appeared as white on a bright blue background, a bit like this recreation (so those brightly coloured t-shirts ARE allowed):

But the magazine had actually reproduced the academic work of a graduate student, Harold D. Craft Jr, who had published his PhD thesis in 1970 called “Radio Observations of the Pulse Profiles and Dispersion Measures of Twelve Pulsars”. Working at the Arecibo Radio Observatory in Puerto Rico, Craft used new computer technology to plot the radio waves of CP 1919.

He told Christiansen: “I wrote a program that, instead of having [each line] lined up vertically, I tilted them off at a slight angle so that it would look like you were looking up a hillside – which was aesthetically pleasing.” Writing up his thesis, Craft handed the plots over to a female draftsperson at Cornell University, who filled the lines in with black ink… in a strange foreshadowing of a thousand Joy Division tattoos.


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