К концу 1609 года небольшие подзорные трубы благодаря Липпершлею стали распространены по всей Франции и Италии. В августе 1609 года Томас Харриот доработал и усовершенствовал изобретение, что позволило астрономам рассмотреть кратеры и горы на Луне.
Большой прорыв произошел, когда итальянский математик Галилео Галилей узнал о попытке голландца запатентовать линзовую трубу. Вдохновленный открытием, Галилей решил сделать такой прибор для себя. В августе 1609 года именно Галилео изготовил первый в мире полноценный телескоп. Сначала это была всего лишь зрительная труба - комбинация очковых линз, сегодня бы ее назвали рефрактор. До Галилео, скорее всего, мало кто догадывался использовать на пользу астрономии эту трубку. Благодаря прибору Галилей открыл кратеры на Луне, доказал ее сферичность, открыл четыре спутника Юпитера, кольца Сатурна.
Развитие науки позволяло создавать более мощные телескопы, которые давали видеть много больше. Астрономы начали использовать объективы с большим фокусным расстоянием. Сами телескопы превратились в огромные неподъемные трубы и, конечно, были не удобны в использовании. Тогда для них изобрели штативы.
К 1656 году Христиан Гюйенс сделал телескоп, увеличивающий в 100 раз наблюдаемые объекты, размер его был более 7 метров, апертура - около 150 мм. Этот телескоп уже относят к уровню сегодняшних любительских телескопов. К 1670-х годам был построен 45-метровый телескоп, который еще больше увеличивал объекты и давал больший угол зрения.
Но даже обычный ветер мог служить препятствием для получения четкого и качественного изображения. Телескоп стал расти в длину. Первооткрыватели, пытаясь выжать максимум из этого прибора, опирались на открытый ими оптический закон: уменьшение хроматической аберрации линзы происходит с увеличением ее фокусного расстояния. Чтобы убрать хроматические помехи, исследователи делали телескопы самой невероятной длины. Эти трубы, которые назвали тогда телескопами, достигали 70 метров в длину и доставляли множество неудобств в работе с ними и их настройке. Недостатки рефракторов заставили великие умы искать решения, телескоп. Ответ и новый способ был найден: собирание и фокусировке лучей стала производится с помощью вогнутого зеркала. Рефрактор переродился в рефлектор, полностью освободившийся от хроматизма.
Заслуга эта целиком и полностью принадлежит Исааку Ньютону, именно он сумел дать новую жизнь телескопам с помощью зеркала. Его первый рефлектор имел диаметр всего четыре сантиметра. А первое зеркало для телескопа диаметром 30 мм он сделал из сплава меди, олова и мышьяка в 1704 году. Изображение стало четким. Кстати, его первый телескоп до сих пор бережно хранится в астрономическом музее Лондона.
Но еще долгое время оптикам никак не удавалось делать полноценные зеркала для рефлекторов. Годом рождения нового типа телескопа принято считать 1720 год, когда англичане построили первый функциональный рефлектор диаметром 15 сантиметров. Это был прорыв. В Европе появился спрос на удобоносимые, почти компактные телескопы в два метра длиной. О 40-метровых трубах рефракторов стали забывать.
Двухзеркальная система в предложена французом Кассегреном. Реализовать свою идею в полной мере Кассегрен не смог из-за отсутствия технической возможности изобретения нужных зеркал, но сегодня его реализованы. Именно телескопы Ньютона и Кассегрена считаются первыми «современными» телескопами, изобретенными в конце XIX века. Кстати, космический телескоп Хаббл работает как раз по принципу телескопа Кассегрена. А фундаментальный принцип Ньютона с применением одного вогнутого зеркала использовался в Специальной астрофизической обсерватории в России с 1974 года. Расцвет рефракторной астрономии произошел в XIX веке, тогда диаметр ахроматических объективов постепенно рос. Если в 1824 году диаметр был еще 24 сантиметра, то в 1866 году его размер вырос вдвое, в 1885 году он стал составлять 76 сантиметров (Пулковская обсерватория в России), а к 1897 году изобретен иеркский рефрактор. Можно посчитать, что за 75 лет линзовый объектив увеличивался со скоростью одного сантиметра в год.
К концу XVIII века компактные удобные телескопы пришли на замену громоздким рефлекторам. Металлические зеркала тоже оказались не слишком практичны - дорогие в производстве, а также тускнеющие от времени. К 1758 году с изобретением двух новых сортов стекла: легкого - крон - и тяжелого - флинта - появилась возможность создания двухлинзовых объективов. Чем благополучно и воспользовался ученый Дж. Доллонд, который изготовил двухлинзовый объектив, впоследствии названный доллондовым.
После изобретения ахроматических объективов победа рефрактора была абсолютная, оставалось лишь улучшать линзовые телескопы. О вогнутых зеркалах забыли. Возродить их к жизни удалось астрономов-любителей. Так Вильям Гершель, английский музыкант, в 1781 году открыл планету Уран. Его открытию не было равных в астрономии с глубокой древности. Причем Уран был открыт с помощью небольшого самодельного рефлектора. Успех побудил Гершеля начать изготовление рефлекторов большего размера. Гершель в мастерской собственноручно сплавлял зеркала из меди и олова. Главный труд его жизни – большой телескоп с зеркалом диаметром 122 см. Благодаря этому телескопу открытия не заставили себя ждать: Гершель открыл шестой и седьмой спутники планеты Сатурн. Другой, ставший не менее известным астроном-любитель, английский землевладелец лорд Росс изобрел рефлектор с зеркалом диаметром в 182 сантиметра. Благодаря телескопу он открыл ряд неизвестных спиральных туманностей.
Телескопы Гершеля и Росса обладали множеством недостатков. Объективы из зеркального металла были слишком тяжелыми, отражали лишь малую часть падающего на них света и тускнели. Требовался новый совершенный материал для зеркал. Этим материалом оказалось стекло. Французский физик Леон Фуко в 1856 году попробовал вставить в рефлектор зеркало из посеребренного стекла. И опыт удался. Уже в 90-х годах астроном-любитель из Англии построил рефлектор для фотографических наблюдений со стеклянным зеркалом в 152 сантиметра в диаметре. Очередной прорыв в телескопостроении был очевиден.
Этот прорыв не обошелся без участия русских ученых. Я.В. Брюс прославился разработкой специальных металлических зеркал для телескопов. Ломоносов и Гершель, независимо друг от друга, изобрели совершенно новую конструкцию телескопа, в которой главное зеркало наклоняется без вторичного, тем самым уменьшая потери света.
Немецкий оптик Фраунгофер поставил на конвейер производство и улучшил качество линз. И сегодня в Тартуской обсерватории с целой, работающей линзой Фраунгофера. Но рефракторы немецкого оптика также были не без изъяна – хроматизма.
И лишь к концу XIX века изобрели новый метод производства линз. Стеклянные поверхности начали обрабатывать серебряной пленкой, которую наносили на стеклянное зеркало путем воздействия виноградного сахара на соли азотнокислого серебра. Эти принципиально новые линзы отражали до 95% света, в отличие от старинных бронзовых линз, отражавших всего 60% света. Л. Фуко создал рефлекторы с параболическими зеркалами, меняя форму поверхности зеркал. В конце XIX века Кросслей, астроном-любитель, обратил свое внимание на алюминиевые зеркала. Купленное им вогнутое стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см сразу было вставлено . Сегодня телескопы с подобными громадными зеркалами устанавливаются в современных обсерваториях. В то время как рост рефрактора замедлился, разработка зеркального телескопа набирала обороты. С 1908 по 1935 года различные обсерватории мира соорудили более полутора десятков рефлекторов с объективом, превышающим иеркский. Самый большой телескоп установлен в обсерватории Маунт-Вилсон, его диаметр 256 сантиметров. И даже этот предел совсем скоро был превзойден вдвое. В Калифорнии смонтирован американский рефлектор-гигант, его возраст более пятнадцати лет.
