Любой человек, который когда-либо интересовался астрономией, знает, что телескоп - это прибор, предназначенный для наблюдения небесных светил. В частности, под телескопом понимается оптическая телескопическая система, применяемая не обязательно для астрономических целей.

Существуют телескопы для всех диапазонов электромагнитного спектра: оптические телескопы, радиотелескопы, рентгеновские телескопы, гамма-телескопы. Кроме того, детекторы нейтрино часто называют нейтринными телескопами. Также, телескопами могут называть детекторы гравитационных волн.

Оптические телескопические системы используют в астрономии (для наблюдения за небесными светилами), в оптике для различных вспомогательных целей: например, для изменения расходимости лазерного излучения. Также, телескоп может использоваться в качестве зрительной трубы, для решения задач наблюдения за удалёнными объектами.

Первые шаги

Самые первые чертежи простейшего линзового телескопа были обнаружены в записях Леонардо Да Винчи датируемых 1509-м годом. Сохранилась его запись: «Сделай стекла, чтобы смотреть на полную Луну» («Атлантический кодекс»). В последнее время изобретение первого телескопа приписывают Гансу Липпершлею из Голландии. Но мало кто знает, что задолго до него Томас Диггес, астроном, который в 1450 году попытался увеличить звезды с помощью выпуклой линзы и вогнутого зеркала.

Однако у него не хватило терпения доработать устройство, и полу-изобретение вскоре было благополучно забыто. Сегодня Диггеса помнят за описание гелиоцентрической системы. Скорее всего, заслуга Липпершлея состоит в том, что он первый сделал новый прибор телескоп популярным и востребованным. А также именно он подал в 1608 году заявку на патент на пару линз, размещенный в трубке. Он назвал устройство подзорной трубой. Однако его патент был отклонен, поскольку его устройство показалось слишком простым.

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.

Время перемен.

Большой прорыв произошел, когда итальянский математик Галилео Галилей узнал о попытке голландца запатентовать линзовую трубу. Вдохновленный открытием, Галлей решил сделать такой прибор для себя. В августе 1609 года именно Галилео изготовил первый в мире полноценный телескоп.

Купили Солар фильтр посмотреть на Солнце как в ролике НАСА, Ничего там нет, а Земля Плоская.mp4

Сначала, это была всего лишь зрительная труба - комбинация очковых линз, сегодня бы ее назвали рефрактор. До Галилео, скорее всего, мало кто догадался использовать на пользу астрономии эту развлекательную трубку. Благодаря прибору, сам Галилей открыл горы и кратеры на Луне, доказал сферичность Луны, открыл четыре спутника Юпитера, кольца Сатурна и сделал множество других полезных открытий.

Сегодняшнему человеку телескоп Галилео не покажется особенным, любой десятилетний ребенок может легко собрать гораздо лучший прибор с использованием современных линз. Но телескоп Галилео был единственным реальным работоспособным телескопом на тот день с 20-кртным увеличением, но с маленьким полем зрения, немного размытым изображением и другими недостатками. Именно Галилео открыл век рефрактора в астрономии -- 17 век.

Время и развитие науки позволяло создавать более мощные телескопы, которые давали видеть много больше. Астрономы начали использовать объективы с большим фокусным расстоянием. .

Сами телескопы превратились в большие неподъемные трубы по размеру и, конечно, были не удобны в использовании. Тогда для них изобрели штативы. Телескопы постепенно улучшали, дорабатывали. Однако его максимальный диаметр не превышал нескольких сантиметров -- не удавалось изготавливать линзы большого размера.

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 для начинающих. К 1670-х годам был построен уже 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 при работе с ними и настройке их. Недостатки рефракторов заставили великие умы искать решения к улучшению телескопов. Ответ и новый способ был найден: собирание и фокусировке лучей стала производиться 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.

Прорыв в телескопостроении

Годом рождения нового типа телескопа принято считать 1720 год, когда англичане построили первый функциональный рефлектор диаметром в 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 телескопе предложена французом Кассегреном. Реализовать свою идею в полной мере Кассегрен не смог из-за отсутствия технической возможности изобретения нужных зеркал, но сегодня его чертежи реализованы. Именно телескопы Ньютона и Кассегрена считаются первыми «современными» телескопами, изобретенными в конце 19 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 19 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 диаметр стал составлять 76 сантиметров (Пулковская обсерватория в России), в к 1897 году изобретен йеркский рефрактор. Можно посчитать, что за 75 лет линзовый объектив увеличивался со скоростью одного сантиметра в год.

К концу 18 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 руками астрономов-любителей. Вильям Гершель, английский музыкант, в 1781 году открывший 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 собственноручно в мастерской сплавлял зеркала из меди и олова. Главный труд его жизни - большой телескоп с зеркалом диаметром 122 см. Это диаметр его самого большого телескопа. Открытия не заставили себя ждать, благодаря этому телескопу, Гершель открыл шестой и седьмой спутники планеты Сатурн.

Другой, ставший не менее известным, астроном-любитель английский землевладелец лорд Росс изобрел рефлектор с зеркалом с диаметром в 182 сантиметра. Благодаря телескопу, он открыл ряд неизвестных спиральных туманностей. Телескопы Гершеля и Росса обладали множеством недостатков. Объективы из зеркального металла оказались 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 зеркалом 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 качество линз. И сегодня в Тартуской обсерватории стоит телескоп с целой, работающей линзой Фраунгофера. Но рефракторы немецкого оптика также были не без изъяна - хроматизма.

Телескопы-гиганты

Лишь к концу 19 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 19 века Кросслей, астроном-любитель, обратил свое внимание на алюминиевые зеркала.

