Вильям Гершель и его последователи

Гершели были выходцами из Моравии. В XVII веке, вероятно, по религиозным убеждениям, семейство Гершелей покинуло родину и переселилось в Саксонию, где в 1738 году у полкового музыканта Исаака Гершеля родился сын Вильям. Это был четвертый сын в многодетной семье, которому предстояло стать одним из величайших астрономов мира.

Уже в детские и юношеские годы Вильям Гершель проявил любовь к точным наукам. Однако долгое время ему приходилось идти по стопам своего отца, что, впрочем, он делал с большим успехом. Вильям Гершель прекрасно играл на гобое, скрипке и уже в 17-летнем возрасте вместе с отцом ездил в Англию на гастроли. Два года спустя он окончательно переехал из Ганновера в Англию, которая и стала его второй родиной. Здесь в городе Бате Вильям Гершель стал органистом местной капеллы и учителем музыки. Хотя обе должности приносили немалый доход, Гершель все же не считал занятия музыкой своим основным призванием. Все свободное время он уделял чтению книг по астрономии, оптике, математике. В конце концов у него возникло сильнейшее желание самому увидеть те небесные объекты, о которых он читал в книгах.

В 1773 году в руки Гершеля на короткое время попал небольшой телескоп. Качество этого инструмента было невысокое и первый опыт астрономических наблюдений побудил Гершеля самому заняться изготовлением рефлекторов. Здесь проявились замечательные качества великого астронома — необыкновенное трудолюбие, соединенное с высоким мастерством. За два последующих десятилетия Гершель собственноручно изготовил 430 параболических зеркал! Заметим, что первые 15 лет он шлифовал зеркала вручную и лишь после этого изобрел специальные машины для шлифовки и полирования.

Шлифовать металлические зеркала очень трудно. Это нудная работа, которую нельзя прерывать ни на минуту и которая длится иногда подряд около шестнадцати часов. В такие тяжелые дни сестра Вильяма Каролина Гершель кормила своего брата — шлифовальщика из собственных рук. Женщина эта оставила заметный след в истории астрономии. Кроме постоянной помощи брату в наблюдениях и вычислениях, Каролина Гершель за свою долгую 98-летнюю жизнь самостоятельно открыла несколько комет.

Первый рефлектор Гершель построил по системе Грегори. Его зеркало имело диаметр 16 см и фокусное расстояние около двух метров. Первое наблюдение с этим инструментом (туманности Ориона) в дневнике Гершеля помечено 4 марта 1774 года. Среди последующих многочисленных телескопов Гершеля особо следует отметить 20-футовые и 40-футовые¹ рефлекторы.

Первый из этих инструментов обладал зеркалом с поперечником в 47 см и был в ту пору крупнейшим телескопом мира. Его штативом служила громоздкая и примитивная установка из лестниц, канатов и блоков. Нижняя рама этой установки имела ролики, катившиеся по кольцевому желобу. Таким образом 20-футовый рефлектор Гершеля мог перемещаться и по высоте и по азимуту.

Свои главные астрономические открытия Гершель сделал именно с этим телескопом. За долгие годы наблюдений он открыл около 2500 туманностей, 806 двойных звезд, совершил четыре полных обзора доступной ему части звездного неба. Его подсчет количества звезд в разных направлениях (знаменитый «метод черпков») позволил впервые, разумеется, в самых общих чертах, представить себе строение нашей звездной системы — Галактики. Гершель не щадил себя — иногда за ночь он успевал внимательно пронаблюдать до 400 различных небесных объектов!

13 марта 1781 года, наблюдая окрестности звезды Эта Близнецов, Гершель неожиданно заметил странное тело с заметным диском. Это была новая, неизвестная дотоле крупная планета Солнечной системы, обращающаяся вокруг Солнца далеко за орбитой Сатурна. Поначалу Гершель в честь английского короля Георга назвал новую планету Георгией. Но традиция в конце концов восторжествовала и новая планета окончательно получила наименование Уран (по имени мифического бога неба).