Более 30 лет назад в 1976 году ученые СССР построили 6-метровый телескоп БТА - Большой Телескоп Азимутальный. До конца XX века БРА считался крупнейшим в мире телескопом Изобретатели БТА были новаторами в оригинальных технических решениях, таких как альт-азимутальная установка с компьютерным ведением. Сегодня эти новшества применяются практически во всех телескопах-гигантах. В начале XXI века БТА оттеснили во второй десяток крупных телескопов мира. А постепенная деградация зеркала от времени - на сегодня его качество на 30% от первоначального - превращает его лишь в исторический памятник науке.
К новому поколению телескопов относятся два больших телескопа - 10-метровых KECK I и KECK II для оптических инфракрасных наблюдений. Они были установлены в 1994 и 1996 году в США. Их собрали благодаря помощи фонда У. Кека, в честь которого они и названы. Он предоставил более 140 000 долларов на их строительство. Эти телескопы размером с восьмиэтажный дом и весом более 300 тонн каждый, но работают они с высочайшей точностью. Главное зеркало диаметром 10 метров состоит из 36 шестиугольных сегментов, работающих как одно отражательное зеркало. Установлены эти телескопы в одном из оптимальных на Земле мест для астрономических наблюдений - на Гавайях, на склоне потухшего вулкана Мануа Кеа высотой 4 200 м. К 2002 году эти два телескопа, расположенные на расстоянии 85 м друг от друга, начали работать в режиме интерферометра, давая такое же угловое разрешение, как 85-метровый телескоп.
История телескопа прошла долгий путь – от итальянских стекольщиков до современных гигантских телескопов-спутников. Современные крупные обсерватории давно компьютеризированы. Однако любительские телескопы и многие аппараты типа Хаббл все еще базируются на принципах работы, изобретенных Галилеем.
Историко-астрономические исследования, XV / Отв. ред. Л.Е. Майстров - М., Наука, 1980В.А. Гуриков
ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ТЕЛЕСКОПА
История создания телескопа относится к числу интереснейших вопросов истории оптики. И хотя на эту тему написано немало ценных и обстоятельных работ , в истории создания телескопа еще немало «белых пятен». Как, например, объяснить, почему, несмотря на то, что линзы были известны еще 2500 лет до н. э. , а очки были введены в употребление в конце XIII в., понадобилось столько времени для того, чтобы расположить две линзы одна за другой (ведь первые сведения о практической конструкции зрительной трубы относятся к концу XVI - началу XVII вв.)? Для того чтобы понять причины, вызвавшие такую «задержку» в появлении телескопа, необходимо разобраться в процессе развития оптики и закономерностях появления первых оптических приборов.
Элементы «практической оптики» - зажигательное действие линз и зеркал - были известны еще в глубокой древности. До нашего времени сохранилось немало бесспорных свидетельств древних авторов о зажигательном действии стекол и зеркал. Таким способом, по-видимому, издревле получали «чистый» жертвенный огонь. О таком зажигании еще в V в. до н. э. как явлении всем известном упоминает Аристофан в комедии «Облака». Плиний старший и Сенека сообщают о зажигательном действии стеклянных шаров. В сочинении «О темпераментах» К. Гален писал: «И об Архимеде говорят, что он сжигал вражеские триеры» . Иоанн Цецем описывает зажигательные свойства зеркал Архимеда в своем сочинении «Тысячи» . Как представлял себе Вителло сожжение Архимедом вражеских кораблей, мы видим на гравюре, помещенной на обложке его книги «Перспектива» (рис. 1).
Долгое время вокруг этого исторического факта возникали споры. Упомянутая легенда была подтверждена экспериментальным путем в наши дни греческим инженером Иоаннисом Саккасом. В ноябре 1973 г. он провел серию опытов, в которых использовал в качестве зажигательных приборов комбинацию отполированных до зеркального блеска металлических щитов. По сигналу Саккаса солдаты, державшие щиты, направляли солнечные лучи, отраженные от этих щитов, на модели древнеримских кораблей. Саккасом было проведено пять опытов. В последнем опыте, проведенном 6 ноября 1973 г. в 12 ч., было использовано 70 щитов, а расстояние от моделей было 55 м. В течение двух-трех минут модели кораблей загорались .
Основные оптические явления - Прямолинейное распространение света, независимость световых пучков, отражение от зеркальной поверхности и преломление света на границе двух прозрачных сред - были установлены опытным путем Евклидом и Аристотелем. У Герона Александрийского мы находим, что «наука о видении делится на оптику, т. е. собственно учение о видении, диоптрику, т. е. учение о преломлении света, и катоптрику, т. е. учение об отражении». Все последующие ученые-оптики стали называть свои труды «Диоптрикой» или «Катоптрикой».
Оптики античности, хотя и проявляли живой интерес к природе и свойствам света, но оптических приборов как таковых не создали . Это было связано прежде всего с незнанием строения и функций глаза, да и вообще механизма зрения. Возможность получения действительных изображений при помощи оптических систем им также оставалась неизвестной .
Картина развития оптики резко изменилась в средние века, когда ученым (Альхазену и др.) удалось установить, что зрение вызывается внешними лучами, приходящими в глаз от предметов. В связи с этим Альхазен впервые ставит вопрос о получении действительных изображений от зеркал и преломляющих сред .
Однако несмотря на существование достаточного количества теоретических трудов по оптике, практическая оптика, особенно в части применения линз, развивалась крайне слабо. Взаимосвязи между наукой и практикой в области оптики, по сути дела, не существовало . Подтверждением этого явилось изобретение в Италии в конце XIII в. очков (чисто эмпирическим путем). «Действительным бесспорным достижением XIII в., - пишет С.И. Вавилов, - явилось изобретение очков в Италии и постепенное распространение их. О появлении очков в Италии в конце XIII в. сохранилось несколько вполне ясных свидетельств. Обилие документальных данных показывает, что изобретение привилось и обратило на себя внимание. Замечательно и вместе с тем печально, что ученые-оптики XIII в., много писавшие о преломляющих средах, по-видимому, не причастны к изобретению очков» .
Постараемся понять, какими, обстоятельствами было вызвано появление очков, которые Ф. Энгельс называл в числе важнейших изобретений XIII в.
Итальянские мастера XIII в. были известны во всем мире как искусные шлифовальщики и полировщики. В процессе своей работы они сталкивались с необходимостью подносить изделия своего труда близко к глазу (например, с целью контроля качества обработки поверхности материала). Поэтому изобретение ими очковых линз являлось вполне естественным: они облегчали их работу, давали возможность рассматривать даже мелкие детали изготовляемых ими изделий. И в то же время ученые-оптики XIII в. не только не способствовали изобретению очков, но просто не знали об их существовании. Между тем, - отмечает С.И. Вавилов, - дело шло не о мелочи, а о самом замечательном результате оптики за многие века ее существования не только в практическом смысле, но и в отношении теоретических перспектив. Если бы стал известен подлинный изобретатель очков, имя его, несомненно, занимало бы одно из самых почетных мест в истории науки о свете» .