Купленное им вогнутое стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см сразу было вставлено в телескоп. 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, превышающих йеркский. Самый большой телескоп установлен в обсерватории Моунт-Вильсон, его диаметр 256 сантиметров. И даже этот предел совсем скоро был превзойден вдвое. В Калифорнии смонтирован американский рефлектор-гигант, на сегодня его возраст более пятнадцати лет.
Более 30 лет назад в 1976 году ученые СССР построили 6-метровый телескоп БТА - Большой Телескоп Азимутальный. До конца 20 века БРА считался крупнейшим в мире телескопом Изобретатели БТА были новаторами в оригинальных технических решениях, таких как альт-азимутальная установка с компьютерным ведением. Сегодня это новшества применяются практически во всех телескопах-гигантах. В начале 21 века БТА оттеснили во второй десяток крупных телескопов мира. А постепенная деградация зеркала от времени - на сегодня его качество упало на 30% от первоначального - превращает его лишь в исторический памятник науке.
К новому поколению телескопов относятся два больших телескопа 10-метровых близнеца 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. Принцип работы - главное зеркало диаметром 10 метров, состоящее из 36 шестиугольных сегментов, работающих как одно отражательное зеркало. Установлены эти телескопы в одном из оптимальных на Земле мест для астрономических наблюдений - на Гаваях, на склоне потухшего вулкана Мануа Кеа высотой 4 200 метра.

Steegle.com - Google Sites Tweet Button

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.

Рис. 11. Телескопы Галилея.

Вместо кольца он увидел по обе стороны Сатурна два каких-то странных придатка и в своем «Звездном вестнике» - дневнике наблюдений - Галилеи 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 плоско-выпуклая 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.

Рис. 12. Галилеевский (вверху) и кемеровский телескопы (схема)

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 Галилей 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.

<<< Назад

Вперед >>>

1.ИЗОБРЕТЕНИЕ ТЕЛЕСКОПА ГАЛИЛЕЕМ

Весной 1609 г. профессор математики университета итальянского города Падуи узнал о том, что один голландец изобрёл удивительную трубу. Удалённые предметы, если их разглядывать через неё, казались более близкими. Взяв отрезок свинцовой трубы, профессор вставил в неё с двух концов два стекла: одно - плосковыпуклое, а другое - плосковогнутое. «Прислонив мой глаз к плосковогнутой линзе, я увидел предметы большими и близкими, так как они казались находящимися на одной трети расстояния по сравнению с наблюдением невооружённым глазом», - писал Галилео Галилей.

Профессор решил показать свой инструмент друзьям в Венеции. «Многие знатные люди и сенаторы подымались на самые высокие колокольни церквей Венеции, чтобы увидеть паруса приближающихся кораблей, которые находились при этом так далеко, что им требовалось два часа полного хода, чтобы их заметили глазом без моей зрительной трубы», - сообщал он.

Разумеется, у Галилея в изобретении телескопа (от греч. «теле» - «вдаль», «далеко» и «скопео» - «смотрю») были предшественники. Сохранились легенды о детях очкового мастера, которые, играя с собирающими и рассеивающими свет линзами, вдруг обнаружили, что при определённом расположении относительно друг друга две линзы могут образовывать увеличивающую систему. Имеются сведения о зрительных трубах, изготовленных и продававшихся в Голландии до 1609 г. Главной особенностью Галилеева телескопа было его высокое качество. Убедившись в плохом качестве очковых стёкол, Галилей начал шлифовать линзы сам. Некоторые из них сохранились до наших дней; их исследование показало, что они совершенны с точки зрения современной оптики. Правда, Галилею пришлось выбирать: известно, например, что, обработав 300 линз, он отобрал для телескопов всего несколько из них.

Однако трудности изготовления первоклассных линз были не самым большим препятствием при создании телескопа. По мнению многих учёных того времени, телескоп Галилея можно было рассматривать как дьявольское изобретение, а его автора следовало отправить на допрос в инквизицию. Ведь люди видят потому, думали они, что из глаз выходят зрительные лучи, ощупывающие всё пространство вокруг. Когда эти лучи натыкаются на предмет, в глазу появляется его образ. Если же перед глазом поставить линзу, то зрительные лучи искривятся и человек увидит то, чего в действительности нет.

Таким образом, официальная наука времён Галилея вполне могла считать видимые в телескоп светила и удалённые предметы игрой ума. Всё это учёный хорошо понимал и нанёс удар первым. Демонстрация телескопа, с помощью которого можно было обнаружить далёкие, невидимые глазом корабли, убедила всех сомневавшихся, и телескоп Галилея молниеносно распространился по Европе.

2.ТЕЛЕСКОПЫ ГЕВЕЛИЯ, ГЮЙГЕНСА, КЕПЛЕРА И ПАРИЖСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ

Сын состоятельного гражданина польского города Гданьска Ян Гевелий занимался астрономией с детства. В 1641 г. он построил обсерваторию, на которой работал вместе с женой Елизаветой и помощниками. Гевелий сделал следующий шаг в деле усовершенствования зрительных труб.

У телескопов Галилея был существенный недостаток. Показатель преломления стекла зависит от длины волны: красные лучи отклоняются им слабее, чем зелёные, а зелёные - слабее, чем фиолетовые. Следовательно, простая линза даже безупречного качества имеет для красных лучей большее фокусное расстояние, чем для фиолетовых. Наблюдатель будет фокусировать изображение в сине-зелёных лучах, к которым глаз ночью чувствительнее всего. В результате яркие звёзды будут выглядеть как сине-зелёные точки, окружённые красной и синей каймой. Это явление называется хроматической аберрацией; разумеется, оно сильно мешает наблюдению звёзд, Луны и планет.

