Дифракция света в астрономии

Эксперименты по дифракции света, выполненные в Петербурге, позволили Делилю и его коллегам окончательно выяснить особенности этого сложного явления. Теперь можно было взяться и за детальное объяснение астрономических явлений на основе полученных результатов. Начало этим исследованиям положила неопубликованная заметка Делиля: «Польза экспериментов по дифракции света для астрономии».¹ Эта рукопись, хранящаяся в настоящее время в архиве Парижской обсерватории, была изучена по позитивному микрофильму. Она не датирована, но по соседним материалам ее можно отнести к началу 30-х годов XVIII в. Работа Делиля состоит из 10 небольших заметок, непосредственно не связанных друг с другом и объединенных лишь общей тематикой. Она представляет собой набросок плана предстоящих исследований по использованию явления дифракции света в астрономии.

В двух первых заметках Делиль поставил важнейший для разработки теории движения Луны и Солнца вопрос о возможном влиянии эффекта дифракции света при наблюдении затмений или соединений планет. Он писал: «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], 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, то затмение обязательно должно... казаться наступившим раньше или позже, чем оно наблюдалось бы, если бы не существовало никакой дифракции».² Как отмечалось далее, для решения вопроса необходимо было провести тщательное измерение видимых диаметров Луны и Солнца. Интересно отметить, что именно такие исследования и проводил Крафт в начале 30-х годов [49, т. 1, с. 141—146].

В третьей заметке обсуждалось сходство и различие дифракции и рефракции света: «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... Следовало бы, — писал далее Делиль, — изучить, не вызывает ли различная природа тел изменение эффекта 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».³

И далее: «Итак, следовало бы проделать эксперименты не только с телами разных удельных весов, но также и с телами разной природы, например более пористыми, металлическими 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».⁴

Этими вопросами, поставленными Делилем, интересовались Рихман и Ломоносов, который посвятил проблеме люминесценции первый вопрос своих «276 заметок» [7, т. 1, с. 105]. Рихман в 1744 г. провел серию опытов по изучению свечения фосфора, о которых он докладывал Академии в 1744 и 1745 гг. Однако при жизни автора работа так и не была опубликована. «Наблюдения над светом в темноте» увидели свет лишь в 1956 г. [13, с. 499, 500]. По мнению специалистов, это — первая работа по люминесценции, выполненная в России.

Задачу об изучении растворов солей и металлов, поставленную Делилем, Ломоносов решал в своих первых самостоятельных работах, выполненных в 1742 г. Это видно из найденных в бумагах Винсгейма черновиков протоколов заседаний Академической конференции за 1742 г., не вошедших в опубликованные протоколы [49, т. 1] и до последнего времени считавшихся утраченными. В протоколе заседания от 31 мая 1742 г. отмечалось: «...адъюнкт Ломоносов представил "Размышление о различии растворов, которые получаются из металлов с помощью крепкой водки и из кислых и нейтральных солей под воздействием воды" на 1.5 листах...»⁵ Сохранились записи о чтении этой работы профессором физиологии И. Вайтбрехтом. 2 июня 1742 г. в протоколе было записано: «Поступившая 31 мая диссертация г. адъюнкта Ломоносова "О различии растворов металлов" была возвращена г. проф. Винсгеймом».⁶ В «Указателе протоколов», составленном Винсгеймом и обнаруженном в его бумагах, удалось найти запись о заседании 31 мая 1742 г., свидетельствующую о том, что обсуждение рукописи было закончено 3 июня 1742 г. Вот текст этой записи: «Ломоносов представил свое "Размышление об установлении различия растворов из металлов", которое было сообщено профессорам и окончательно сдано ими 3 июня».⁷

Краткие записи Винсгейма о первой самостоятельной работе Ломоносова весьма интересны. Во-первых, они сообщают любопытные подробности о первых его шагах в науке. Кроме того, они интересны и тем, что представленная Петербургской Академии наук первая самостоятельная работа Ломоносова до сих пор не была известна специалистам даже по названию. К сожалению, при жизни ученого она не печаталась, рукопись работы также не сохранилась. Однако при сравнении целого ряда известных сочинений Ломоносова, посвященных изучению различных растворителей и растворов, в которых описываются проведенные им эксперименты с растворением металлов в кислотах и солей в воде, можно думать, что эта первая небольшая заметка впоследствии вошла как составная часть в следующие сочинения Ломоносова: 1. «Диссертация о действии химических растворителей вообще» [7, т. 1, с. 337—383]; написана 31 мая 1743 г., опубликована в 1750 г. 2. «Опыт теории о нечувствительных частицах тел и вообще о причинах частных качеств» [7, т. 1, с. 169—235]; написана в 1743—1744 г., при жизни Ломоносова не печаталась. 3. «О металлическом блеске» [7, т. 1, с. 390—417]; написана в 1745 г., опубликована в 1751 г. 4. «Диссертация о химических растворах вообще» [7, т. 1, с. 385—387]; написана в ноябре 1749 г., опубликована в 1750 г.