Разберемся, почему случилось так, что очковые линзы были открыты не учеными, а ремесленником, случайно?; Почему ученые-оптики, имевшие к этому времени достаточный объем знаний, не только не участвовали в изобретении очков, но и считали это изобретение вредным: «Основная цель зрения - знать правду, линзы для очков дают возможность видеть предметы большими или меньшими, чем они есть в действительности; через линзы можно увидеть предметы ближе или дальше, иной раз, кроме того, перевернутыми, деформированными и ошибочными, следовательно, они не дают возможности видеть действительность. Поэтому, если вы не хотите быть введенными в заблуждение, не пользуйтесь линзами» . Такую рекомендацию ученые-оптики давали в связи с незнанием механизма и природы зрения. «Очки, - пишет. С.И. Вавилов, - несмотря на всю их удивительность для человека
XIV и XV вв. и практическую важность, не сделались основой дальнейшего развития оптики. Книги Альхазена, Вителло, Бэкона мирно покоились в монастырских и университетских библиотеках, в университетах читались оптические курсы как часть quadrivium (повышенного курса образования. - В. Г.), именитые люди исправляли свое зрение в старости очками, но оптическая наука в XIV и XV вв., если не говорить о перспективе, имевшей значение только для художников, стояла на месте .
Первые упоминания о телескопе встречаются у английского средневекового ученого Роджера Бэкона (1214- 1292). Он был хорошо знаком с достижениями арабской оптики и, в частности, с работами Альхазена. Бэкон был также ученым, провозгласившим совершенно новые принципы научного знания. Он гениально предвидит будущие успехи экспериментальной науки. С восторгом говорит он о будущей технике: «Расскажу о дивных делах природы и искусства, в которых нет ничего магического... Прозрачные тела могут быть так обделаны, что отдаленные предметы покажутся приближенными, и наоборот, так, что на невероятном расстоянии будем читать малейшие буквы и различать мельчайшие вещи, а также будем в состоянии усматривать звезды, как пожелаем» .
Читая эти строки, трудно себе представить, что почти 700 лет назад, во времена инквизиции, гениальный монах мечтал о телескопе! Его мечта была научной фантазией. Бэкон был противником магии: «Не надо прибегать к Магическим явлениям, когда силы науки достаточно, чтобы произвести действия», - писал он .
В трилогии, написанной Р. Бэконом по просьбе папы Климента IV «Opus minus» («Малый труд»), «Opus majus» («Большой труд») и «Opus tertium» («Третий труд») - много страниц посвящено оптическим темам, причем встречаются такие места, по которым можно предположить, что Бэкону были известны некоторые конструкции зрительных труб: «Таким образом, - пишет он, - увеличивая зрительный угол, мы будем в состоянии читать мельчайшие буквы с огромных расстояний и считать песчинки на земле, так как видимая величина обуславливается не расстоянием, а зрительным углом. Мальчик может казаться великаном, а взрослый горой» . Однако, по мнению С.И. Вавилова, такие строки на самом деле, вероятно, выражают только догадки и научные фантазии, которых не чуждался увлекающийся Doctor Mirabilis («Дивный доктор» - так звали Бэкона его современники - В. Г.), сообщавший читателю вместе с оптическими теоремами, например, сведения о летающих драконах и их пещерах» .
Мысли Р. Бэкона настолько опережали свою эпоху, что они не отразились на ходе развития современной ему науки, и впоследствии были преданы забвению.
Идеи создания телескопических систем встречаются далее в манускриптах Леонардо да Винчи. Камера и глаз - предметы многочисленных размышлений и опытов Леонардо. В его рукописях немало графических построений хода лучей в линзах, дается экспериментальный метод определения аберраций. Леонардо - бесспорный зачинатель фотометрии как точной измерительной науки. Перу Леонардо принадлежат рисунки станков для полировки вогнутых зеркал, он подробно рассматривает технологический процесс производства очковых линз. Леонардо первым делает попытку переноса естественнонаучного знания в прикладную область.
Из всего многообразия работ Леонардо в области оптики нас будет интересовать только один вопрос: была ли осуществлена Леонардо зрительная труба (телескопическое устройство)? «Несомненно, - пишет С.И. Вавилов, - что Леонардо не только мечтал о телескопических устройствах, но действительно их осуществлял» .Постараемся восстановить действительный ход событий.
Так заканчиваются первые страницы истории телескопа. Вслед за ними будет еще немало ярких страниц (создание зеркального телескопа, изобретение ахроматической оптики и др.).
Появление и развитие телескопических систем в XVII в. вызвало подлинную революцию как в оптике, так и в астрономии. Собственно именно благодаря широкому практическому использованию телескопических систем родилась техническая оптика как наука, а в астрономии появились новые приборы (телескопы, гелиоскопы и др.), дающие возможность, с одной стороны, более глубоко изучать Вселенную, а с другой, - способствующие дальнейшему прогрессу в развитии технической оптики.
ЛИТЕРАТУРА
1. Riekher Rolf. Fernrohre und ihre Meister. - Berlin, 1957.
2. King H. C. The History of the Telescope. - London, 1955.
3. Danjon A. et Couder A. Lunettes et telescopes. - Paris, 1935, p. 1 et 581.
4. Kisa A. Das Glas im Altertum: 3 Bd. - Leipzig, 1908.
5. Feldhaus F. M. Die ältesten optischen Hilfsmittel. - In: Der Sternfreund, 1936, Nr. 1.
6. Galeni Claudii. Opera omnia: t. 1 / Ed. CG. Kühn. - Lipsiae, 1821.
7. Tetes Joahnis. Chiliades / Ed. Th. Kiessling. - Hildesheim, 1963.
8. Ευάγγελου Σ. Σταμάτη. Αρχιμηδους άπαντα. - Αθ·ηναΐ, 1974. ,9. Вавилов С.И. Собр. соч.: т. III. - M.: Изд-во АН СССР, 1956.
10. Opticae Thesaurus libri Septem, nu primum editi, a Federico Ris-nero Basileae per Episcopios, 1572.
11. Gurikov V. A. On the Study of interconnections between natural and technical sciences. - In: Acta historiae rerum naturalium nee non technicarum: Special Issue, 8. - Pragae, 1976.
12. Ронки Васко. Влияние оптики XVII в. на общее развитие науки и философии. - Вопросы истории естествознания и техники, 1964 г., вып. 16.
13. Кудрявцев П.С. История физики: ч. I. - М.: Учпедгиз, 1948.
14. Розенбергер Ф. История физики: ч. I, M. - Л.: ОНТИ, 1937.
15. Леонардо да Винчи. Избранные естественнонаучные произведения. - М.: Изд-во АН СССР, 1955.
16. Argentieri D. L"optica de Leonardo. - In: Leonardo da Vinci. Edi-zione curata della moztra di Leonardo da Vinci in Milano, 1939.
17. Timpanaro. Seb. Un errore d"interpretazione d"una pagina li Leonardo. - In: Scritti di storia e critica della Scienza. - Firenze, 1952.
18. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики (с древнейших времен до конца XVIII века). - М.: Наука, 1974.
19. Galileo G. Le Opera. - Firenze: Edizione Nazionale, 1890-1909, v. X, p. 252.
20. Borellus P. De vero Telescopii inventore, cum brevi omnium cons-piciliorum historia... - In: Accesit etiam Centuria observationum microscopicarum. - The Hague, 1655.
21. Соболь С.Л. Очерки по истории микроскопии: Диссертация, представленная на соискание ученой степени доктора биологических наук. - Москва; Фрунзе, 1943.
22. Moll G. On the first invention of telescopes collected from the notes and papers of the late professor van Swinden. - In: Journ. of the Royal Institution, 1831, v. 1.
23. Huygens Chr. La dioptrique. - In: «Oeuvres completes»: v. XIII. - Hague, 1916.
24. Galilei G. Le Opera. - Firenze: Edizione Nazionale, 1890-1909, v. Ill, pars 1.
25. Galilei G. Le Opera. - Firenze: Edizione Nazionale, 1890-1909, v. VI.
26. Зоннефельд А. Оптические данные небесного телескопа Галилея. - Йенское Обозрение, 1962, № 6.