Теория и опыт показали, что влияние хроматической аберрации можно уменьшить, если использовать в качестве объектива линзу с очень большим фокусным расстоянием. Гевелий начал с объективов с 20-метровым фокусом, а самый длинный его телескоп имел фокусное расстояние около 50 м. Объектив соединялся с окуляром четырьмя деревянными планками, в которые было вставлено множество диафрагм, делавших конструкцию более жёсткой и защищавших окуляр от постороннего света. Всё это подвешивалось с помощью системы канатов на высоком столбе, наводился телескоп на нужную точку неба с помощью нескольких человек, по-видимому отставных матросов, знакомых с обслуживанием подвижных судовых снастей.

Линзы Гевелий сам не изготовлял, а покупал их у одного варшавского мастера. Они были настолько совершенны, что при спокойной атмосфере удавалось увидеть дифракционные изображения звёзд. Дело в том, что даже самый совершенный объектив не может построить изображение звезды в виде точки. Из-за волнового характера света в телескоп с хорошей оптикой звезда выглядит как небольшой диск, окружённый светлыми кольцами убывающей яркости. Такое изображение называется дифракционным. Если оптика телескопа несовершенна или атмосфера неспокойна, дифракционной картины уже не видно: звезда представляется наблюдателю пятнышком, размер которого больше дифракционного. Такое изображение называют атмосферным диском.

Нидерландские астрономы братья Христиан и Константин Гюйгенсы строили Галилеевы телескопы по-своему. Объектив, укреплённый на шаровом шарнире, помещался на столбе и мог с помощью особого приспособления устанавливаться на нужной высоте. Оптическая ось объектива направлялась на исследуемое светило наблюдателем, поворачивавшим его с помощью прочного шнурка. Окуляр монтировался на треноге.

марта 1655 г. Христиан Гюйгенс открыл Титан - самый яркий спутник Сатурна, а также разглядел на диске планеты тень колец и начал изучение самих колец, хотя в то время они наблюдались с ребра. «В 1656 году, - писал он, - мне удалось рассмотреть в телескоп среднюю звезду Меча Ориона. Вместо одной я увидел двенадцать, три из них почти что касались друг друга, а четыре других светили через туманность, так что пространство вокруг них казалось значительно более ярким, чем остальная часть неба, казавшаяся совершенно чёрной. Как будто наблюдалось отверстие в небе, через которое видна более яркая область». Гюйгенс полировал объективы сам, а его «воздушная труба» оказалась шагом вперёд по сравнению с «длинными трубами» Гевелия. Придуманный им окуляр просто изготовить, и он используется до сих пор.

Высокий уровень мастерства, заложенный Галилеем, способствовал расцвету итальянской оптической школы. В конце XVII в. строилась Парижская обсерватория; она была оснащена несколькими телескопами системы Галилея. С помощью двух таких инструментов и 40-метрового телескопа первый её директор, итальянец Джованни Доменико Кассини, открыл четыре новых спутника Сатурна и изучал вращение Солнца.

Гениальный немецкий астроном Иоганн Кеплер получил телескоп Галилея на короткое время от одного из друзей. Он мгновенно сообразил, какие преимущества приобретёт этот прибор, если заменить рассеивающую линзу окуляра на собирающую. Кеплеров телескоп, дающий в отличие от Галилеева перевёрнутое изображение, применяется повсеместно и по сей день.

.РЕФЛЕКТОРЫ НЬЮТОНА-ГЕРШЕЛЯ

Основной недостаток Галилеевых труб - хроматическую аберрацию - взялся устранить Исаак Ньютон. Сначала в качестве объектива он хотел использовать две линзы - положительную и отрицательную, которые имели бы разную оптическую силу, но противоположную по знаку хроматическую аберрацию. Ньютон перепробовал несколько вариантов и пришёл к ошибочному выводу, что создание ахроматического линзового объектива невозможно. (Правда, современники свидетельствуют, что эти опыты он проводил в большой спешке).

Тогда Ньютон решил покончить с этой проблемой радикально. Он знал, что ахроматическое изображение удалённых предметов строит на своей оси вогнутое зеркало, изготовленное в виде параболоида вращения. Попытки сконструировать отражательные телескопы в то время уже делались, но успехом они не увенчались. Причина была в том, что в применявшейся до Ньютона двухзеркальной схеме геометрические характеристики обоих зеркал должны быть строго согласованы. А этого оптикам как раз и не удавалось добиться.

Телескопы, у которых роль объектива выполняет зеркало, называются рефлекторами (от лат. reflectere - «отражать») в отличие от телескопов с линзовыми объективами - рефракторов (от лат. refractus - «преломлённый»). Ньютон сделал свой первый рефлектор с одним вогнутым зеркалом. Другое небольшое плоское зеркало направляло построенное изображение вбок, где наблюдатель рассматривал его в окуляр. Этот инструмент учёный изготовил собственноручно в 1668 г. Длина телескопа составляла около 15 см. «Сравнивая его с хорошей Галилеевой трубой длиной в 120 см, - писал Ньютон, - я мог читать на большем расстоянии с помощью моего телескопа, хотя изображение в нём было менее ярким».

Ньютон не только отполировал зеркало первого рефлектора, но и разработал рецепт так называемой зеркальной бронзы, из которой он отлил заготовку зеркала. В обычную бронзу (сплав меди и олова) он добавил некоторое количество мышьяка: это улучшило отражение света; к тому же поверхность легче и лучше полировалась. В 1672 г. француз, преподаватель провинциального лицея (по другим данным, архитектор) Кассегрен предложил конфигурацию двухзеркальной системы, первое зеркало в которой было параболическим, второе же имело форму выпуклого гиперболоида вращения и располагалось соосно перед фокусом первого. Эта конфигурация очень удобна и сейчас широко применяется, только главное зеркало стало гиперболическим. Но в то время изготовить кассегреновский телескоп так и не смогли из-за трудностей, связанных с достижением нужной формы зеркала.

