Первые телескопы

Первые телескопы

История попыток человечества преодолеть ограничения, накладываемые свойствами глаза, берет свое начало, по меньшей мере, в Древней Греции.

Первые телескопы, по всей видимости, были зеркальными. В погибшем трактате Архимеда “Оптика” были разделы, посвященные свойствам вогнутых и выпуклых зеркал, а век спустя большое вогнутое зеркало стало использоваться для обнаружения, как бы мы теперь сказали, надводных целей, с вершины Александрийского маяка. О прямых астрономических применениях этого, без сомнения, выдающегося инструмента, сведений не сохранилось, но в дошедших до нас более ранних трактатах Анаксагора и Демокрита содержатся описания поверхности Луны, странным образом совпадающие с тем, что видно в восьмикратный бинокль. Позднее опять встречается только военное применение – Юлий Цезарь перед завоеванием Британии рассматривал дальний берег через пролив с помощью подобного устройства.

Далее, в мрачном свете зарева Александрийской библиотеки, история теряется. На тысячелетие, в первые века которого ушли из жизни все, кто мог что-то рассказать или что-то изготовить. Грубый ящик Космы Индикоплейста пришел на смену земному шару Эратосфена. А рассматривание “престола божьего” в подзорную трубу стало занятием, небезопасным для жизни.

Все, что нам известно об этом периоде с точки зрения оптики – так называемые линзы Висби, обнаруженные в Швеции в составе клада эпохи викингов. Клад датируется XI – XII веком и содержит качественно обработанные линзы из горного хрусталя диаметром до 50 мм. Линзы, которые принципиально могли входить в состав оптики малогабаритного телескопа, сейчас экспонируются в музеях на острове Готланд и в Стокгольме.

К XIII веку относится изобретение очков, что впервые вызвало массовый спрос на продукцию оптиков. Шлифовка стекол производилась на медных и железных формах с использованием толченого кирпича в качестве абразива и последующей полировкой сукном. Примечательно, что уже в следующем веке в Венеции, ставшей монопольным производителем таких стекол, цеховыми правилами регламентировалось делать их исключительно из цветного стекла, а изготовленные из обычного – уничтожать.

Но для того, чтобы появились первые телескопы, понадобилось еще не менее трех веков. Эпоха Возрождения вызвала к жизни интерес к окружающему миру, первые попытки ощупью познать взаимосвязь вещей, но небо по-прежнему оставалось неприкосновенным.

Следующим шагом стало использование уже серийно производившихся линз в камерах-обскурах – предшественницах фотоаппаратов. Художники, мало-помалу отходившие от стилизованных канонов иконографии, обнаружили, что разметка изображения по контуру, создаваемому объективом на холсте, натянутом вместо задней стенки камеры, автоматически передает нужные пропорции. Занимался обскурами и великий Леонардо, в записях которого содержится уже прямая рекомендация по увеличению фокусного расстояния объектива для поднятия масштаба проекции.

И все же первые без сомнения действующие конструкции стали возникать только на рубеже XVI и XVII веков – как раз после распространения идей Джордано Бруно о принципиальной тождественности земного и небесного.

Имя изобретателя неизвестно – стремление утаить патентную формулу сыграло с ним злую шутку. Известно, что такие трубы успешно строили голландские мастера Захария Янсен и Иоганн Липперсгей, причем есть свидетельство о демонстрации трубы последним принцу Оранскому в 1608 году.

Получив сведения о работах голландских оптиков, профессор падуанского университета Галилео Галилей собрал свою зрительную трубу. Инструмент увеличивал всего в три раза, но он попал в руки человека, прекрасно понимавшего перспективы его применения. Первое же наведение устройства на звездное небо подтвердило, что звезд действительно больше, чем видно невооруженным глазом.

В том же 1609 году к идее астрономического использования голландского изобретения пришли англичанин Томас Хэрриот и немец Симон Марий, наблюдавшие в него Солнце и Луну, но опубликовать свои наблюдения осмелился только Галилей. За год были открыты кольцевые горы на Луне, четыре спутника Юпитера, солнечные пятна, что заслуженно обеспечило ученому место в римской академии Lincei. Название же “телескоп” было предложено основателем последней Федерико Чези на банкете в 1611 году.

Все эти первые телескопы, известные ныне как “труба Галилея”, были построены по одному и тому же принципу. Объективом служила двояковыпуклая линза, идентичная тем, которые применялись в очках, окуляром – двояковогнутая с большими радиусами кривизны.

Линзы Галилей изготавливал сам – в суммарном итоге более 300 штук, после чего отбирал для объективов лучшие. Такой подход позволил ему впоследствии поднять увеличение до 32 крат, но для различения колец Сатурна этого оказалось недостаточно – на рисунках эта планета представлена в виде тройной звезды. В то же время любая современная оптика при таком увеличении с задачей справляется. Галилей не знал, что для получения наивысшей четкости изображения даже при идеальных поверхностях диаметр одиночного объектива не должен превышать определенной величины – для метрового фокуса его сохранившейся трубы она составляет 12 миллиметров.

Его же объектив использует всю площадь линзы в 45 мм диаметром, что вызывало заметное глазом окрашивание изображения и потерю его четкости из-за свойств самого стекла, известную ныне как хроматическая аберрация.

