Начало исследований

С первых же дней пребывания в Петербурге Делиль начал работы по намеченной им обширной программе. Прежде всего он сплотил вокруг себя тех, кто заинтересовался этой тематикой и охотно помогал ему в проведении астрономических и метеорологических наблюдений. Знакомясь с научной литературой по списку Делиля, петербургские ученые внимательно изучали различные сочинения по оптике, в том числе «Оптику» Ньютона и приложенные к ней вопросы, а также технику проведения экспериментов по дифракции света, которую на практике освоили, вероятно, с 1727 г., когда была достроена камера-обскура в башне Астрономической обсерватории. Как можно судить по списку Делиля, работу Гримальди петербургские ученые читали в оригинале, с опытами Бойля, Гука и Ньютона знакомились по «Оптике» Ньютона и ее французскому переводу или по книге В.Я. Гравезанда «Элементы математической физики». На полях экземпляров этих изданий, приобретенных Петербургской Академией в XVIII в., сохранилось много пометок, сделанных Делилем, Бернулли, Крафтом, Майером, Эйлером, Дювернуа и другими учеными.¹

Большое внимание уделялось изучению механизма зрения (вопросы 12—16-й). Этой проблеме посвятил свои первые работы в Петербурге Д. Бернулли, выполнивший интересные эксперименты над оптическим нервом [190, с. 314—317]. По его предложению в Петербург был приглашен его друг, тогда еще никому не известный юноша Л. Эйлер, который, готовясь к поездке в Россию, еще в Базеле усердно изучал физиологию [65, с. 20]. В Петербурге он активно участвовал в экспериментах Бернулли.

Важную роль в астрофизических исследованиях петербургских ученых играло сравнительное изучение оптического аппарата глаз человека и животных. Оно было связано с обоснованием предложенной Делилем теории хромосферного кольца, о которой говорилось выше. При сравнении тонких цветовых эффектов, замеченных в астрономических и лабораторных явлениях, были необходимы телескопы и микроскопы, не дающие окрашенного изображения объектов. Как известно, в XVIII в. не умели строить таких инструментов, а Ньютон даже считал устранение хроматизма стекол принципиально невозможным. В связи с этим он предложил заменить линзовые телескопы и микроскопы зеркальными и сам описал их модель в своей «Оптике» [189, с. 80].

За неимением ахроматических инструментов Делилю приходилось при наблюдениях постоянно удерживать объект точно в центре поля зрения объектива, где хроматизм близок к нулю. Однако он пытался получить и ахромат, используя при наблюдении дифракционной картины «микроскоп со многими стеклами» [132, с. 213]. Указание на возможность уменьшения хроматизма Делиль нашел в «Оптике» Ибн ал-Хайсама [191, кн. 1, с. 85], хотя Ньютон усомнился в этом, проведя опыты с объективами, составленными из двух стекол с водою между ними [189, с. 80, 81]. Однако если арабский ученый, анализируя строение человеческого глаза, оптический аппарат которого состоит из нескольких преломляющих сред, признал сложность строения самым замечательным в его устройстве, то Ньютон весьма скептически отнесся к возможности устранения хроматизма объектива, составленного из нескольких линз. Итак, необходимо было проверить, кто из них прав.

В Петербурге представились удобные условия для подобной проверки. Библиотека вновь созданной Академии наук имела много интересных книг, в числе которых оказались и «Оптика» Ибн ал-Хайсама, и «Оптика» Ньютона. Многочисленные пометки на полях этих книг убедительно свидетельствуют о том, что проблема создания ахроматических систем со многими стеклами изучалась и детально обсуждалась. В правоте Ибн ал-Хайсама петербургские ученые могли убедиться и непосредственно. Материалом для этого послужила знаменитая коллекция анатомических препаратов Ф. Рюйша, купленная Петром 1 в 1717 г. и переданная Петербургской Академии наук. Это была богатейшая в то время и единственная коллекция в мире. Приведением ее в порядок и составлением каталога коллекции занимался друг Делиля анатом Дювернуа.

Астрономическая обсерватория и Кунсткамера помещались в одном здании, так что астрономы и анатом могли часто общаться при составлении каталога анатомических препаратов [126]. Надо полагать, что помощь астрономов при составлении описания препаратов глаз была для Дювернуа заметной. Так, подраздел II «О зрении», вошедший в раздел «Сокровища об органах чувств», резко отличается от других. Он поражает стройностью и логичностью расположения материала. В опубликованный в 1742 г. каталог вошло 109 препаратов глаз человека, теленка, кита, курицы и лягушки. Дювернуа добавил к препаратам Рюйша глаза слона, мухи, ночной совы и тюленя [49, т. 1, с. 4, 5, 46].

Строение человеческого глаза из «Оптики» Ибн ал-Хайсамо.

