|
1. [Ж.Н. Делиль]. Польза экспериментов по дифракции света для астрономии (30-е гг. XVIII в.)1
[1]
Нельзя отрицать пользу экспериментов по дифракции света для астрономии, если принять во внимание, что основные наблюдения, которыми мы пользуемся для изучения небесных движений, — это затмения и соединения планет между собой. Итак, когда планета закрывает от нас другое [светило], как например когда Луна закрывает от нас неподвижные звезды, то, если известно, что лучи света, идущие от неподвижной звезды к нашим глазам по прямой линии, претерпевают дифракцию вблизи краев Луны, затмение обязательно должно (в соответствии с тем, что происходит из-за дифракции) казаться наступившим раньше или позже, чем оно наблюдалось бы, если бы не существовало никакой дифракции. И, следовательно, пользуясь для определения движения Луны точным временем, когда наступает это затмение, приходилось бы ошибаться на величину, на которую дифракция сдвигает затмение вперед или назад.
То же самое происходит и с затмениями Солнца, и по наблюдению этих затмений можно определить величину дифракции, сравнивая (если, например, это покрытие неподвижной звезды Луной) время наблюдаемого покрытия звезды со временем, необходимым Луне в ее движении на покрытие расстояния, равного тому, которое звезда затрачивает на прохождение за Луной. Если из-за действия эффекта параллакса эти интервалы [времени] оказались бы равными, то это было бы признаком того, что дифракция нечувствительна при таких наблюдениях. Если же различие между этими моментами времени существует, то отсюда легко вывести величину дифракции, которая была бы тем больше, чем больше видимое движение звезды было бы наклонено к краю Луны. Звезда, так сказать, проходила бы значительно дальше от Луны, чем [табличная].
По наблюдениям разностей прямых восхождений и склонений между краями Луны и звезды, сделанными до вхождения [в тень] и после выхода [из нее], получают видимое движение звезды относительно центра Луны, который считают неподвижным. Итак, если пронаблюдать также и величину видимого диаметра Луны, то этого будет достаточно для определения того, в какой момент наступает вхождение и выход. Но, пронаблюдав их, можно было бы увидеть, действительно ли они наступают в моменты, когда должны наступать. Именно это и должно показать, существует ли дифракция. Если же эта дифракция равна уменьшению видимого диаметра Солнца, которое г. Кассини2 нашел на гномоне Болоньи как составляющее 0,5 минут (дуги. — Н.Н.), то оно должно было бы здесь давать больше одной минуты времени, что продлило бы затмение на большую или меньшую величину...
[2]3
Следовало бы изучить по наблюдениям большого затмения Солнца 3 мая 1715 г., выполненным в разных местах, каков должен был быть видимый диаметр Луны для того, чтобы вывести отсюда дифракцию света Солнца при встрече его с краями Луны. Можно было бы сделать то же самое по речи в Парижской Академии, [опубликованной] под названием «Исследование видимого диаметра Луны во время солнечного затмения 3 мая 1715 г.».4 Можно было бы воспользоваться и наблюдениями, которые г. Галлей5 обещал собрать со всех мест Англии, где затмение было полным. Для этого нужно просмотреть «Философские записки», «Лейпцигские акты», «Регистр Парижской Академии»,6 где есть наблюдения в Упсале, наблюдение шевалье де Лувиля,7 наблюдения в Париже и т. д. Моменты затмения, солнечные пятна могли бы также послужить [для этого], и можно было бы сравнить элементы этого затмения с вычислением углов.
[3]
Рефракция отличается от дифракции не только по различию света, откуда происходят различные цвета, но еще и в зависимости от разной природы среды, через которую свет проходит, потому что рефракция больше в стекле, чем в воде, и потому что она так причудлива в кристалле исландского шпата.8 Следовало бы изучить также, различается ли дифракция, которую нашел г. Ньютон,9 в зависимости от различия света, потому что она больше в красном, чем в синем свете.
Следовало бы, говорю я, изучить, не заставляет ли различная природа тел изменяться и эффект дифракции. Различный удельный вес сред, в которых происходит преломление, кажется, может быть причиной различия в рефракции. Следовало бы посмотреть, не происходит ли того же и с дифракцией. Тела самые твердые, такие как золото, вызывают большую дифракцию, чем более легкие тела, такие как дерево или перо и т. д. И поскольку существует множество непрозрачных твердых тел, с которыми можно было бы провести эксперименты по дифракции, невыполнимые с более прозрачными телами, по которым можно изучать рефракцию, то эксперименты по дифракции лучше, чем эксперименты по рефракции, позволили бы открыть действие тел на свет и то, от какого свойства тел это действие зависит.