27. Ронки Васко. Галилей и Торричелли - мастера точной оптики. - Труды Института истории естествознания и техники АН СССР; т. 28. - М.: Изд-во АН СССР, 1959.
28. Галилей Галилео. Звездный вестник. - Вопросы истории естествознания и техники, 1964, вып. 16, с. 3-28.
29. Галилей Галилео. Избранные труды: Т. I. - М.: Наука, 1964.
30. Белый Ю.А. Иоганн Кеплер (1571-1630). - М.: Наука, 1971.
31. Kepler I. Gesammelte Werke... - München, 1937, Bd. IV.
32. Correspondense of Scientific Men of the 17th Gentry, 1841, letter XX.
33. Scheiner Chr. Described and illustrated in Scheiners. - In: «Rosa Ursina sive sol etc. Bracciano», 1630.
В начале XVII в. сразу несколько изготовителей очков в голландском городе Мидцельбурге объявляли себя изобретателями «приборов дальнего видения». Наиболее обоснованными представляются притязания Ханса Литшерсгся, который в 1608 г. пытался получить привилегаю на изготовление зрительных труб. Липперсгей будто бы увидел однажды, как его дети шрают с выпуклой и вогнутой линзами, рассматривая церковную колокольню.
Сложив обе линзы, они смогли увидеть в подробностях флюгер на самом верху. Липперсгей вставил обе линзы в цилиндрический футляр и так создал первую подзорную трубу. Это вдохновило в 1609 г. итальянского ученого Галилео Галилея на постройку собственного телескопа, с помощью которого он сделал много важных астрономических открытий: описал детали лунного ландшафта, увидел кольца Сатурна и четыре крупных спутника Юпитера.
Прямое и перевернутое изображение
Телескоп Галилея был весьма компактен, поскольку геометрическая длина трубы равнялась разнице фокусных расстояний окуляра и объектива. Лучи света проходят через окуляр прежде, чем достигнут фокуса объектива, в результате чего получается прямое, неперевернутое изображение. По этому принципу до сих пор конструируются театральные бинокли. Телескоп же, сконструированный в 1611 г. немецким астрономом Иоганном Кеплером, состоит из двух собирающих линз, а длина трубы равна сумме их фокусных расстояний. Такой прибор даст перевернутое изображение, однако для астрономических наблюдений это не существенно. Дополнительные оборачивающие линзы или призмы, помещенные в подзорную трубу, позволяют получить прямое изображение, что очень желательно, например, на охоте, зато уменьшают евстосильность, весьма затрудняя наблюдение далеких созвездий.
Взгляд в бесконечность
В 1663 г. шотландец Джеймс Грегори открыл принцип зеркального телескопа (рефлектора). В его системе главное зеркало собирает пучок света, а вспомогательное зеркало меньшего размера отражает лучи в фокус главного зеркала, где и возникает изображение. Первый ахроматический телескоп-рефрактор создал в 1729 г. английский астроном-любитель Честер Мур Холл. В XIX и XX вв., с совершенствованием теоретической базы и появлением специальных стекол, телескопы стали намного мощнее.
1614 г.: Демисциан изобрел слово «телескоп» (от греческого «теле» — «даль» и «скопейн» — «смотреть»).
1645 г.: Антон Мария Ширлей де Рейта построил один из первых телескопов.
1789 г.: Витьям Гершель сконструировал офомный зеркальный телескоп с диаметром зеркала 122 см.
1894 г.: Эрнст Аббе создал первый удобный в применении нолевой бинокль.
Трудно сказать, кто первый изобрел телескоп. Известно, что еще древние употребляли увеличительные стекла. Дошла до нас и легенда о том, что якобы Юлий Цезарь во время набега на Британию с берегов Галлии рассматривал в подзорную трубу туманную британскую землю. Роджер Бэкон, один из наиболее замечательных ученых и мыслителей XIII века, в одном из своих трактатов утверждал, что он изобрел такую комбинацию линз, с помощью которой отдаленные предметы при рассматривании их кажутся близкими.
Так ли это было в действительности - неизвестно. Бесспорно, однако, что в самом начале XVII века в Голландии почти одновременно об изобретении подзорной трубы заявили три оптика - Липперсгей, Мециус и Янсен. Рассказывают, что будто бы дети одного из оптиков, играя с линзами, случайно расположили две из них так, что далекая колокольня вдруг показалась близкой. Как бы там ни было, к концу 1608 года первые подзорные трубы были изготовлены и слухи об этих новых оптических инструментах быстро распространились по Европе.
В Падуе в это время уже пользовался широкой известностью Галилео Галилей, профессор местного университета, красноречивый оратор и страстный сторонник учения Коперника. Услышав о новом оптическом инструменте, Галилей решил собственноручно построить подзорную трубу. Сам он рассказывает об этом так:
«Месяцев десять тому назад стало известно, что некий фламандец построил перспективу, при помощи которой видимые предметы, далеко расположенные от глаз, становятся отчетливо различимы, как будто они находятся вблизи. Это и было причиной, по которой я обратился к изысканию оснований и средств для изобретения сходного инструмента. Вскоре после этого, опираясь на учение о преломлении, я постиг суть дела и сначала изготовил свинцовую трубу, на концах которой я поместил два оптических стекла, оба плоских с одной стороны, с другой стороны одно стекло выпукло-сферическое, другое вогнутое».
Этот первенец телескопической техники давал увеличение всего в три раза. Позже Галилею удалось построить более совершенный инструмент, увеличивающий в 30 раз. И тогда, как пишет Галилей, «оставив дела земные, я обратился к небесным».
7 января 1610 года навсегда останется памятной датой в истории человечества. Вечером этого дня Галилей впервые направил построенный им телескоп на небо. Он увидел то, что предвидеть заранее было невозможно. Луна, испещренная горами и долинами, оказалась миром, сходным хотя бы по рельефу с Землей. Планета Юпитер предстала перед глазами изумленного Галилея крошечным диском, вокруг которого обращались четыре необычные звездочки - его спутники. Картина эта в миниатюре напоминала Солнечную систему по представлениям Коперника. При наблюдениях в телескоп планета Венера оказалась похожей на маленькую Луну. Она меняла свои фазы, что свидетельствовало о ее обращении вокруг Солнца. На самом Солнце (закрыв глаза темным стеклом) Галилей увидел черные пятна, опровергнув тем самым общепринятое учение Аристотеля о «неприкосновенной чистоте небес». Эти пятна смещались по отношению к краю Солнца, из чего Галилей сделал правильный вывод о вращении Солнца вокруг оси.
В темные прозрачные ночи в поле зрения галилеевского телескопа было видно множество звезд, недоступных невооруженному глазу. Некоторые туманные пятна на ночном небе оказались скопищами слабо светящихся звезд. Великим собранием скученно расположенных звездочек оказался и Млечный Путь - беловатая, слабо светящаяся полоса, опоясывающая все небо.
Несовершенство первого телескопа помешало Галилею рассмотреть кольцо Сатурна. Вместо кольца он увидел по обе стороны Сатурна два каких-то странных придатка и в своем «Звездном вестнике» - дневнике наблюдений - Галилей был вынужден записать, что «высочайшую планету» (то есть Сатурн) он «тройною наблюдал».
Открытия Галилея положили начало телескопической астрономии . Но его телескопы (рис. 11), утвердившие окончательно новое коперниканское мировоззрение, были очень несовершенны. Уже при жизни Галилея им на смену пришли телескопы несколько иного типа. Изобретателем нового инструмента был уже знакомый нам Иоганн Кеплер. В 1611 году в трактате «Диоптрика» Кеплер дал описание телескопа, состоящего из двух двояковыпуклых линз. Сам Кеплер, будучи типичным астрономом-теоретиком, ограничился лишь описанием схемы нового телескопа, а первым, кто построил такой телескоп и употребил его для астрономических целей, был иезуит Шейнер, оппонент Галилея в их горячих спорах о природе солнечных пятен.