Изученные петербургскими астрономами материалы коллекции анатомических препаратов глаз человека и различных животных убедительно свидетельствовали о том, что развитие органа зрения от животных к человеку шло от простых, однолинзовых систем, к сложным, многолинзовым. Таким образом, подражая живой природе, можно было надеяться уменьшить хроматизм линзовых приборов. Это резко повысило интерес петербургских ученых к трудам по анатомии, что видно по регистрационным записям Академической библиотеки.² Обязательное изучение работ анатомов стало традиционным для всех петербургских оптиков. В первых проводившихся исследованиях по оптике участвовали Делиль, Дювернуа, Крафт, Бернулли, Майер и Эйлер, который и разработал впоследствии теорию ахроматов.

Вспоминая о возникновении основных идей своей теории, Эйлер писал в 1747 г.: «Вот источник,... из которого я постарался позаимствовать для усовершенствования стеклянных объективов... я убедился, что в наших глазах находятся различные жидкости, расположенные таким образом, что не дают никакой диффузии фокуса. По моему мнению, это совершенно новый предмет в устройстве глаза, достойный удивления» [192, с. 279]. В настоящее время выяснилось, что глаз человека также не свободен от хроматизма, хотя хроматизм многолинзового глаза человека значительно меньше, чем хроматизм однолинзового глаза скорпиона. Во всяком случае набором нескольких линз можно было в значительной мере уменьшать хроматизм объективов телескопов и микроскопов, хотя и не уничтожить его полностью.

Итак, основные идеи теории ахроматов были разработаны Эйлером, как он сам указывал в письме к Миллеру от 7/18 декабря 1762 г., еще в первые годы его работы в Петербургской Академии наук [64, т. 1, с. 207]. В те же годы Эйлер занимался и расчетом конструкции трехлинзовой трубы и многолинзового объектива, которым он посвятил три свои заметки [12, с. 95].

Вопросы астрономической оптики подробно обсуждались и на страницах журнала «Примечания на ведомости». В 1732 г. им были посвящены 7 статей под общим названием «О зрительных трубах» [139, 1732, ч. 2—5. 44—46]. В 1735 г. были напечатаны еще 7 статей под общим названием «О зажигательных зеркалах и о зажигательных стеклах» [139, 1735, ч. 52—53, 56, 58—60]. Усовершенствованием телескопов и других оптических приборов много занимался и Ломоносов [7, т. 1, с. 85—101; т. 4, с. 381—487], а также Бернулли, Крафт, Винсгейм и многие другие петербургские ученые. Эта тематика стала в Петербурге традиционной. Интересно отметить, что именно здесь в 1784 г. был сконструирован Ф.У. Т. Эпинусом и первый ахроматический микроскоп, названный им «телескопическим» [53, с. 102—105].

В целях дальнейшего устранения хроматизма важно было выяснить, существует ли аналогия между светом и звуком (вопросы Ньютона 28—31-й). Вероятно, в связи с обсуждением подобных проблем Эйлер написал статью о звуке, которую он собирался прислать в Петербург [66, с. 20, письма № 52, 53]. Для решения этого вопроса летом 1727 г. Делиль, Д. Бернулли и только что приехавший в Россию Эйлер провели опытные стрельбы из пушки, ствол которой был установлен вертикально вверх. Изменяя вес ядра, величину порохового заряда и длину ствола, удалось получить предварительные оценки упругости воздуха и скорости распространения в нем света от вспышки и звука выстрела. Результаты эксперимента нашли отражение в работах Эйлера, Бернулли [193—196] и других петербургских ученых и в дальнейшем широко использовались для разработки моделей атмосфер Земли и других небесных тел и для теории света и цветов. Главное же — был сделан вывод о полной аналогии между светом и звуком, в которую твердо верили все петербургские ученые.

Большое значение они придавали также всестороннему изучению свойств атмосферы Земли и разработке теории атмосферной рефракции. С этой целью петербургские ученые вели систематические метеорологические и магнитные наблюдения и построили много инструментов собственной конструкции, с помощью которых можно было достаточно хорошо исследовать воздушную оболочку Земли. Систематические отчеты о выполненных наблюдениях и описания приборов, предложенных петербургскими учеными, постоянно печатались в «Примечаниях на ведомости» [139, 1733, ч. 53—59, 77—81; 1734, ч. 91, 92; 1738, ч. 70—86; 1739, ч. 38—41 и др.].

Примечания

1. ЛО ААН СССР, ф. 158, оп. 1, № 408, л. 2; № 411. л. 35; № 413, л. 1; № 421, л. 7 об., 20, 21 об. и др. См. также прил. 1, № 189—192, 215 и др.

2. Там же, ф. 158, оп. 1, № 421, л. 21 об.: № 408, л. 2 и др.