М.В. Ломоносов
Итак, следовало бы проделать эксперименты не только с телами разных удельных весов, но также и с телами разной природы, такими как более пористые, металлические, и с такими, которые притягивают, как амбра, магнит, коралл; с такими, которые светятся в темноте, и с растворами тех же самых тел, заключенными в трубки или как-нибудь иначе.10
[4]
В сообщениях о больших солнечных затмениях часто говорят, что там наблюдался цвет, распространявшийся на все объекты, который было страшно видеть, но не приходят точно к согласию относительно самого цвета. Не могли ли бы эти цвета быть теми самыми, что возникают при дифракции, наблюдающейся у края Луны? Благодаря этой дифракции окрашенные лучи последовательно проходят через все объекты, следуя за движением тени и вызывая из-за смешивания с темнотой цвет, более или менее печальный и пугающий, смотря по тому, было ли затмение бо́льшим или меньшим. Эти окрашенные лучи, падая на воздух нашей атмосферы, вызывают у нас представление о том, что и сам воздух того же цвета.
[5]
Поскольку из экспериментов, которые были проделаны над дифракцией, [выяснено], что эффекты от нее различны, смотря по тому, что точка, где ощущается эта дифракция, более или менее удалена от тела, у краев которого эта дифракция возникает, то нельзя ли сказать, что именно это и является причиной, почему не замечают на Юпитере, как и на Венере, того эффекта рефракции лучей света, который получается у края Луны, когда эта планета затмевает их от нашего взгляда?
[6]
Следует изучить цвета, которые должны возникать в середине объективов телескопов из-за различной преломляемости лучей разных цветов, сильно открывая объективы или размещая окуляры не очень близко к фокусу. Отсюда, может быть, удалось бы объяснить цвета, которые могут наблюдаться при некоторых затмениях неподвижных звезд или планет Луной, хотя бы они и наблюдались в середине [поля зрения] телескопа.
[7]
[Представляют интерес] солнечные пятна, которые видны на бумаге, при получении изображения Солнца в камере-обскуре через объектив.11 Эти пятна, говорю я, которые всегда сопровождаются цветами, более или менее живыми, доказывают, что цвета, возникающие из-за разной преломляемости лучей света, — те же самые в середине поля зрения телескопа, вне зависимости от различных обстоятельств. Следует изучить все эффекты с помощью наблюдения.
[8]
Пропустив свет Солнца через объектив и окуляр в камеру-обскуру и получив его [изображение] на белой бумаге, [мы увидим, что] пятна могут казаться окрашенными только в сильный темно-красный и оранжевый цвета с легким оттенком синего, если оно было насколько возможно лучше ограничено (т.е. отфокусировано. — Н.Н.). Синий цвет изменяет положение в зависимости от того, было ли пятно ближе к центру окуляра или к его краям. Синий цвет всегда направлен к середине окуляра, т. е. когда пятно было у краев окуляра, синий [цвет пятна] наблюдался в середине поля зрения телескопа, а когда пятно было в середине окуляра, синий [цвет] распространялся повсюду вокруг.
[9]
Я также проверял в эксперименте, не будет ли уменьшаться величина и эффект этих цветов при уменьшении отверстия объектива. Когда это удалось, пятна показались наиболее отчетливыми и цвета (т. е. цветные каемки. — Н.Н.) более или менее узкими благодаря самому маленькому отверстию, но тогда изображение Солнца стало гораздо более темным.
[10]
Важно наблюдение светящейся и окрашенной дуги, которая возникает вокруг пламени свечи.12 Весь видимый диаметр этого кольца на расстоянии 20 дюймов от моего глаза по наблюдению составлял около 8 градусов. Это явление возникает, когда светящееся тело закрывается от глаза. И хотя оно видно, но только кажется другой величины, чем реальное, смотря по тому, больше или меньше глаз близок к свету. Так что тело увеличивается по мере того, как глаз удаляется от него, как это и должно происходить для того, чтобы угол, под которым оно видно на каждом расстоянии, оставался тем же самым.