Другим заметным недостатком стало малое поле зрения – в этом телескопе оно составляло только 7 минут дуги или четверть лунного диска. Современные оптические приборы на том же увеличении в состоянии обеспечить поле зрения в 2 – 3 градуса. Тем не менее, сохранилась сделанная Галилеем в этот инструмент зарисовка Нептуна, идентифицированного как новая планета только в 1846 году. Иоганн Кеплер в 1612 году предложил в астрономической трубе использовать окуляр в виде двояковыпуклой линзы, что приводило к перевернутому изображению, но повышало линейное поле зрения в 3 – 4 раза. Концептуально эта схема используется в астрономии до сих пор.

Общество не замедлило откликнуться на успехи науки – в 1616 году все труды, обосновывавшие вращение Земли с помощью телескопических наблюдений, попали в индекс запрещенных книг инквизиции.

К 1640 –м годам уже стало явным разделение телескопов на земные и астрономические. Для первых основным требованием стала компактность, зачастую приводившая к раздвижной трубе, для вторых – качество изображения. В 1645 году Ширль во Франции ввел в систему Кеплера оборачивающие линзы и с небольшими изменениями в земных зрительных трубах она применяется и в настоящее время. Развитие же астрономической оптики пошло по иному пути.

Многочисленными экспериментами было установлено, что чем длиннофокуснее рефрактор, тем больший диаметр объектива может в нем быть без потери качества. Влияние диаметра объектива на максимальное полезное увеличение телескопа также было установлено. Отсюда следовал вывод о том, что для открытий нужны сверхдлинные трубы.

Пионером этого начинания был Ян Гевелий, польский астроном, построивший 20-ти и 50-метровые телескопы в Гданьске. Поскольку ни для каких очков линзы с оптической силой в 0,02 диоптрии не годились, их ему изготавливали специально – впервые астрономия стала играть главенствующую роль. Огромное фокусное расстояние привело к тому, что окуляр стал не нужен – предельное для 10-см объектива увеличение в 200 крат достигалось при рассматривании изображения в фокальной плоскости невооруженным глазом, но линзы на окулярном конце были необходимы для повышения поля зрения.

Телескоп представлял собой жесткий брус с закрепленными на нем стеклами, который подвешивался с помощью полиспаста к вершине прочного столба, врытого в землю. Интересно отметить, что идея светозащитных диафрагм впервые была реализована, по-видимому, на этом телескопе. Изменение угла возвышения осуществлялось подъемом /опусканием средней точки бруса через полиспаст с помощью четырех человек, поворот по азимуту осуществлялся самим наблюдателем. С помощью этого инструмента были составлены карты Луны, опубликованные в 1647 году в работе “Селенография или описание Луны” и открыто явление либрации.

Голландия не осталась в стороне от своего начинания – эстафету Липперсгея подхватили братья Константин и Христиан Гюйгенсы, построившие так называемый воздушный телескоп с 60-мм объективом без привычной трубы. По вертикальному столбу перемещался только объектив, а астроном с окуляром находились на земле. Отсутствие тяжелого бруса позволило исключить полиспаст и обойтись для подъема объектива только одним человеком.

Для контроля взаимного расположения объектива и окуляра к их тубусам были приделаны примерно метровые планки, связанные тросиком. Натяжение его означало, что оптическая система выровнена и наблюдателю не остается ничего другого, как смотреть в окуляр, не забывая время от времени поддерживать натяжение. Что Христиан и делал, причем небезуспешно – первая зарисовка кольца Сатурна и изменения его вида за оборот планеты вокруг Солнца принадлежит ему и сделана на этом телескопе. Как и открытие спутника Сатурна Титан.

Тем не менее, существовали и небольшие и, по всей видимости, качественно выполненные астрономические инструменты, подобные изображенному на фронтсписе Almagestum Novum Риччоли, составленному в 1651 году. Этот телескоп имеет в длину не более двух метров, но карта Луны, составленная с его помощью, соответствует максимальному теоретическому разрешению объектива для такого фокуса.

Ближе ко второй половине века претендовать на лидирующее положение в астрономии стала Франция. Доминик Кассини, став директором Парижской обсерватории, пробил, что называется, финансирование 40-метрового телескопа с улучшенной оптикой и светоотсеканием, и стал лично на нем наблюдать. Результатом стало открытие щели между кольцами Сатурна и четырех его спутников.

Успехи длинных рефракторов породили волну проектов, таких как 98-метровый воздушный телескоп Озу и “телескоп в три тысячи футов”, предназначенный для рассмотрения обитателей Луны.

Но проекты остались проектами. Многометровый фокус инструментов Гевелия и Кассини стал практическим пределом для инструментов такого класса и был превзойден лишь однажды – на парижской выставке 1900 года в инструменте, никогда не работавшем практически.

Маленький настольный рефлектор Ньютона, изготовленный в 1668 году, ознаменовал собой начало новой, а точнее, хорошо забытой, эры. Эпоха “первых” закончилась.

Социальные закладки:



Рейтинг популярности - на эти заметки чаще всего ссылаются:

WalkSpace.Ru | Астрооборудование