Рассмотрим оптические схемы и принцип действия галилеевского и кеплеровского телескопов . Линза А , обращенная к объекту наблюдения, называется объективом , а та линза В , к которой прикладывает свой глаз наблюдатель - окуляром . Если линза толще посередине, чем на краях, она называется собирательной или положительной, в противном случае - рассеивающей или отрицательной. Заметим, что в телескопе самого Галилея объективом служила плосковыпуклая линза, а окуляром - плоско-вогнутая. По существу, галилеевский телескоп был прообразом современного театрального бинокля, в котором используются двояковыпуклые и двояковогнутые линзы. В телескопе Кеплера и объектив и окуляр были положительными двояковыпуклыми линзами.
Представим себе простейшую двояковыпуклую линзу, сферические поверхности которой имеют одинаковую кривизну. Прямая, соединяющая центры этих поверхностей, называется оптической осью линзы. Если на такую линзу падают лучи, идущие параллельно оптической оси, они, преломляясь в линзе, собираются в точке оптической оси, называемой фокусом линзы. Расстояние от центра линзы до ее фокуса называют фокусным расстоянием. Нетрудно сообразить, что чем больше кривизна поверхностей собирательной линзы, тем меньше ее фокусное расстояние. В фокусе такой линзы всегда получается действительное изображение предмета.
Иначе ведут себя рассеивающие, отрицательные линзы. Падающий на них параллельно оптической оси пучок света они рассеивают и в фокусе такой линзы сходятся не сами лучи, а их продолжения. Потому рассеивающие линзы имеют, как говорят, мнимый фокус и дают мнимое изображение.
На рис. 12 показан ход лучей в галилеевском телескопе. Так как небесные светила, практически говоря, находятся «в бесконечности», то изображения их получаются в фокальной плоскости , то есть в плоскости, проходящей через фокус F и перпендикулярной к оптической оси. Между фокусом и объективом Галилей поместил рассеивающую линзу, которая давала мнимое, прямое и увеличенное изображение MN .
Главным недостатком галилеевского телескопа было очень малое поле зрения - так называют угловой поперечник кружка неба, видимого в телескоп. Из-за этого наводить телескоп на небесное светило и наблюдать его Галилею было очень трудно. По той же причине галилеевские телескопы после смерти их изобретателя в астрономии не употреблялись и их реликтом можно считать современные театральные бинокли.
В кеплеровском телескопе (см. рис. 12) изображение CD получается действительное, увеличенное и перевернутое . Последнее обстоятельство, неудобное при наблюдениях земных предметов, в астрономии несущественно - ведь в космосе нет какого-то абсолютного верха или низа, а потому небесные тела не могут быть повернутыми телескопом «вверх ногами».
Первое из двух главных преимуществ телескопа - это увеличение угла зрения, под которым мы видим небесные объекты. Как уже говорилось, человеческий глаз способен в отдельности различать две части предмета, если угловое расстояние между ними не меньше одной минуты дуги. Поэтому, например, на Луне невооруженный глаз различает лишь крупные детали, поперечник которых превышает 100 км . В благоприятных условиях, когда Солнце затянуто облачной дымкой, на его поверхности удается рассмотреть самые крупные из солнечных пятен. Никаких других подробностей невооруженный глаз на небесных телах не видит. Телескопы же увеличивают угол зрения в десятки и сотни раз.
Второе преимущество телескопа по сравнению с глазом заключается в том, что телескоп собирает гораздо больше света, чем зрачок человеческого глаза, имеющий даже в полной темноте диаметр не больше 8 мм . Очевидно, что количество света, собираемого телескопом, во столько раз больше того количества, которое собирает глаз, во сколько площадь объектива больше площади зрачка. Иначе говоря, это отношение равно отношению квадратов диаметров объектива и зрачка.
Собранный телескопом свет выходит из его окуляра концентрированным световым пучком. Наименьшее его сечение называется выходным зрачком . В сущности, выходной зрачок - это изображение объектива, создаваемое окуляром. Можно доказать, что увеличение телескопа (то есть увеличение угла зрения по сравнению с невооруженным глазом) равно отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра. Казалось бы, увеличивая фокусное расстояние объектива и уменьшая фокусное расстояние окуляра, можно достичь любых увеличений. Теоретически это так, но практически все выглядит иначе. Во-первых, чем больше употребляемое в телескопе увеличение, тем меньше его поле зрения. Во-вторых, с ростом увеличения становятся все заметнее движения воздуха. Неоднородные воздушные струи размазывают, портят изображение и иногда то, что видно при малых увеличениях, пропадает для больших. Наконец, чем больше увеличение, тем бледнее, тусклее изображение небесного светила (например, Луны). Иначе говоря, с ростом увеличения хотя и видно больше подробностей на Луне, Солнце и планетах, но зато уменьшается поверхностная яркость их изображений. Есть и другие препятствия, мешающие применять очень большие увеличения (например, в тысячи и в десятки тысяч раз). Приходится искать некоторый оптимум и потому даже в современных телескопах, как правило, наибольшие увеличения не превосходят нескольких сотен раз.
При создании телескопов со времен Галилея придерживаются следующего правила: выходной зрачок телескопа не должен быть больше выходного зрачка наблюдателя. Легко сообразить, что в противном случае часть света, собранного объективом, будет напрасно потеряна. Очень важной величиной, характеризующей объектив телескопа, является его относительное отверстие , то есть отношение диаметра объектива телескопа к его фокусному расстоянию. Светосилой объектива называется квадрат относительного отверстия телескопа. Чем «светосильнее» телескоп, то есть чем больше светосила его объектива, тем более яркие изображения объектов он дает. Количество же света, собираемого телескопом, зависит лишь от диаметра его объектива (но не от светосилы!). Из-за явления, именуемого в оптике дифракцией, при наблюдениях в телескопы яркие звезды кажутся небольшими дисками, окруженными несколькими концентрическими радужными кольцами. Разумеется, к настоящим дискам звезд дифракционные диски никакого отношения не имеют.
В заключение сообщим читателю основные технические данные о первых галилеевских телескопах. Меньший из них имел диаметр объектива 4 см при фокусном расстоянии 50 см (его относительное отверстие было равно 4/50 = 0,08). Он увеличивал угол зрения всего в три раза. Второй, более совершенный телескоп, с помощью которого Галилей совершил свои великие открытия, имел объектив диаметром 4,5 см при фокусном расстоянии 125 см и давал увеличение в 34 раза. При наблюдениях в этот телескоп Галилеи различал звезды до 8-й звездной величины, то есть в 6,25 раз более слабые, чем те, которые еле видит на ночном небе невооруженный глаз.
Таково было скромное начало развернувшегося позже «чемпионата» телескопов - длительной борьбы за усовершенствование этих главных астрономических инструментов.
Примечания
Цитирую по книге Б.Г. Кузнецова «Галилей», «Наука», 1964, стр. 71.
Название «телескоп» было присвоено новому инструменту по решению итальянской Академии наук.
Зеркальным телескопам - рефлекторам посвящен особый раздел.
У галилеевской трубы выходного зрачка нет.
Больше четырёх столетий прошло со времён робких попыток человека приблизить к себе мир небесных светил. За этот период небольшая зрительная труба, состоявшая всего из двух линз, превратилась в мощное и сложное сооружение. Много людей участвовало в совершенствовании прибора. И в этой созидательной работе как-то забылось, стёрлось во времени имя подлинного изобретателя телескопа. В настоящее время мы совершенно точно знаем имя и профессию того человека, который впервые и случайно обнаружил, что при помощи комбинации из двух линз можно наблюдать отдалённые предметы. Но было время, когда разные народы оспаривали друг у друга пальму первенства в этом вопросе.