Компактные, лёгкие в обращении высококачественные рефлекторы с металлическими зеркалами к середине XVIII в. вытеснили «длинные трубы», обогатив астрономию многими открытиями. В то время на английский престол была призвана Ганноверская династия; к новому королю устремились его соотечественники - немцы. Одним из них был Уильям Гершель, музыкант и одновременно талантливый астроном.

Убедившись в том, как трудно обращаться с Галилеевыми трубами, Гершель перешёл к рефлекторам. Он сам отливал заготовки из зеркальной бронзы, сам шлифовал и полировал их; его оптический станок сохранился до наших дней. В работе ему помогали брат Александр и сестра Каролина; она вспоминала, что весь их дом, включая спальню, был превращён в мастерскую. С помощью одного из своих телескопов Гершель открыл в 1778 г. седьмую планету Солнечной системы, названную впоследствии Ураном.

Гершель непрерывно строил всё новые и новые рефлекторы. Король покровительствовал ему и дал деньги на строительство огромного рефлектора диаметром 120 см с трубой длиной 12 м. После многолетних усилий телескоп был закончен. Однако работать на нём оказалось трудно, а по своим качествам он не превзошёл меньшие телескопы столь значительно, как предполагал Гершель. Так родилась первая заповедь телескопостроителей: «Не делайте больших скачков».

4.ОДНОЛИНЗОВЫЕ ДЛИННЫЕ РЕФРАКТОРЫ

Однолинзовые длинные рефракторы достигли в XVII в. мыслимых пределов совершенства; астрономы научились отбирать для их объективов высококачественные заготовки стекла, точно обрабатывать и монтировать их. Развивалась теория прохождения света через оптические детали (Декарт, Гюйгенс).

Без преувеличения можно сказать, что создание современных крупных рефлекторов прочно стоит на заложенном в XVII - XVIII вв. фундаменте. Модифицированная конфигурация Кассегрена осуществляется во всех без исключения современных ночных телескопах. Искусство обращения с металлическими зеркалами, допустимый прогиб которых при любом положении телескопа не должен превышать малых долей микрометра, привело в конце концов к созданию высокосовершенных управляемых ЭВМ оправ зеркал телескопов-гигантов. Оптические схемы некоторых окуляров того времени используются до сих пор. Наконец, именно тогда появились зачатки научных методов исследования формы поверхностей оптических элементов, которые в наши дни выкристаллизовались в законченную научную дисциплину - технологию изготовления крупной оптики.

РЕФРАКТОРЫ XIX СТОЛЕТИЯ

Потребовалось около века, чтобы убедиться в ошибочности утверждения Ньютона о том, что создать ахроматический объектив невозможно. В 1729 г. был изготовлен объектив из двух линз разного стекла, позволивший уменьшить хроматическую аберрацию. А в 1747 г. великий математик Леонард Эйлер рассчитал объектив, состоящий из двух стеклянных менисков (оптическое стекло, выпуклое с одной стороны и вогнутое с другой), пространство между которыми заполнено водой - совсем как в «Таинственном острове» Жюля Верна. Он должен был строить изображения, лишённые цветовой каймы. Английский оптик Джон Доллонд вместе с сыном Питером предпринял серию опытов с призмами из известного со времён Галилея венецианского стекла (крона) и нового английского сорта стекла - флинтгласа, обладавшего сильным блеском и применявшегося для изготовления украшений и бокалов. Выяснилось, что из этих двух сортов можно составить объектив, не дающий цветовой каймы: из крона следует сделать положительную линзу, а из флинтгласа - несколько более слабую отрицательную. Началось массовое производство Доллондовых труб.

Ахроматическими телескопами занималась вся Европа. Эйлер, Д"Аламбер, Клеро и Гаусс продолжали их расчёт; несколько лондонских оптиков оспаривали в суде взятый Доллондами патент на ахроматический объектив, но успеха не добились. Питер Доллонд разработал уже трёхлинзовый ахромат, по мнению астрономов, очень хороший; иезуитский профессор Руджер Бошко-вич в Падуе придумал специальный прибор - витрометр (от лат. vitrum - «стекло») для точного определения показателей преломления оптических стёкол. В 1780 г. Доллонды начали серийный выпуск нескольких типов армейского телескопа со складной трубой. Когда Джон Доллонд выдавал свою дочь замуж (разумеется, за оптика), её приданым служила часть патента на ахроматический объектив.

Научный метод изготовления линзовых объективов был введён в практику немецким оптиком Йозефом Фраунгофером. Он наладил контроль поверхностей линз по так называемым цветным кольцам Ньютона, разработал механические приборы для контроля линз (сферометры) и проанализировал расчёты Доллонда. Он начал измерять показатели преломления с помощью света натриевой лампы и заодно изучил спектр Солнца, найдя в нём множество тёмных линий, которые до сих пор называют фраунгоферовыми.

Сантиметровый объектив для Дерптского рефрактора (Дерпт - ранее Юрьев, ныне Тарту, Эстония), изготовленный Фраунгофером, был прекрасно скорректирован по хроматической и сферической аберрациям; этот телескоп долгое время оставался крупнейшим в мире. Монтаж телескопа в Дерпте вёлся под руководством Василия Струве (впоследствии - основателя и директора Пулковской обсерватории).

