Телескопы, телескопы

В середине XVII века «телескопическая лихорадка» захватила всех. В городах линзы шлифовали в домах ремесленников и купцов, дворян и вельмож.

Изготовление телескопов стало модным. А наблюдение неба — просто необходимым занятием каждого более или менее образованного человека. Теперь люди могли не просто следить за перемещением по небу блуждающих звезд, но рассматривать подробности строения Луны, наблюдать планеты вместе со спутниками. Правда, первое время такие исследования требовали от наблюдателя массы усилий. Плохое качество шлифованных линз давало вместо светящейся точки мутное расплывчатое пятно, окруженное вдобавок цветным ореолом. Так что для того, чтобы увидеть в мутных оспинах на лике Луны горы, надо было иметь настойчивость, зоркие глаза и очень пылкое воображение. Особенно много настойчивости требовалось при наблюдении планет. В окулярах первых телескопов помещался очень небольшой участок звездного неба, или, как говорят специалисты, «угол зрения первых инструментов был чрезвычайно мал». Только успеет наблюдатель нацелиться на выбранную планету и закрепить трубу, — глядь, а объект наблюдения сбежал из поля зрения. Нужно снова его разыскивать, ловить...

Главной задачей на первых порах считали получение телескопов с большим увеличением. Шлифовщики делали линзы все более выпуклыми. Но от этого уменьшалось поле зрения и ухудшалось качество изображения. Даже легкое дрожание трубы выводило с трудом «пойманное» светило за пределы окуляра. Наблюдения в таких условиях были мукой. Чтобы наметить пути улучшения качества изображения, оптике нужна была теория.

В середине XVII столетия шлифовкой линз и устройством телескопов увлекся сын богатого голландца Христиан Гюйгенс. В самые юные годы Христиан уже поражал окружающих своими математическими способностями. Будучи совсем молодым человеком, он теоретически нашел наилучшую форму линз. Получалось, что для уменьшения искажений кривизна поверхности одной линзы должна быть в шесть раз меньше, чем у другой. Но вот беда: оптики в то время еще не научились шлифовать линзы с заданной кривизной.

Выход оставался один: собирать телескопы из большого количества слабых, но дающих хорошее изображение линз. Так появились первые длинные телескопы.

Первый инструмент, который построил Христиан Гюйгенс вместе с братом, имел 12 футов в длину. Это примерно три с половиной метра. А отверстие его было всего 57 миллиметров. То есть в шестьдесят раз меньше длины.

И хотя в этот инструмент, по свидетельству современников, яркая звезда казалась наблюдателю «расплывчатым пятном с исходящими из него голубоватыми лучами», Гюйгенс с его помощью открывает спутник Сатурна. Кроме того, он смутно видит у планеты те же странные выступы по бокам, о которых некогда писал Галилей. Чтобы разглядеть загадочные образования у Сатурна, братья Гюйгенсы берутся за постройку еще более длиннофокусного телескопа. Его размеры должны быть 23 фута. Такую длинную трубу уже трудно подвешивать к столбам, еще труднее ее поворачивать и наводить. Но Гюйгенс не сдается и в конце концов открывает кольцо Сатурна. Правда, поначалу поверили его сообщению немногие.

Скоро, чтобы облегчить конструкцию телескопа, вместо труб стали делать легкие рамы из деревянных планок. На рамах укрепляли объектив и окуляр, а в промежутке ставили диафрагмы. Посмотрите на рисунок. Мы взяли его из книги большого любителя астрономии, гданьского бургомистра Яна Гевелия, изданной в 1670 году. Здесь как раз изображен такой «воздушный» телескоп. Телескопы с рамами подвешивались на высоких мачтах при помощи многочисленных канатов. Судите сами, легко ли было управлять ими.

Исполинский телескоп XVII столетия

Длина телескопа продолжала расти. Она достигла сначала 20, потом 30, даже 40 и более метров. Пришлось отказаться от рам. Объектив в небольшой оправе укрепляли на крыше здания или на специальной вышке. Наблюдатель же, с окуляром в руках, старался расположиться так, чтобы желаемое светило оказалось в створе с объективом и окуляром. Добиться этого удавалось только исключительно ловким людям. Потому что светило очень быстро уходило из поля зрения. А влезать каждый раз на крышу, чтобы повернуть объектив, — задача практически неосуществимая. В общем, то, что с такой техникой удавалось производить наблюдения и делать важные открытия, поистине достойно удивления и восхищения.