410 лет отделяют нас от того дня, когда некто взял в руки два очковых стекла и соорудил из них зрительную трубу. Однако для того, чтобы выяснить имя этого человека, потребовалось гораздо больше времени, нежели ему для изобретения первого телескопа.
История телескопа запутана, имеет много версий, претендующих на истину, и окружена легендарными вымыслами.
По некоторым источникам следует, что изобретение первой подзорной трубы произошло во II столетии, а её изобретателем был Птоломей Клавдий. В качестве бесспорного доказательства справедливости такой версии её приверженцы указывают на то, что на одном портрете изображён Птоломей, смотрящий на звёзды в трубу, устроенную из нескольких передвижных частей.
Другие историки утверждают, что зрительная труба была впервые изобретена знаменитым естествоиспытателем Роджером Бэконом. Были указания и на то, что Джамбаттиста Делла Порта, живший в XVI и начале XVII в., есть именно тот учёный, который создал первую трубу.
Одна из наиболее распространённых версий приписывает изобретение зрительной трубы голландскому оптику Захарию Янсену.
История этого варианта такова.
В самом начале XVII столетия в небольшом голландском городе Миддельбурге славился своим искусством оптик Захария Янсен. Он в совершенстве владел трудной профессией шлифовщика стёкол и имел многочисленных клиентов, часто приезжавших к нему из других городов.
Как-то двое детей Янсена играли на улице перед мастерской отца. Один из них держал в руках два очковых стекла. Дети забавлялись, рассматривая друг друга сквозь стёкла. Случайно один из них приблизил к своему глазу сразу два стекла, расположив их на небольшом расстоянии друг от друга. Сквозь стёкла мальчик взглянул на верхушку соседней башни и с удивлением увидел, что она казалась ему увеличенной и приближенной. Это удивительное зрелище он показал своему брату. Мальчики долго рассматривали соседние здания, колокольни, мансарды, а потом побежали к отцу и рассказали ему о своих наблюдениях.
Отец в точности воспроизвёл случайные опыты своих детей и убедился в том, что они рассказывали ему правду. Быстро сообразив, что очковые стёкла можно закрепить в трубе, а тем самым сделать новый зрительный прибор, Захария Янсен тотчас же приступил к работе и вскоре сделал первую зрительную трубу. Это событие произошло в 1608 г.
Из других источников известен несколько иной случай. Однажды в мастерскую известного голландского оптика Иоганна Липпенштейна явился незнакомец и заказал ему несколько выпуклых и вогнутых очковых стёкол. Когда стёкла были готовы, и заказчик пришёл за ними, он стал их внимательно рассматривать, причём разглядывал отдалённые предметы на улице, поместив перед глазами сразу два стекла.
Когда довольный незнакомец покинул мастерскую, забрав с собой стёкла, заинтригованный его действиями Иоганн Липпенштейн попробовал подобным же образом посмотреть на удалённые предметы, то приближая к глазу, то удаляя от него очковые стёкла. Эффект оказался поразительным. Удивлённый оптик ясно видел предметы увеличенными и приближенными.
Как следует обдумав это явление, Липпенштейн пришёл к мысли, что если два очковых стекла закрепить на определённом расстоянии друг от друга, то получится интересный оптический прибор, при помощи которого можно было бы хорошо видеть отдалённые предметы, плохо видимые невооружённым глазом. Через непродолжительное время Иоганн Липпенштейн сделал зрительную трубу и подарил её принцу Морицу Нассаускому.
Истории открытия телескопа известны и другие сведения, согласно которым зрительную трубу изобрёл Яков Мециус.
Однако наиболее точные данные говорят за то, что подлинным изобретателем подзорной трубы является голландец, миддельбургский оптик Ганс Липперсгейм, сделавший её в 1608 г.
Во время войны между Испанией и Голландией в одно правительственное голландское учреждение явился Липперсгейм и предложил «инструмент для смотрения вдаль». Прекрасно понимая, что зрительная труба может быть с успехом использована в военном деле, Липперсгейм просил выдать ему привилегию сроком на 30 лет или же приличную пенсию.
Предложение это представляло для правительства большой интерес, а поэтому вскоре же была назначена специальная комиссия, составленная из специалистов, которая и должна была дать заключение о ценности изобретения. Для того, чтобы убедиться, что изобретатель может воспроизвести свой инструмент, ему предложили сделать ещё одну трубу с линзами из горного хрусталя и так её усовершенствовать, чтобы можно было смотреть в нее одновременно обоими глазами.
Липперсгейм очень скоро выполнил это задание, но патента так и не получил, так как в это же время Мециус заявил, что он тоже изобрёл зрительную трубу.
Один француз из Седана по фамилии Крепи долгое время считался подлинным изобретателем труб. Крепи был очень хорошим и сообразительным механиком. Один случай явно указывает на то, что Крепи не являлся изобретателем, а лишь воспользовался добытыми сведениями относительно устройства зрительной трубы.
28 декабря 1608 г. известный французский дипломат Жаннен, находившийся в то время в Голландии со специальной целью примирить её с Испанией, в письме к королю Генриху IV сообщил об интересном новом изобретении, которое может принести существенную пользу во время войны. В письме речь шла о только что изобретённой Липперсгеймом зрительной трубе.
Умный и предприимчивый Жаннен настойчиво пытался получить один экземпляр трубы у Липперсгейма, но осторожный изобретатель ни за что не хотел передавать секрет изобретения в руки представителя иностранного правительства. Тогда посол французского короля обратился к голландскому правительству, которое, как ему было известно, отказалось купить изобретение. Желая угодить французскому королю, голландское правительство явилось посредником между послом и Липперсгеймом, и Жаннен получил две трубы, которые вместе со своими письмами отправил во Францию с одним французским солдатом. Этим солдатом был Крепи.
Жаннен не случайно выбрал именно Крепи в качестве гонца с подарками для французского короля. Послу было хорошо известно, что Крепи является прекрасным механиком и очень сообразительным человеком. Когда Крепи получил трубы в мастерской Липперсгейма, он, очевидно, подслушал разговор о способе их изготовления и вскоре сам научился их изготовлять.
В мае 1609 г. Крепи приехал в Милан, явился к графу де-Фуентес и передал ему зрительную трубу, выдав её за своё изобретение.
С тех пор прошло четыреста с лишним лет, но пожелтевшая бумага исторических документов беспристрастно показала нам, что подлинным изобретателем зрительной трубы был Миддельбургский оптик Ганс Липперсгейм.
Она была устроена следующим образом: в небольшую латунную трубку вставлялось два стекла, одно из них - двояковыпуклое, второе - двояковогнутое. Первое стекло являлось объективом, а другое - окуляром. Увеличение этой трубы, конечно, было незначительным.
В июне 1609 г. Галилео Галилей приехал в Венецию и у кардинала Боргезе увидел голландскую трубу. Изобретение это настолько его заинтересовало, что он уже в августе построил собственную трубу и поднёс её в подарок венецианскому дожу.
Галилей с жаром отдался астрономическим наблюдениям и сделал много замечательных открытий.
«Телескоп Галилея», Музей Галилея (Флоренция)
Вскоре же после появления первой зрительной голландской трубы, эти оптические приборы быстро распространились в других странах: их стали в большом количестве изготовлять оптики и учёные Голландии, Англии, Германии, Италии.
Основатель Академии рысей в Риме - Федериго Чези сам изготовил зрительную трубу и по совету крупного знатока культуры Греции Демисциануса назвал её телескопом. Так появилось это название, сохранившееся и в наши дни. Большие возможности, таившиеся в «инструменте для смотрения вдаль», привлекли к нему внимание учёных. Среди них, особенно большой интерес к телескопу проявлял королевский астроном Иоганн Кеплер.