Дерптский рефрактор оказался невероятно удачным прибором. С его помощью Струве измерил расстояние до ярчайшей звезды северного полушария неба - Веги; оно оказалось огромным: около 26 световых лет. Конструкцию этого телескопа повторяли в течение всего XIX в.; небольшие телескопы делают по его образцу и сейчас.

6.ТЕЛЕСКОПЫ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ

К середине XIX в. Фраунгоферов рефрактор стал основным инструментом наблюдательной астрономии. Высокое качество оптики, удобная монтировка, часовой механизм, позволяющий держать телескоп постоянно наведённым на звезду, стабильность, отсутствие необходимости непрерывно что-то подстраивать и регулировать завоевали заслуженное признание даже самых требовательных наблюдателей. Казалось бы, будущее рефракторов должно быть безоблачным. Однако наиболее проницательные астрономы уже поняли три главных их недостатка: это всё же заметный хроматизм, невозможность изготовить объектив очень большого диаметра и довольно значительная длина трубы по сравнению с кассегреновским рефлектором того же фокуса.

Хроматизм стал более заметным, потому что расширилась спектральная область, в которой велись исследования небесных объектов. Фотографические пластинки тех лет были чувствительны к фиолетовым и ультрафиолетовым лучам и не чувствовали видимую глазом сине-зелёную область, для которой ахроматизировали объективы рефракторов. Приходилось строить двойные телескопы, в которых одна труба несла объектив для фотографических наблюдений, другая - для визуальных.

Кроме того, объектив рефрактора работал всей своей поверхностью, и в отличие от зеркала под него нельзя было подвести с задней стороны рычаги, уменьшающие его прогиб, а на зеркальных телескопах такие рычаги (система разгрузок) применялись с самого начала. Поэтому рефракторы остановились на диаметре около 1 м, а рефлекторы позднее дошли до 6 м, и это не предел.

Как всегда, появлению новых рефлекторов способствовало развитие техники. В середине XIX столетия немецкий химик Юстус Либих предложил простой химический метод серебрения стеклянных поверхностен Это позволило изготовлять зеркала из стекла. Оно лучше полируется чем металл, и значительно легче его. Стекловары также усовершенствовали свои методы, и можно было смело говорить о заготовках диаметром около 1 м.

Оставалось разработать научнообоснованный метод контроля вогнутых зеркал, что и сделал в конце 50-х гг. XIX в. французский физик Жан Бернар Леон Фуко, изобретатель общеизвестного маятника. Он помещал в центр кривизны испытываемого сферического зеркала точечный источник света и загораживал его изображение ножом. Глядя, с какой стороны при движении ножа перпендикулярно оси зеркала на нём появляется тень, можно установить нож точно в фокусе, а затем очень ясно увидеть неоднородности и ошибки поверхности. Таким методом можно исследовать и рефракторы: точечным источником служит звезда. Чувствительный и наглядный, метод Фуко применяется и сейчас как любителями, так и профессионалами.

Фуко изготовил по своей методике два телескопа с длиной трубы 3,3 м и диаметром 80 см. Стало ясно, что у рефракторов Фраунгофера появился грозный конкурент.

В 1879 г. в Англии оптик Коммон изготовил вогнутое стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см. При его изготовлении использовались научные методы контроля. Зеркало приобрёл богатый любитель астрономии Кросслей, который смонтировал его в телескопе. Однако этот инструмент не устроил своего владельца, и в 1894 г. Кросслей объявил о его продаже. Приобрести его, правда бесплатно, согласилась организованная в Калифорнии Ликская обсерватория.

Кросслеевский рефлектор попал в хорошие руки. Астрономы стремились получить от него максимум возможного: новый телескоп приме-нялся для фотографирования астрономических объектов; с его помощью было обнаружено множество неизвестных ранее внегалактических туманностей, похожих на туманность Андромеды, но меньшего углового размера. Стеклянный рефлектор первого поколения показал себя эффективным.

Следующий телескоп такого типа был построен уже на американской земле - также в Калифорнии, на вновь созданной солнечной обсерватории Маунт-Вилсон. Заготовку для зеркала диаметром 1,5 м отлили во Франции; её обработка велась на обсерватории, а механические части были заказаны в ближайшем железнодорожном депо.

Как можно судить по документам, полную ответственность за новый телескоп нёс один человек - оптик Джордж Ричи. Он был, выражаясь современным языком, главным конструктором этого прибора. Основными усовершенствованиями являлись очень хороший часовой механизм, новая система подшипников, устройство для быстрой подвижки фотокассеты в двух направлениях и меры по выравниванию температуры вблизи главного зеркала, чтобы предохранить его форму от искажения из-за теплового расширения. Ричи сам фотографировал небо; время экспозиции доходило до 20 ч. (на день кассету с фотопластинкой убирали в тёмное помещение).

Результаты не заставили себя ждать: великолепные снимки Ричи до сих пор публикуются в учебниках и популярных изданиях.

Следующий, уже 2,5-метровый рефлектор, начал работать в Маунт-Вилсон в 1918 г. Все усовершенствования предшественника и опыт его эксплуатации были использованы при конструировании гигантского по тем временам инструмента.

Новый телескоп был эффективнее предыдущего в том смысле, что на нём обычный, не искушённый в обращении с телескопами астроном мог без труда фотографировать такие же слабые звёзды, какие получались на 1,5-метровом в качестве рекордных. А в руках мастера своего дела этот телескоп позволил сделать открытие мирового класса. В начале XX в. расстояние до ближайших галактик являлось для астрономов такой же загадкой, как расстояние от Земли до Солнца в начале XVII в. Известны работы, в которых утверждалось, что туманность Андромеды находится в нашей Галактике. Теоретики благоразумно помалкивали; тем временем уже был разработан надёжный метод определения расстояний до далёких звёздных систем по переменным звёздам.