Это первое крупное открытие Гершеля сразу принесло ему всемирную известность. Из скромного музыканта, любителя астрономии, Гершель стал Королевским астрономом Англии — должность, тотчас предоставленная ему королем. Гершель вместе с сестрой переехал в Слоу (близ Виндзора) и ему правительством были отпущены средства на строительство исполинского по тем временам 40-футового рефлектора.

В 1789 году новый телескоп был готов. Еще до того как телескоп укрепили в рабочем положении, его тубус, лежащий на Земле, осмотрели король, архиепископ Кентерберийский и прочая английская знать. Размеры и качества инструмента вызвали всеобщее восхищение. Король сам залез внутрь трубы и пригласил последовать за собою главу английской церкви, шутливо сказав при этом, что он «покажет ему путь на небо».

Крупнейший из гершелевских телескопов и впрямь даже на рисунке (рис. 21) производит внушительное впечатление. Его установка почти копировала ту, которую Гершель использовал для 20-футового рефлектора. Наблюдения с ним велись по системе Ломоносова — малого отражающего плоского зеркала не было, а окуляр укреплялся около входного отверстия трубы. Иногда Гершель обходился и вовсе без окуляра — его роль выполнял хрусталик глаза наблюдателя.

И все-таки свой крупнейший телескоп Гершель редко использовал для наблюдений. Гигантский тяжелый инструмент с его системой блоков и канатов был очень неуклюж, а огромное металлическое зеркало прогибалось под действием собственного веса, из-за чего сильно портились изображения. Это зеркало диаметром 122 см при толщине 9 см весило немногим менее тонны. Оно представляло собою сплав из 75% меди и 25% олова. Зеркала такого типа быстро тускнели, давали трещины и требовали частой переполировки. И такими несовершенными инструментами Гершель сумел сделать великие открытия!

Рис. 21. 40-футовый телескоп Гершеля.

К тому, что уже говорилось выше, добавим, что Вильям Гершель первым обнаружил движение Солнечной системы в пространстве; он открыл ряд спутников других планет; им впервые замечены активные вулканические процессы на Луне. Вообще трудно назвать ту отрасль астрономии, в которую не внес бы крупный вклад этот неутомимый труженик науки.

Вильям Гершель скончался в 1822 году на 84-м году своей жизни. Он похоронен в Слоу, недалеко от крупнейшего своего детища. Его единственному сыну Джону предстояло выполнить для южного полушария неба такую же работу, которую его отец совершил в Англии.

В отличие от Вильяма Гершеля, Джон Гершель уже сразу получил специальное физико-математическое образование в Кембриджском университете. Позже вместе с отцом он успешно проводил астрономические наблюдения, открыв при этом ряд новых двойных звезд и туманностей.

В 1833 году Джон Гершель вместе с семьей переехал в Южную Африку. С ним на 15 судах были доставлены в Капштадт 20-футовый рефлектор и другие инструменты. У подножия Столовой горы, недалеко от Капштадта, Джон Гершель построил обсерваторию. Здесь в течение четырех лет он подробно исследовал южное звездное небо, открыв множество неизвестных двойных звезд, звездных скоплений и туманностей. Тут же был снова применен «метод черпков», что позволило уточнить структуру Галактики.

После возвращения в Англию в 1838 году Джон Гершель привел в систему результаты наблюдений как своих, так и своего отца. В конце 1839 года по распоряжению Джона Гершеля труба исполинского 40-футового телескопа была положена на землю, а год спустя семейство Гершелей устроило внутри этой трубы некую церемонию. Здесь был пропет реквием в память Вильяма Гершеля, сочиненный его сыном, а затем трубу заколотили и, как сказано в реквиеме, она была «отдана в жертву всесокрушающему времени». Зеркало же телескопа до сих пор хранится в доме Гершелей, в Слоу.

Пример Вильяма Гершеля нашел себе последователей. В 1845 году английский пивовар Вильям Лассель после долгих трудов собственноручно построил отличный по качеству рефлектор с поперечником зеркала 61 см. Этот инструмент Лассель установил в своем имении Старфильд, вблизи Ливерпуля, и уже 10 октября 1846 года с его помощью был открыт Тритон — спутник недавно открытого Нептуна. Позже в 1851 году Лассель открыл два спутника Урана — Ариэль и Умбриэль.