Кеплер первый дал научное объяснение принципов действия зрительной трубы. Великий астроном, открывший важные законы движения планет солнечной системы, был в то же время прекрасным физиком. В 1611 г. он издал сочинение по оптике, в котором описал несколько новых конструкций зрительных труб. Одну из них удалось сделать довольно известному учёному Шейнеру. Изготовленная Шейнером труба, названная «кеплеровой трубой», отличалась от своей голландской предшественницы тем, что оба её стекла - объектив и окуляр - были двояковыпуклыми. В телескопе Кеплера изображения кажутся перевёрнутыми, поэтому он употребляется только для наблюдения небесных светил.
После теоретических работ Кеплера, уже можно было сознательно подходить к строительству телескопов, грамотно продумывая их конструкцию. Можно было заранее вычислить увеличение, которое будет давать строящийся телескоп.
Так как степень увеличения телескопа зависит от фокусных расстояний объектива и окуляра, то для получения возможно больших увеличений стали делать телескопы очень большой длины: в некоторых телескопах фокусное расстояние доходило до 150 футов.
Объектив телескопа собирает световые лучи, идущие от наблюдаемого предмета. Чем больше света пропустит через себя объектив, тем ярче будет изображение. Поэтому хороший телескоп должен, во-первых, иметь значительную длину из-за большого фокусного расстояния своего объектива, а, во-вторых, величина объектива должна быть как можно больше. Выполнить и то и другое совсем не просто.
Особенно большие трудности приходится испытывать при изготовлении линз крупных размеров. Для них идёт особого сорта, очень хорошее оптическое стекло. Его научились варить совсем недавно, в конце XIX столетия. Оптическое стекло должно обладать хорошей прозрачностью. Кроме того, недопустимо, чтобы в нём находились пузырьки воздуха, неоднородности или трещинки.
Если изготовление такого стекла является весьма сложным делом, то в гораздо большей степени сложно отшлифовать, а затем отполировать большую линзу. Когда оптический завод получает заказ на изготовление объектива для телескопа, то это расценивается как крупное событие в жизни завода. На исполнение задания выделяют лучших шлифовальщиков и лучшее оборудование.
Механическая часть телескопа не менее сложна, чем оптическая. Ведь линзы надо так точно установить, чтобы их оптические оси совершенно совпадали, сам инструмент должен быть легко подвижным для того, чтобы без всяких толчков и сотрясений следовать за движением звезды. Он не должен прогибаться даже незначительно, а ведь при громадной длине телескопа избежать прогибов очень трудно. У телескопа имеется много всяких точных приспособлений для измерений его положения относительно вертикальной и горизонтальной плоскостей.
Таким образом, современный телескоп представляет собой большое и сложное сооружение, и не всякая страна может позволить себе иметь телескоп с очень значительным увеличением.
Когда начали строить крупные телескопы, встретились с серьёзными трудностями: из-за слишком большого веса трубы возникала опасность её искривления.
В 1684 г. Христиан Гюйгенс первый применил телескоп без его средней части, состоящий только из объектива и окуляра. Такой инструмент назывался «воздушным телескопом» и был устроен следующим образом: короткая труба с объективом закреплялась на некотором месте, а на большом расстоянии от неё устанавливался окуляр. Так что, по существу, никакой трубы и не было.
В первой половине XVII столетия в обсерватории в Дельги для астрономических наблюдений как раз и употребляли подобного рода зрительные трубы. Объектив закреплялся на высокой каменной стене, а окуляр устанавливался на заметном расстоянии от объектива, однако такого рода телескопы были несовершенны и грубы и употреблялись только до тех пор, пока не появились более совершенные приборы.
Первые телескопы были несовершенны не только потому, что давали очень небольшие увеличения, - существовал в то время ещё один, не менее серьёзный недостаток. Дело в том, что объективы обычно обладают хроматической аберрацией, т. е. лучи различного цвета фокусируются в различных фокальных плоскостях.
По мере того как наука о свете развивалась и обогащалась новыми данными, а особенно после того как французский оптик Джон Долонд в 1758 г. изобрёл линзы, в которых была уменьшена хроматическая аберрация, стали строить мощные совершенные телескопы, или, как их называют иначе, «рефракторы».
Вскоре же после того, как Липперсгейм изобрёл свой телескоп, у него появился серьёзный соперник - зеркальный телескоп или рефлектор. До изобретения Долондом ахроматических линз не было по существу никаких средств борьбы с хроматической аберрацией. Поэтому ещё очень давно были предприняты попытки заменить выпуклую линзу объектива вогнутым зеркалом. Ведь назначение объектива телескопа - собирать как можно больше света с тем, чтобы получилось особенно яркое изображение. Но этим свойством обладает не только выпуклое стекло, а также и вогнутое зеркало.
В 1616 г. итальянец Цуки первый предложил построить телескоп, в котором объективом служило бы вогнутое зеркало, но его изобретение известно было только в Италии.
Затем английский математик Грегори в 1663 г. осуществил изменённую конструкцию зеркального телескопа-рефлектора.
Величайший физик Исаак Ньютон заинтересовался изготовлением вогнутых зеркал с целью их применения в зрительных трубах. Проявленный с его стороны интерес к строительству рефлекторов имел под собой вполне определённое теоретическое основание. Он тогда ошибочно считал, что избежать в оптических стёклах хроматической аберрации невозможно. По его мнению, единственный выход заключался в том, чтобы линзу заменить зеркалом.
Телескоп-рефлектор И. Ньютона, хранящийся в Лондонском королевском обществе
Ньютон собственноручно изготовил два рефлектора, один маленький, другой побольше. Весть об этом быстро прилетела из Кэмбриджа в Лондон. Высшее научное учреждение Англии - Королевское общество -заинтересовалось новым телескопом и попросило Ньютона прислать одну трубу. Специальная комиссия дала о нём положительный отзыв и показала телескоп королю. Свой рефлектор великий физик подарил Лондонскому королевскому обществу, сделав на нём надпись: «Изобретён сэром Исааком Ньютоном и изготовлен его руками. 1671 г.». Этот телескоп и поныне хранится в библиотеке Королевского общества, как реликвия XVII столетия.
Весьма примечательна оптическая деятельность Михаила Васильевича Ломоносова. Величайший химик и прекрасный физик Ломоносов изобрёл и построил одиннадцать разнообразных оптических приборов.
В 1762 г. М. В. Ломоносов предпринял строительство сконструированного им рефлектора, который выгодно отличался от зеркального телескопа Грегори и Ньютона. К счастью, среди богатейшего рукописного материала, оставленного Ломоносовым, сохранился его лабораторный дневник под названием «Химические и оптические записки». В своём рабочем дневнике знаменитый русский учёный производил всякого рода записи: результаты исследований, задания своим «лабораторам», памятные заметки, записывал свои мысли и идеи.
Уже на первой странице своего дневника Ломоносов пишет:
«Новоизобретенная мною катадиоптрическая зрительная труба тем должна быть превосходнее Невтонианской и Григорианской, что 1) работы меньше, для того что малаго зеркала ненадобно; а потом 2) и дешевле; 3) не загораживает большево зеркала и свету неумаляет; 4) не так легко может испортиться, как вышеописанная, а особливо в дороге; 5) нетупеют и непутаются в малом зеркале (коего нет, и ненадобно) лучи солнечныя, и тем ясность и чистота умножаются; 6) новая белая композиция в зеркале к приумножению света способна».
Ломоносов горячо принялся за изготовление изобретенного им нового типа рефлектора. Читая «Химические и оптические записки» видишь, как много энергии, труда и смекалки вложил в это дело Ломоносов со своими помощниками.