Осенью 1923 г. в туманности Андромеды открыли первую переменную звезду нужного типа - цефеиду. Вскоре их число увеличилось до десяти в разных галактиках. Удалось определить периоды этих переменных, а по ним - расстояния до других галактик.

Измерение расстояний до нескольких внегалактических туманностей позволило установить, что чем дальше расположена галактика, тем с большей скоростью она от нас удаляется.

1,5- и 2,5-метровый рефлекторы долго служили верой и правдой наблюдательной астрономии; сейчас они выведены из эксплуатации из-за засветки неба мегаполисом Лос-Анджелеса.

Перечислим основные особенности современных телескопов первого поколения.

Во-первых, главные зеркала их имеют строго параболическую форму. Они изготовлены из стекла типа зеркального со значительным коэффициентом теплового расширения (что является недостатком, поскольку форма зеркала искажается из-за неодинаковой температуры различных его частей) и выглядят как сплошной цилиндр с отношением толщины к диаметру приблизительно 1:7.

Во-вторых, конструкция их трубы выполнена по принципу максимальной жёсткости. Укреплённые в ней главное и вторичное зеркала должны находиться на одной оси в пределах ошибок, заданных при расчёте оптики. Если этого нет, то качество телескопа непременно ухудшается, поэтому конструкцию трубы телескопа рассчитывают так, чтобы в любом положении гнутие трубы было меньше заданного оптиками допуска. Естественно, такая труба достаточно массивна. Подшипники телескопа - скольжения или шариковые. У первых двух телескопов нагрузку на них уменьшают поплавки, на которых телескоп почти плавает в ртутных ваннах.

7.СОЗДАНИЕ ТЕЛЕСКОПОВ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ

Итак, 2,5-метровый телескоп заработал и дал прекрасные научные результаты, а коллектив, cложившийся вокруг него на обсерватории Маунт-Вилсон, смело смотрел в будущее и обсуждал возможность создания более крупного инструмента. При этом называли диаметр 5 и даже 7,5 м. Заслугой руководителя обсерватории Дж. Хейла является то, что он уберег своих сотрудников от ненужного стремления ко всё большим размерам и ограничил диаметр нового прибора пятью метрами. Кроме того, он достал (и это в условиях надвигающегося экономического кризиса 1929 - 1933 гг.) значительную сумму, позволившую начать работы.

Зеркало сплошным делать былс нельзя: его масса при этом составила бы 40 т., что чрезмерно утяжелило бы конструкцию трубы и других частей телескопа. Его также нельзя было делать из зеркального стекла, ведь с подобными зеркалами наблюдатели уже намучились: при перемене погоды и даже при смене дня и ночи форма зеркала искажалась, и оно чрезвычайно медленно «приходило в себя». Конструкторы хотели изготовить зеркало из кварца, у которого коэффициент теплового расширения в 15 раз меньше, чем у стекла, но этого сделать не удалось.

Пришлось остановиться на пирексе - разновидности жаропрочного стекла, разработанного для производства прозрачных сковород и кастрюль. Выигрыш в коэффициенте расширения составил 2,5 раза. В 1936 г. со второй попытки зеркало удалось отлить; на тыльной стороне оно имело ребристую структуру, что облегчило массу до 15 т и улучшило условия теплообмена. Обработка зеркала велась на обсерватории; на время Второй мировой войны она была приостановлена и закончилась в 1947 г. В конце 1949 г. 5-метровый телескоп вступил в строй.

Как и в рефлекторах первого поколения, форма его главного зеркала была параболической, наблюдения могли вестись в ньютоновском, кассегреновском, прямом или ломаном фокусах. Последний не перемещается при движении телескопа, и в нём можно устанавливать тяжёлое неподвижное оборудование, например большой спектрограф.

В конструкцию трубы 5-метрового рефлектора были внесены кардинальные изменения: она перестала быть жёсткой. Инженеры разрешили её концам гнуться относительно центра при условии, что оптические детали не будут смещаться друг относительно друга. Конструкция оказалась удачной и до сих пор используется во всех без исключения ночных телескопах.

Пришлось также изменить конструкцию подшипников телескопа. 5-метровый телескоп «плавает» на тонком слое масла, нагнетаемого компрессором в пространство между осью и её подшипниками. Такая система не имеет трения покоя и позволяет инструменту вращаться точно и плавно.

Одним из важнейших результатов работы 5-метрового рефлектора обсерватории Маунт-Вилсон стало достоверное доказательство того факта, что источником энергии звёзд являются термоядерные реакции в их недрах. Настоящий информационный взрыв в области исследования галактик также в значительной степени обязан наблюдениям на этом телескопе.

Телескопов второго поколения было изготовлено множество; характерным представителем их является рефлектор диаметром 2,6 м Крымской обсерватории.

Несколько слов о телескопостроении в нашей стране. В 30-х гг. сложилось эффективное сотрудничество между астрономами и создателями телескопов, но ни на одной обсерватории они не были объединены - это произошло позднее. Планировалось изготовить 81-сантиметровый рефрактор, рефлекторы диаметром 100 и 150 см и многочисленное вспомогательное оборудование. Великая Отечественная война помешала полностью осуществить эту программу, и первая серия телескопов небольшого диаметра (до 1 м) появилась в СССР только в 50-е гг. Затем были сооружены два рефлектора диаметром 2,6 м и 6-метровый телескоп. Практически во всех южных республиках СССР были созданы новые или получили значительное развитие уже имевшиеся там обсерватории.

