Анатолий Томилин - Занимательно об астрономии

С незапамятных времен люди вели астрономические наблюдения невооруженным глазом. Инструменты предназначались в основном для измерения углов. С 1609 года наступает новый этап.

Примерно в это время Галилей писал в «Звездном вестнике»:

«Тому назад около десяти месяцев дошел до нас слух, что каким-то голландцем устроен инструмент, благодаря которому предметы, находящиеся на далеком расстоянии, кажутся как бы близ нас помещенными и могут быть рассматриваемы с ясностью. Действие этого удивительного снаряда подвергнуто было многим опытам, достоверности которых одни верили, другие нет. О том же самом несколько дней спустя известил меня письмом благородный галл Яков Бадовер из Лютеции. Все это так заинтересовало меня, что я посвятил все свои труды на изыскание научных начал и средств, которые делали возможным устройство инструмента подобного рода, и скоро нашел желаемое, основываясь на законах преломления света».

В августе 1609 года Галилей принес в дар венецианскому дожу свой первый телескоп «как инструмент, полезный для употребления на суше и на море». С этого момента начинается «новая эра оптической астрономии».

Интересно отметить быстрое распространение зрительных труб по всему миру. В дошедшей до нашего времени «Расходной книге денежной казны» русского царя Михаила Федоровича за 1614–1615 годы есть запись о том, что купец московский Михайло Смывалов привез из-за границы царю «трубочку, что дальное, в нее смотря, видитца блиско».

В музеях нашей страны до сих пор хранится большое количество зрительных труб не только иностранного, но и отечественного производства, снабженных такими именами мастеров, как Нартов, Кулибин и Беляев. Увлекались изготовлением подобных инструментов и Петр I, и Брюсс, и Ломоносов. Русские традиции строительства оптических приборов имеют многовековую давность. Не на пустом месте возник проект величайшего в мире телескопа, подаренного ленинградцами Советской стране в день ее пятидесятилетнего юбилея.

Но об этом еще речь впереди.

Самый большой в мире телескоп-рефрактор установлен в 1897 году в Йеркской обсерватории университета в Чикаго (США). Его диаметр D = 102 сантиметра, а фокусное расстояние — 19,5 метра. Представляете, сколько места ему надо в башне!

Главными характеристиками рефрактора являются:

1. Собирательная способность — то есть способность обнаруживать слабые источники света.

Если учесть, что человеческий глаз, собирающий лучи через зрачок с диаметром d примерно 0,5 сантиметра, в темную ночь может заметить огонек спички за 30 километров, то легко подсчитать, во сколько раз собирательная способность 102-сантиметрового рефрактора больше, чем у глаза.

Значит, любая звезда, на которую направлен 102-сантиметровый рефрактор, кажется в сорок с лишним тысяч раз ярче, чем если бы наблюдать ее без всякого инструмента.

2. Следующей характеристикой является разрешающая способность телескопа, то есть свойство инструмента воспринимать раздельно два близко расположенных объекта наблюдения. А так как расстояния между звездами на небесной сфере оцениваются угловыми величинами (градусы, минуты, секунды), то и разрешающая способность телескопа выражается в угловых секундах. Так, например, разрешающая способность йеркского рефрактора примерно равна 0,137 секунды.

То есть на расстоянии в тысячу километров он позволит свободно разглядеть два светящихся кошачьих глаза.

3. И последняя характеристика — увеличение. Мы привыкли к тому, что существуют микроскопы, увеличивающие предметы во много тысяч раз. С телескопами дело обстоит сложнее. На пути к четкому увеличенному изображению небесного тела стоят воздушные вихри атмосферы Земли, дифракция света звезд и оптические дефекты. Эти ограничения сводят на нет усилия оптиков. Изображение размазывается. Так, несмотря на то, что увеличение можно сделать и большим, как правило, оно не превышает 1000. (Кстати, о дифракции света — это явление связано с волновой природой света. Заключается оно в том, что светящаяся точка — звезда наблюдается в виде пятна, окруженного ореолом ярких колец. Это явление ставит предел разрешающей способности любых оптических приборов.)

Телескоп-рефрактор чрезвычайно сложное и дорогое сооружение. Существует даже мнение, что рефракторы очень большого размера вообще не практичны из-за трудностей при их изготовлении. Кто не верит в это, пусть попробует подсчитать, сколько весит линза объектива йеркского телескопа, и подумает, как ее укрепить, чтобы стекло не гнулось от собственной тяжести.

Главным недостатком рефракторов всегда были искажения, возникающие в линзах. Трудно получить большую стеклянную отливку совершенно однородной и без единого пузырька и раковины. Всего этого не боятся телескопы-рефлекторы — инструменты, основанные на принципе отражения. Вогнутое зеркало обладает прекрасными увеличительными свойствами. А сделать одну поверхность отливки идеальной куда проще, чем всю линзу.

Принцип отражения давно привлекал оптиков. Но во времена Галилея не умели делать хороших зеркал, да и шлифовать вогнутую поверхность нелегко. И потому отражательные инструменты давали мутные, нерезкие изображения.

«Я полагаю, — писал один из учеников Галилея, математик Бонавентуре Кавальери, в 1632 году, — что они (зеркальные телескопы-рефлекторы) никогда не дойдут до совершенства труб со стеклами…» И оптики продолжали строить длинные трубы, снабжая их линзами.

Но вернемся в старую Англию. 1667 год. В Лондоне только что прекратилась эпидемия чумы. Вернувшегося в Тринити-колледж Ньютона избирают младшим членом колледжа. А год спустя молодой магистр и не очень удачный профессор (Ньютон настолько плохо читал лекции, что студенты предпочитали на них не ходить) строит первую модель все-таки отражательного телескопа с зеркальцем в два дюйма. Телескоп — крошка, лилипут, но, оказывается, в него можно увидеть спутники Юпитера, что позволяют только солидные рефракторы. Окрыленный успехом и одновременно не удовлетворенный первыми результатами, Ньютон строит второй, более крупный прибор. (Кстати, его можно и сейчас видеть в коллекции Лондонского Королевского общества. Непременно посмотрите.)

Свой новый инструмент ученый посылает королю в 1671 году. Своевременный и очень разумный шаг. Вообще вопреки сложившимся легендам Исаак Ньютон вовсе не был лишенным честолюбия ученым-затворником, отнюдь. В течение своей жизни он принимал деятельное участие во многих комиссиях, был хозяином в Монетном дворе. Добрался до парламента. Правда, те же историки утверждают, что в анналах этого последнего учреждения сохранилось упоминание лишь о единственном случае, когда ученый попросил слова. Получив разрешение, Ньютон сказал: «Я прошу закрыть окно, потому что здесь страшно дует». После чего он сел на место и снова замолчал. Достоверность этого факта вряд ли превосходит «яблочный» случай. Но то, что король Карл II не отнесся к подарку безразлично, сомнений не вызывает. Не прошло и четырех месяцев со дня отправления посылки, как Ньютон был избран членом Лондонского Королевского общества. Вы скажете: «Всего-то за телескоп?» Удивляться этому не следует. В те времена телескопы были, пожалуй, самым распространенным хобби среди людей разных классов; так же как знание астрономии — непременным условием для того, чтобы считаться не только культурным, но и просто светским человеком. Мифология, астрономические термины и астрология так глубоко проникли в язык общества XVII века, что человек, незнакомый с этими предметами, мог просто не понять смысла разговора. А обсуждались астрономические проблемы в модных салонах, пожалуй, куда чаще, чем в наши дни на заседаниях астрономических обществ.