Для изготовления зеркала, Ломоносов приготовил особый металлический сплав, предварительно испробовав множество разнообразных соединений. Наконец, в середине апреля Ломоносов кончает трубу. По этому поводу в дневнике имеется следующая запись:
«Апреля 15 дня сего 1762 г. учинена проба трубы катадиоптрической об одном зеркале, и моё изобретение произошло в действие с желаемым успехом».
Со своим отражательным телескопом Ломоносов производит эксперименты, сравнивая достоинства своей трубы с телескопом Грегори-Ньютона. В дневнике имеется такая запись:
«Доказать в моей трубе сколько Григорианская и Нев. . . отнимает ясности и явственности, наложив кружок на серёдку большово зеркала величиною с малое».
Ломоносов не ограничивается тем, что ему удалось сделать хороший рефлектор, он старается осуществить всевозможные усовершенствования и за первой трубой делает вторую. В его «Записках» читаем:
«Июня 25 дня заготовлен литьём металл на большое зеркало. Положено
меди 27 фунт
олова 13 1 / 2 -
цинку 13 1 / 2 -
«Вышло добраго зеркальнаго металлу без ноздрей 1 пуд 13 1 / 2 фунта».
Затем в «Записках» имеется такая запись:
«Новое изобретение. Поправление невтонианской трубки по моему. Зеркальце малое можно сделать из стекла как слюда тонково, и подвести ртутью».
«Невтонианскую по моему трубку можно зделать тонее и легче: для того что середка служит, с краев можно убавить».
«Посему должно оставить у самой меньшей апертуры скважину в диаметре три дюйма, чтобы она равна была малому зеркалу. Сим доказать сколь явственно видеть можно тем светом, которой в Невтоновой трубе малым зеркалом закрывается».
Ломоносов придумывает новые конструкции отражательных телескопов. В его дневнике имеется следующая запись:
«Трубку сделать мою Грегориано Невтонианскую и с Доландом. Фокус 1 фут. Встречное зеркало на 3 / 4 фута плоское, микроскоп о двух стёклах входит в трубу далече и увеличивает много.
«Трубка посему выйдет длиною в фут, толщиною в два дюйма. Увеличивать должна в 60 раз. Будеже всё взять в половину, трубка будет величиною как начерчено, увеличивать станет в 36 раз по Гугениевым принципиям.
«NB. Для спутников на море прекрасна».
Во всех оптических экспериментах Ломоносова ему помогали, выполняя его задания, «лабораторы» и мастера: Колотошин, Кирюшка, Игнат, Гришка, Андрюшка, столяр и кузнец. Мы ничего не знаем о славных и, повидимому, преданных Ломоносову помощниках. История не оставила нам их фамилий, кроме имён, которые значатся в «Химических и оптических записках».
Идея, положенная в основу устройства рефлектора Ломоносова, была настолько плодотворной, что когда Вильям Гершель предпринял строительство в 1789 г. своего последнего отражательного телескопа, он воспользовался точно такой же конструкцией. Таким образом величайший русский учёный почти на 20 лет опередил величайшего астронома. И только исторически сложившаяся несправедливость явилась причиной того, что эта система телескопа называется системой Гершеля, в то время как справедливость требует, чтобы имя Ломоносова стояло впереди фамилии его знаменитого современника.
Во второй половине XVIII столетия в науку пришёл Вильям Гершель, по профессии музыкант, впоследствии ставший величайшим астрономом и строителем телескопов. Собственными руками Гершель изготовил несколько зеркальных телескопов и при их помощи сделал много замечательных открытий, обогативших науку о небе.
В 1789 г. он построил свой последний гигантский рефлектор. Металлическое зеркало этого исполина весило более 1000 кг, а его поперечник составлял 120 см, длина трубы равнялась 12 м. И только через 56 лет был построен зеркальный телескоп, который по своим размерам превзошёл рефлектор Гершеля. Построил его астроном Росс. Одно зеркало в телескопе Росса весило 4 т и имело в поперечнике около 2 м. Длина трубы равнялась 16 м. Прибор этот и до сих пор находится в действующем состоянии.
В течение долгого времени рефрактор и рефлектор соперничали друг с другом. И у того и у другого имеются свои достоинства и недостатки, свои приверженцы и противники. Астрономы разных стран сходятся только в одном - в попытке получить от телескопа возможно большее увеличение и чёткость изображения, что влечёт за собой удлинение самих труб и увеличение поперечника объективной линзы. Современные телескопы представляют собой подлинное чудо техники. Строительство этих сложнейших астрономических приборов сопровождается большими материальными затратами, преодолением крупных технических затруднений и иногда может длиться ряд лет. Размеры современных телескопов довольно велики.
Yerkes Observatory
Самый большой рефрактор находится в Йерке, близ Чикаго, в США. Этот мощный инструмент установлен в просторном зале на высоком постаменте.
Длина этого гиганта - 19 м, а объектив имеет поперечник в 40 дюймов - больше метра. Увеличение Иеркского телескопа доходит до 3000 раз.
Знаменитая Ликская обсерватория, расположенная на горе Гамильтон в Калифорнии, имеет телескоп, диаметр объектива которого составляет 95 см.
Наш пулковский рефрактор, варварски разрушенный немцами, имел объектив поперечником в 75 см и фокусным расстоянием в 13.9 м.
Эти немногочисленные данные показывают, каким сложным и грандиозным, сооружением является хороший телескоп, позволяющий учёным заниматься исследованием удалённых от нас миров.
В настоящее время (1948г.) самыми крупными телескопами в мире являются два рефлектора в Калифорнии, один из них находится в обсерватории на горе Вильсон, а другой - на горе Паломар. Зеркало вильсоновского телескопа имеет диаметр 2.5 м, а паломарского - 5 м.
Советский физик член-корр. Академии Наук СССР Д. Д. Максутов сконструировал и построил телескоп, в котором устранил основные недостатки рефрактора и рефлектора. Свой телескоп Максутов назвал менисковым.
Максутов Дмитрий Дмитриевич
В Советском Союзе уже построено несколько таких приборов, которые по простоте выполнения и прекрасным оптическим свойствам далеко опередили заграничные. Советские астрономы вскоре будут иметь первоклассные телескопы, среди которых особое место отведено телескопу Максутова.
На этом историю зрительной трубы можно пока закончить, хотя история телескопа продолжается, и нам трудно предвидеть её конец. Когда оптический микроскоп достиг максимальных высот своего совершенства, и стала очевидной невозможность его дальнейшего прогресса - на помощь пришли законы электроники. Люди изучили эти законы, воспользовались замечательными свойствами мельчайших частиц и построили электронный микроскоп, с увеличением, в сотни раз превышающим увеличение оптического микроскопа. Потоки электронов пришли на смену световым лучам, а проволочные катушки с током заменили линзы.
Кто знает, какая судьба ждет телескоп? Может быть его ожидает впереди более яркое будущее, нежели настоящее микроскопа? Кто может ответить на этот вопрос? Как-то один французский философ категорически заявил, что люди никогда не узнают химического состава небесных тел. Жизнь опровергла, и очень скоро, предсказания философа: с помощью спектроскопа человек узнал, из каких элементов построены далёкие звёзды. Мы живём в эпоху быстро прогрессирующей науки, непрерывно движущейся вперёд. Даже самый прозорливый учёный, умеющий далеко заглядывать и правильно оценивать перспективы, не в силах предвидеть всех возможностей науки, ибо её горизонты необъятны.
М. С. Соминский
«Природа» 1948 №6
(Некоторые даты в тексте адаптированы под 2018 г)
https://www.perunica.ru/nauka/9704-istorija-teleskopa.html
Вконтакте