8.РАЗРАБОТКА РЕФЛЕКТОРОВ ТРЕТЬЕГО И ЧЕТВЁРТОГО ПОКОЛЕНИЙ

Работа на рефлекторах второго поколения показала, что 3-метровый телескоп с высококачественной оптикой, установленный в пункте со спокойной атмосферой, может оказаться эффективнее 5-метрового, работающего в более плохих условиях. Это было учтено при разработке рефлекторов третьего поколения.

Конструирование нового телескопа отличается от работ по созданию других видов техники. Современный самолёт испытывается много лет в виде опытных образцов и лишь потом идёт в серийное производство. Сейчас крупный телескоп стоит примерно столько же, сколько самолёт, но у астрономов, к сожалению, не бывает денег на опытный образец. Его заменяют тщательное изучение имеющихся инструментов и частые обсуждения проектов. Обычно первыми строятся один-два инструмента серии; накопленный при этом опыт чрезвычайно ценен. Если инструмент очень велик и дорог, всё же строится опытный экземпляр меньшего размера.

Основной особенностью телескопов третьего поколения является главное зеркало диаметром 3,5 - 4 м гиперболической (а не параболической) формы, изготовленное из новых материалов: плавленого кварца или ситаллов - стеклокерамики с практически нулевым тепловым расширением, разработанной в СССР в 60-е гг. Применение в кассегренов-ской конфигурации главного гиперболического зеркала позволяет значительно расширить поле хороших изображений; расчёт этой системы был выполнен в 20-е гг. Телескопы третьего поколения стремятся устанавливать в местах, специально выбранных по спокойствию атмосферы. Подобных телескопов в настоящее время построено довольно много; считается, что это инструмент университетского класса.

Метровый телескоп, вошедший в строй в 1975 г., хотя и относится ко второму поколению, но в его конструкцию было внесено одно кардинальное изменение. Телескопы предыдущих поколений устанавливались экваториально. Они сопровождали наблюдаемую звезду, поворачиваясь со скоростью одного оборота в звёздные сутки вокруг оси, направленной на полюс мира. По второй координате объекта - склонению - телескоп устанавливается до начала фотографирования и вокруг этой оси больше не вращается.

Ещё до Второй мировой войны отечественный конструктор астрономических приборов Н.Г. Пономарёв обратил внимание на то, что труба телескопа и вся его конструкция будут значительно легче, а значит, и дешевле, если перейти от экваториальной к азимутальной установке, т. е. если телескоп будет вращаться вокруг трёх осей - оси азимута, оси высоты и оптической оси (там можно вращать только кассету с фотопластинкой). Эта идея и была осуществлена в 6-метровом телескопе, получившем название БТА (Большой телескоп азимутальный). Он установлен в астрофизической обсерватории на Северном Кавказе, вблизи станицы Зеленчукской.

Азимутальная монтировка используется во всех без исключения телескопах четвёртого поколения. Кроме этого новшества для них характерно исключительно тонкое зеркало, форма которого подстраивается с помощью ЭВМ после автоматического анализа оптической системы по изображению звезды. Строится более десяти инструментов такого типа диаметром более 8 м, и уже работает их модель диаметром 4 м. Трудно даже представить, какие новые открытия они принесут астрономии.

9.ПРИЁМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ И ИЗОБРАЖЕНИЯ

Какую бы сложную систему из телескопа, светофильтров, интерферометров и спектрографов ни соорудили астрономы, на её выходе неизбежно находится приёмник излучения или изображения. Приёмник изображения регистрирует изображение источника. Приёмник излучения регистрирует только интенсивность излучения, ничего не сообщая о том, каковы форма и размер объекта, который его освещает.

Первым приёмником изображения в астрономии был невооружённый человеческий глаз. Вторым стала фотопластинка. Для нужд астрономов были разработаны фотопластинки, чувствительные в самых разных областях спектра, вплоть до инфракрасной и, что самое главное, хорошо работающие при наблюдении слабых объектов. Астрономическая фотопластинка - исключительно ёмкий, дешёвый и долговечный носитель информации; многие снимки хранятся в стеклянных библиотеках обсерваторий более ста лет. Самая большая фотопластинка применяется на одном из телескопов третьего поколения: её размер 53 х 53 см!

В начале 30-х гг. ленинградский физик Леонид Кубецкий изобрёл устройство, названное впоследствии фотоэлектронным умножителем (ФЭУ). Свет от слабого источника падает на нанесённый внутри вакуумной колбы светочувствительный слой и выбивает из него электроны, которые ускоряются электрическим полем и попадают на пластинки, умножающие их число. Один электрон выбивает три - пять электронов, которые в свою очередь размножаются на следующей пластинке и т. д. Пластинок таких около десяти, так что усиление получается огромное. Фотоумножители производятся промышленным способом и широко применяются в ядерной физике, химии, биологии и астрономии. Работа по исследованию источников звёздной энергии была выполнена в значительной степени с помощью ФЭУ - этого простого, точного и стабильного прибора.

Почти одновременно с фотоумножителем в разных странах изобретатели независимо друг от друга создали электронно-оптический преобразователь (ЭОП). Он применяется в приборах ночного видения, а специально разработанные высококачественные приборы этого типа эффективно используются в астрономии. ЭОП также состоит из вакуумной колбы, на одном конце которой имеется светочувствительный слой (фотокатод), а на другом - светящийся экран, подобный телевизионному. Выбитый светом электрон ускоряется и фокусируется на светящемся под его действием экране. В современные ЭОП вставляют усиливающую электронное изображение пластинку, составленную из множества микроскопических фотоумножителей.

