David Laserna - Гюйгенс Волновая теория света. В погоне за лучом

Большие телескопы не являются изобретением XX века. Чем меньше изгиб сферической линзы, тем слабее проявляется эффект хроматической аберрации. Как мы уже видели, чем меньше изгиб, тем меньше отклоняются лучи света и тем больше фокусное расстояние линзы. Однако большое фокусное расстояние требовало от производителей телескопа как можно дальше разнести объектив и окуляр. Так началась гонка, связанная с созданием все более длинных телескопов.

Однако прочность и маневренность труб представляли некоторые ограничения. Установленные всего на одну опору, телескопы изгибались, ломались, а также смещались при ветре. Гюйгенс разрубил гордиев узел, просто убрав из конструкции трубу. На рисунке мы видим один из его воздушных телескопов, в которых объектив и окуляр вставлены в два коротких металлических цилиндра, соединенных натянутой веревкой. С ее помощью можно регулировать и высоту столба, на котором располагается объектив. Опора, поддерживающая линзу сверху, не двигается за счет противовеса. Ночью Гюйгенс пользовался лампой, чтобы определить положение объектива, ориентируясь по отражению света в стекле.

Рисунок одного из воздушных телескопов Гюйгенса.

Следуя примеру Галилея, которого Гюйгенс беспредельно уважал, он посвятил свою Systema Satumium выдающемуся члену семьи Медичи — Леопольду, сыну Козимо II. Он ожидал чего угодно, но только не того, что герцог оставит этот жест без ответа — а именно это и случилось. Леопольд невольно оскорбил ученого не потому, что был плохо воспитан, а из-за того, что Гюйгенс поставил его в затруднительное положение. Satumium, как и «Звездный вестник», написанный раньше Галилеем, относился к жанру гелиоцентрического трактата, который не очень-то жаловали в Ватикане. Двор Леопольда располагался во Флоренции — городе, куда более близком к Риму, чем особняк Гюйгенса в Гааге. Хотя Церковь и не заняла никакой официальной позиции по поводу открытия кольца Сатурна, влиятельный иезуит Оноре Фабри предложил альтернативное решение вопроса в рамках геоцентрической теории. Он мог рассчитывать на поддержку Эустакио Дивини, обиженного на Гюйгенса за то, что тот отрицал совершенство его телескопов. Вместе они написали трактат, в котором труд голландского ученого был полностью переработан. Назывался он Brevis annotatio in Systerna Satumium («Краткая аннотация к «Системе Сатурна») и был также посвящен Леопольду Медичи. Как и следовало ожидать, теория Фабри носила консервативный характер, исходя из нее спутников было несколько. В ее первой версии у Сатурна было четыре спутника: два маленьких и не светящихся, два среднего размера и отражающих свет. Они вращались не вокруг планеты, а вокруг двух точек, расположенных за ней. Чтобы объяснить обнародованные результаты наблюдений, авторы прибегали к таким изощренным операциям с орбитами, какие Птолемею и не снились. Гюйгенс выдвинул несколько возражений, в ответ на это Фабри добавил еще два спутника.

Таким образом, Леопольд оказался под перекрестным огнем. В книге Фабри выдвигалась изощренная, но тем не менее геоцентрическая теория, а ее автор был уважаемым членом Церкви. Труд же Гюйгенса подтверждал строгую и любопытную теорию Коперника, но поскольку родиной автора были Нидерланды, он был окружен подозрительным ореолом кальвинизма. Гюйгенс опирался лишь на свои наблюдения и рассуждения, а его оппоненты применяли несколько техник убеждения, в частности одним из аргументов было то, что их теория не противоречит Священному Писанию и учению Церкви.

Звучали в тексте Фабри и прозрачные намеки на процесс над Галилеем. Герцог решил выйти из тупика, прибегнув к услугам собственной научной организации — Академии дель Чименто, одному из первых научных обществ Европы, которое сам Леопольд и основал. Разбираться в запутанном деле выпало экспертам.

Выполняя приказ Леопольда и отдавая дань уважения названию академии (cimento на латыни означает «опыт», «эксперимент». — Примеч. перев.), ее члены созвали комиссию, которая должна была рассмотреть оба варианта. Сначала были сделаны макеты моделей Гюйгенса и Фабри, которые стали изучаться с больших расстояний при помощи телескопов разного разрешения. Чтобы избежать влияния собственных убеждений на чистоту эксперимента, для описания наблюдаемых фигур были приглашены люди, не состоящие в комиссии. Модель Фабри правильно отразила только два облика Сатурна — в виде одного и трех тел, остальные формы по этой модели не соответствовали ничему, что наблюдалось в небе. Что касается модели Гюйгенса, она натолкнулась лишь на одно препятствие: сколько бы край кольца ни поливали поглощающими веществами, оно никак не исчезало, когда его освещали «Солнцем».

Исчез диск только тогда, когда его вырезали очень тонким и поставили ребром. Простая механическая модель подтверждала, таким образом, правоту Рена. Однако именно потому, что в ходе эксперимента победу одержал Гюйгенс, Академия дель Чименто так и не обнародовала свои выводы.

Тот, кто, как и Коперник, думает, что наша планета Земля вращается вокруг Солнца и освещается им, как и другие, не сможет избежать того, чтобы иногда не фантазировать [...], что и остальные планеты имеют свое собственное устройство и могут быть населены, прямо как наша Земля.

Христиан Гюйгенс

Внеся небольшие изменения в свою модель, Гюйгенс предсказал последующие изменения Сатурна с точностью, не имеющей аналогов. Даже Фабри не мог отрицать очевидное. Перед тем как отказаться от своей теории, он даже любезно заметил, что, прочитав Systema Satumium, уже не мог не видеть кольцо всякий раз, глядя на Сатурн. Труд Гюйгенса расширил человеческие представления, и наш разум наконец-то смог различить на небосводе кольцо. Дивини оказался менее гибким и не признавал существования кольца до тех пор, пока не увидел его собственными глазами при помощи телескопа, сконструированного его братом.

Поскольку объектив проецирует изображение внутрь телескопа, этим изображением можно манипулировать до того, как его увеличит окуляр. Гюйгенс использовал это обстоятельство, чтобы внести в конструкцию инструмента два важных улучшения. Галилей в свое время уже понял, что, прикрыв кружком бумаги край объектива (где скапливаются все дефекты ручной обработки линз и артефакты сферической аберрации), можно получить менее яркое, но более четкое изображение. Оптимальные размеры кружка он определил опытным путем, а Гюйгенс сделал то же самое, используя математический подход. При этом голландец обнаружил, что лучше помещать кружок не на сам диск, а на изображение, им порожденное. Таким образом частично исправлялась и хроматическая аберрация.