В 1861 году ему удалось построить вдвое больший рефлектор с поперечником зеркала в 122 см — таким же, как у 40-футового телескопа В. Гершеля. Оба свои телескопа Лассель перевез на остров Мальту, где и погода была устойчивее и часть южного полушария звездного неба, недоступная в Англии, была здесь легко наблюдаемой.

Самый крупный рефлектор с металлическим зеркалом был сооружен ирландским аристократом Вильямом Парсонсом, носившим титул лорда Росса. Окончив Кембриджский университет и не нуждаясь в средствах, лорд Росс почти полностью отдался научным занятиям. Располагая громадным богатством, он решил соорудить крупнейший в мире телескоп, превзойдя в этом Вильяма Гершеля. После неудачных опытов с жидкими линзами Росс всю свою энергию обратил на создание исполинского рефлектора. К великому сожалению, Джемс Шорт, великий умелец в изготовлении высококачественных рефлекторов, перед смертью уничтожил все секреты своей фирмы и потому Росс должен был до всего доходить сам. Не было у него и деятельных, знающих помощников. Но все эти трудности не сломили его упорство.

В своем поместье Росс построил оптико-механические мастерские, своих крестьян он обучил оптике и механике, превратив их тем самым в опытных механиков и инженеров. Все вспомогательное оборудование находилось на высшем уровне тогдашней техники. Шлифовальные механизмы обслуживали паровые машины; всюду, где можно было механизировать ручной труд, Росс это сделал. Короче говоря, ирландский лорд всерьез превратился в знающего руководителя большого оптико-механического предприятия.

Трудно представить себе более тяжелый для обработки материал, чем сплав из четырех частей меди и одной части олова, на котором в конце концов остановился Росс. Этот материал был тверже стали, но хрупок как стекло, так что при малейшей неловкости в обращении с ним он дробился на множество мелких осколков. Но зато после полировки он отражал гораздо больше света, чем любые другие известные в те времена металлические сплавы.

Исполинское зеркало в 2 м диаметром и 15 см толщиной с фокусным расстоянием 14 м было отлито весной 1842 года. Три года ушло на его обработку и наконец в феврале 1845 года «левиафан» лорда Росса стал пригодным для созерцания Вселенной.

Установка телескопа вполне отвечала его размерам. Чтобы огромное зеркало m изгибалось под действием собственного веса, Росс придумал сложную систему платформ, подпорок и рычагов, обеспечивающих стабильность формы зеркала. Труба рефлектора длиной 18 м была сделана из еловых досок, скрепленных железными обручами. Внутри этой трубы свободно мог пройти человек с зонтиком (что, кстати сказать, и сделал местный пастор).

Рис. 22. Телескоп лорда Росса.

С двух сторон телескоп прикрывали огромные каменные стены, служившие и защитой от ветра и опорой для инструмента (рис. 22). Нижний конец, весивший 15 г, опирался на универсальный чугунный шарнир. Верхний же конец трубы фиксировался с помощью крепких цепей. Двое рабочих, вращая ворот, опускали или, наоборот, поднимали трубу по указанию Росса. К сожалению, по азимуту она могла сдвигаться в обе стороны не более чем на 12 градусов. Так как Росс для своего «левиафана» использовал систему Ньютона, площадка наблюдателя находилась сбоку от инструмента. Впрочем, иногда Росс наблюдал и по системе Ломоносова.

Открытия, сделанные Россом, трудно переоценить. Он увидел много новых двойных звезд, звездных скоплений и туманностей. Некоторые из последних, казавшиеся Гершелю облачками белого тумана, распались при наблюдениях в телескоп Росса на отдельные звезды. Россу удалось разложить на звезды даже края туманности Андромеды, чем было положено начало детальному изучению других звездных систем. Росс был первым, кто открыл спиральное строение некоторых из внегалактических туманностей.

После смерти Росса зеркало его телескопа быстро потускнело и пришло в негодность. Однако вплоть до первой четверти текущего века никому не удавалось создать телескоп более крупный, чем тот, с которым работал лорд Росс — пожалуй, величайший из любителей астрономии.

Примечания

1. Здесь указана длина телескопов, Английский фут равен 30,5 см.