Значительное распространение в астрономии в последние годы получили так называемые приборы с зарядовой связью (ПЗС), уже завоевавшие себе место в передающих телекамерах и переносных видеокамерах. Кванты света здесь освобождают заряды, которые, не покидая специально обработанной пластинки из кристаллического кремния, скапливаются под действием приложенных напряжений в определённых её местах - элементах изображения. Манипулируя этими напряжениями, можно двигать накопленные заряды таким образом, чтобы направить их последовательно по одному в обрабатывающий комплекс. Изображения воспроизводятся и обрабатываются при помощи ЭВМ.

Системы ПЗС очень чувствительны и позволяют измерять свет с высокой точностью. Самые большие приборы такого рода не превосходят по размеру почтовую марку, но тем не менее эффективно используются в современной астрономии. Их чувствительность близка к абсолютному пределу, поставленному природой; хорошие ПЗС могут регистрировать «поштучно» большую часть падающих на них квантов света.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

телескоп галилей рефлектор

1.Михельсон Н.Н. Оптические телескопы: Теория и конструкция. - М.: Наука, 1976.

2.Максутов Д.Д. Астрономическая оптика - М.: Наука, 1979.

Навашин М.С. Телескоп астронома-любителя. - 4-е изд. - М.: Наука, 1979.

Любительские телескопы. Сб. статей/Под ред. М.М. Шемякина. - М.: Наука, 1975.

5.Максутов Д.Д. Оптические плоскости, их исследование и изготовление. - Л., 1934.

Мельникое О.А., Слюсарев Г.Г., Марков А.В., Купревич Н.Ф. Современный телескоп. - М.: Наука, 1975.

Сулим А.В. Производство оптических деталей. - 2-е изд., дополн. - М.: Высшая школа, 1969.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Доподлинно не известно имя человека, который первым изобрел телескоп . Известно, что в XVI веке пытался изобрести телескоп Леонардо да Винчи, однако никаких письменных доказательств не сохранилось. Некоторые ученые обнаружили первые упоминания о телескопе в трудах английского философа Роджера Бэкона, проживавшего в XIII веке. На этом основании они утверждают, что он был первым изобретателем телескопа. В своей «Диоптрике» Декарт утверждает, что зрительную трубу совершенно случайно изобрел в начале XVII века в Нидерландах Яков Мециус — человек, далекий от науки. Независимо от Мециуса свой вариант подзорной трубы представил в 1608 году бельгийский мастер по изготовлению очков Иоанн Липперсгейм. Созданная им подзорная труба позволяла наблюдать за удаленными предметами.

Данное изобретение не могло оставить без внимания выдающегося физика и астронома Галилео Галилея. В 1609 году Галилей сконструировал зрительную трубу, состоявшую из свинцовой трубки и двух стеклянных линз на ее концах. С одной стороны линзы были плоские, зато с другой — одна линза была вогнутая, а другая — выпукло-сферическая. Хотя Галилей и не был изобретателем зрительной трубы, он первый создал ее на научной основе, используя известные оптике знания. Он создал мощный инструмент для дальнейших научных исследований и открытий. Используя данное изобретение в области астрономии, он первый увидел ночное небо, Луну и звезды через телескоп, что позволило ему в дальнейшем сделать немало потрясающих открытий. На поверхности Луны он обнаружил горы и долины, в созвездии Плеяд он обнаружил более 30 звезд вместо числившихся ранее 7, а в созвездии Ориона он насчитал 80 звезд вместо 8. Наблюдая за Юпитером, он предположил, что эта планета имеет свои спутники, а по размерам она в несколько раз больше Земли. Венера вращается вокруг Солнца, а Солнце — вокруг своей оси. И все эти удивительные открытия были сделаны благодаря телескопу. Правда, Галилей называл свое изобретение «окуляром».

«Телескопом» его впервые назвал филолог Демесиани, что переводится с греческого, как «смотрю в даль». В 1610 году выдающийся немецкий астроном и математик Иоганн Кеплер усовершенствовал конструкцию астрономической зрительной трубы, объектив и окуляр которой были двояковыпуклыми. Это изобретение используется и в современных телескопах-рефракторах. Свою теорию зрительных труб и оптических приборов Кеплер подробно изложил в своем капитальном труде «Диоптрика». В 1613 году астроном Шейнер построил телескоп по схеме Кеплера. Первый телескоп Галилея давал увеличение предмета в 14 раз, второй — почти в 20 раз, третий — в 34.6 раза. Многие ученые начали сооружать более мощные телескопы, что давало стократное увеличение предмета, длина трубки достигала 40 и более метров. Самый мощный телескоп, дающий 600-кратное увеличение, создал в 1664 году астроном Оз. Самым большим недостатком этого приспособления оказалась длина трубки, она достигала 98 м и затрудняла проводить наблюдения.

Решить эту проблему удалось после предложенной в 1672 году выдающимся английским ученым Исааком Ньютоном новой конструкции телескопа. В конструкции нового телескопа-рефлектора в роли объектива было использовано вогнутое металлическое зеркало. Усовершенствованием телескопов-рефлекторов занимался русский ученый М. В. Ломоносов. Он создал отражательный телескоп-рефлектор, а также «ночезрительную трубу», позволявшую вести в ночное время наблюдение. До середины XIX века одним из лучших считался уникальный телескоп-рефлектор Уильяма Гершеля. Он использовал зеркало, диаметр которого составил 122 см. В середине XIX века другим английским астрономом был предложен новый зеркальный телескоп. Телескоп Уильяма Парсонса был еще более внушительных размеров, так его диаметр равнялся 183 см, а фокусное расстояние — 18м. В настоящее время нашли широкое применение как рефракторные, так и зеркальные приборы. Правда, ученые предпочитают использовать телескопы-рефлекторы (зеркальные).

Историко-астрономические исследования, XV / Отв. ред. Л.Е. Майстров - М., Наука, 1980

В.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.