Примечания
1. Это очень интересная работа Ж.Н. Дел и ля, весьма характерная для Петербургской астрономической школы XVIII в., как в отношении тематики — астрофизической в полном смысле слова, так и по характеру разработки темы. Каждый, проходя стажировку в Петербургской обсерватории, знакомился с идеями Делиля о применимости лабораторных экспериментов по дифракции света к астрономии, т. е. к анализу физической природы явлений, наблюдаемых в атмосферах Солнца, планет и других небесных тел. В случае, когда у читателя рукописи возникали какие-либо соображения, он вклеивал в текст рукописи свою записочку. Так появилась и эта работа, с которой обязательно знакомились все, проходившие стажировку в обсерватории. Любые предложения сразу же обсуждались и проверялись всеми. Рукопись — из бумаг Делиля в Архиве Парижской обсерватории, шифр A21, л. 235—237. Делилевский шифр — № 15, 14. Первый пункт написан рукой Делиля. Работа представляет собой 10 заметок по дифракции света. Среди стажеров Петербургской обсерватории XVIII в., читавших эти заметки, были Л. Эйлер и М.В. Ломоносов. Это тем более интересно, что до сих пор считалось, будто ученые XVIII в. не изучали дифракцию света и не обращали внимания на это явление.
2. Имеется в виду Дж. Д. Кассини, основатель Парижской обсерватории, учитель Ж.Н. Делиля. Речь идет о работе: Cassini G.D. La meridiana del Tempio di S. Petronio, tirata e preparata per le osservazioni astronomiche l'anno 1655, rivista e restaurata l'anne 1695. Bologna, 1695.
3. Вторая заметка также написана рукой Делиля, однако позднее. Она вклеена в основной текст.
4. Имеется в виду статья Ж.Н. Делиля: M. Delisle le cadet. Sur l'atmosphere de la Lune // Mémoires de l'Académie royale des sciences (1715). Paris, 1718. P. 147—148.
5. Имеется в виду Э. Галлей.
6. Делиль рекомендует просматривать журналы: «Philosophical Transactions» (Лондон), «Acta eruditorum» (Лейпциг) и «Registre des manuscrits de l'Academie royale des sciences de Paris» (Париж).
7. Имеется в виду Ж.Е. Лувиль, ньютонианец, друг Делиля. Речь идет о его наблюдениях солнечного затмения 1715 г. в Лондоне вместе с Э. Галлеем: M. Chevalier de Louville. Observation faite à Londres de l'éclipse total du Soleil du 3 May 1715 n. st. // Mémoires de l'Académie royale des sciences (1715). Paris, 1718. P. 94.
8. Эта часть текста написана рукой Л. Эйлера и вклеена в текст Делиля. Интересно, что петербургские ученые думали и над двойным лучепреломлением, что многие из современных физиков считали невозможным.
9. Упомянув имя Ньютона, Делиль впервые и лишь однажды назвал дифракцию света изгибанием (inflexio), как называл это явление Ньютон.
10. Этот пункт статьи особенно любопытен, так как прямо устанавливает связь между астрономическими наблюдениями и лабораторными экспериментами по дифракции света, начатыми в России по инициативе Делиля и продолженными Г.В. Крафтом, Л. Эйлером, Г.В. Рихманом и М.В. Ломоносовым. Последний начал свои первые шаги в науке (по возвращении в Петербург после обучения в Германии) именно с лабораторных экспериментов по изучению оптических свойств растворов металлов. Эта работа Ломоносова под названием «Размышление о различии растворов, которые получаются из металлов с помощью крепкой водки и из кислых и нейтральных солей с помощью воды» была представлена Академии наук 31 мая 1742 г., как видно из обнаруженных нами протоколов Конференции Академии наук за 1742 г., которые считались потерянными и не вошли в опубликованный текст (см. ПФА РАН, ф. 3, оп. 10, д. 3, л. 163). Раньше не было известно и само название такой работы Ломоносова, да и, став известным, оно навело бы лишь на мысль о «химическом» исследовании, никак не связанном с астрофизикой. Тем не менее сопоставление текста этой заметки с названием только что упомянутой работы М.В. Ломоносова проливает новый свет на эти исследования. Становится совершенно ясно, что названная работа Ломоносова была не чисто «химической», а исследованием астрофизического плана, в духе Делиля и Эйлера. Все эти ученые размышляли о том, каковы свойства дифракции света, как это явление наблюдается в земных условиях и как оно может проявиться при наблюдении небесных тел. Не случайно, что работа Ломоносова о свойствах растворов металлов, в том числе и преимущественно оптических, привлекла самое пристальное внимание прежде всего астрономов, которые ее обсуждали. Это был первый шаг Ломоносова к прославившему его в дальнейшем открытию атмосферы Венеры в 1761 г.
11. Петербургские ученые много и с большим увлечением наблюдали солнечные пятна. Особенным энтузиазмом отличались Л. Эйлер и Г.В. Крафт.
12. Делиль и его коллеги в Петербургской Академии наук очень долго размышляли над окраской пламени и оставили много зарисовок. Один из рисунков Делиля приводится в тексте.
|