Запись в протоколах конференции Петербургской Академии наук о неизвестной ранее работе Ломоносова «Размышление об установлении различия растворов».

До последнего времени все эти работы рассматривались лишь как исследования по химии. На основании сказанного ясно, что они были также тесно связаны и с решением ряда важных проблем физики и астрономии XVIII в., в частности с экспериментами по дифракции света и с проблемой изучения атмосфер небесных тел.

Вернемся к работе Делиля: «Польза экспериментов по дифракции света для астрономии». Четвертая и пятая его заметки касались вопросов об оптических эффектах, вызванных дифракцией или рефракцией света в атмосферах Земли, Юпитера и Венеры. Возвращаясь к обсуждению физической природы замеченных им в 1715 г. цветовых эффектов при покрытиях Луной Юпитера и Венеры, которые он склонен был считать доказательством существования атмосфер у этих планет, Делиль писал: «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?»⁸

В шестой заметке Делиль ставил вопрос о возможности объяснения с помощью дифракции эффектов, замеченных при покрытиях Луной ряда других планет и звезд: «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 телескопов?»⁹

Седьмая, восьмая и девятая заметки затрагивали ряд вопросов, связанных с объяснением некоторых цветовых эффектов, замеченных при наблюдении солнечных пятен: «Эти пятна, 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... Следует изучить все эффекты с помощью наблюдения».¹⁰

Страница рукописи Делиля «Польза экспериментов по дифракции света для астрономии».

В связи с тем, что Эйлер, Крафт и Винсгейм много времени уделяли наблюдению солнечных пятен вместе с Делилем, можно полагать, что они занимались и решением этого вопроса. Больше всех им интересовался Эйлер, о чем может свидетельствовать, например, замечание, сделанное в его записной книжке: «Какая прелесть наблюдать солнечные пятна!»¹¹ Итак, следует признать, что Делиль и его сотрудники занимались изучением дифракции света, конечно, в том числе, как понимали ее в то время.

И, наконец, десятая и последняя заметка касалась вопроса об изучении особенностей цветовых каемок, возникающих вокруг пламени горящей свечи. Этот вопрос занимал и Ломоносова, если судить по его 107-й заметке [7, т. 1, с. 125].

Небольшая работа Делиля «Польза экспериментов по дифракции света для астрономии» оказала сильное влияние на всех петербургских ученых, проводивших исследования по намеченному им плану. Однако наибольшее внимание уделял этим вопросам Ломоносов. В его известных «276 заметках по физике и корпускулярной философии» детально рассматриваются и развиваются почти все вопросы, поставленные Делилем [7, т. 1, с. 103—167], всесторонне анализируются книги, включенные в рекомендованный им список. Это позволяет сделать вывод, что Ломоносов проходил обучение в обсерватории под руководством Делиля.

Еще одним доказательством того, что Ломоносов имел доступ к архиву Делиля, служит его заметка № 183 [7, т. 1, с. 141]. Написанная по-французски она представляет собой выписку из работы французского физика Э. Мариотта, содержащую описание оптического эксперимента, проведенного в 1679 г. Как утверждал А.А. Елисеев [7, т. 1, с. 553], Ломоносов в своей заметке цитировал Мариотта по изданию 1733 г. почти дословно, опустив лишь две несущественные фразы. Однако интересно отметить, что приведенная Ломоносовым цитата в точности совпадает с отрывком статьи Мариотта из архива Делиля. Ведь именно эта цитата из Мариотта (в том же самом виде) находится в бумагах Делиля рядом с его работой «Польза экспериментов по дифракции света для астрономии».¹²

Предположение о знакомстве Ломоносова с личным архивом Делиля подтверждается и тем фактом, что «276 заметок» были написаны Ломоносовым в 1741—1743 гг. [7, т. 1, с. 549], т. е. именно в тот период, когда он, только что вернувшись в Петербург после обучения за границей, вместе с Рихманом начал вести метеорологические наблюдения в обсерватории. Сравнение 10 заметок Делиля с 276 заметками Ломоносова убедительно доказывает, что начинающий русский ученый активно включился в исследования многих проблем, проводившиеся петербургскими астрономами под руководством Делиля. Одной из таких проблем было изучение различных эффектов дифракции и рефракции света и применение их к атмосферам небесных тел, которое и привело Ломоносова в дальнейшем к открытию атмосферы на Венере.

Примечания

1. АПО, А. 2, 1, шифр Делиля 15, 14, N — 15, 14, Q.

2. Там же.

3. Там же.

4. Там же.

5. ЛО ААН СССР, ф. 3. оп. 10, № 3, л. 163.

6. Там же, Р. 1, оп. 96, № 91, л. 104.

7. Там же, л. 163 об.

8. АПО, А, 2, 1.

9. Там же.

10. Там же.

11. ЛО ААН, ф. 136, оп. 1, № 131. л. 64 об.

12. АПО, А, 2. 1.