Однако какие бы цирковые чудеса ловкости ни проявляли наблюдатели, недостатки телескопов они обойти не могли. Не следует забывать, что и стекло для линз отлить не так-то просто. То пузырьки, то какая-то муть... Больше всего досаждали наблюдателям оптические ошибки, свойственные даже самым лучшим линзам. Одна из них заключалась в том, что изображение светящейся точки непременно размывалось в пятно большего или меньшего диаметра. Вторая — в том, что размытое изображение любой белой звезды казалось в окуляре линзового телескопа — рефрактора¹ — разноцветным.

После того как утихли первые восторги по поводу новых возможностей, открытых телескопами, наблюдатели всерьез задумались над качеством изображения. Все открытия, «лежавшие на поверхности», были уже сделаны, и люди видели, люди понимали, что для дальнейшего проникновения в тайны неба Земли нужно улучшать инструменты.

Оптикам было известно, что увеличивать могут еще и вогнутые зеркала, не имеющие недостатков, свойственных линзам. Правда, никто не умел в те годы делать хороших зеркал. Тем не менее, многим в голову приходила идея использовать зеркало для телескопа-рефлектора². В 1663 году шотландский астроном Джемс Грегори описал одну из схем зеркального телескопа и даже вознамерился осуществить ее на практике, но чума, свирепствовавшая в Лондоне, разогнала членов Королевского общества и не позволила Грегори соорудить инструмент. Лишь в 1667 году эпидемия утихла и ученые джентльмены вернулись в Лондон. Начинает свою работу Тринити-колледж, младшим членом которого избирают молодого бакалавра Исаака Ньютона, но он настолько скверно читает лекции, что студенты предпочитают их не посещать, и у молодого преподавателя остается много свободного времени. Тогда-то Ньютон, знакомый с теоретическими предположениями Грегори, разрабатывает собственную схему и конструкцию зеркального отражательного телескопа-рефлектора.

Надо сказать, что в те годы сплав из шести частей меди и двух частей олова, который назывался зеркальной бронзой и служил материалом для зеркал, быстро тускнел и требовал переполировки. Это совсем не годилось для телескопов. Ньютон немало времени и сил отдал химии. После многочисленных опытов ему удалось получить зеркальный сплав, более блестящий, стойкий и легче поддающийся полировке. Через год работы молодой бакалавр показывает коллегам первую модель — крошечный инструмент с зеркалом из зеркальной бронзы, диаметром примерно 2,5 сантиметра. И хотя рефлектор Ньютона имел размеры игрушки, увеличивал он в сорок один раз. В него можно было разглядеть даже спутники Юпитера.

Окрыленный успехом бакалавр, нет, теперь уже магистр, строит второй инструмент, побольше. И в 1671 году посылает его в дар королю. Через четыре месяца Ньютона избирают членом Королевского общества.

Примерно с середины семнадцатого столетия в астрономии наступает период совершенствования инструментов и методов наблюдения. Снова наблюдатели уточняют таблицы движения планет. Ян Гевелий издает прекрасно иллюстрированную «селенографию» — описание Луны, вводит первые названия особенностей лунного рельефа. Люди с удивлением знакомятся с лунными Альпами, с Морем Ясности и Морем Спокойствия. Из идеального аристотелевского тела Луна окончательно превратилась в планету, подобную Земле. Гевелий сделал первый систематический обзор всех наблюдаемых до него комет и составил каталог и атлас 1500 звезд. Интересно, что поверхность Луны Гевелий рассматривал в телескоп, но от наблюдения звезд с помощью нового инструмента отказывался категорически, считая его слишком неточным. Для определения координат светил он пользовался старинным квадрантом, к которому лишь значительно позже приспособил небольшую зрительную трубу.

Каждый день приносил астрономические новости и открытия.

Астроном Джованни Доменико Кассини, работавший в Париже, открыл вращение Марса и Юпитера — еще одно доказательство землеподобности небесных тел. Но если планеты землеподобны, не есть ли это подтверждение опять-таки Коперниковой теории? Наступило время, когда богословы уже не решались обвинять последователей Коперника в ереси.

Ян Гевелий с супругой за наблюдениями

По сути дела, изобретение телескопов не только сильно продвинуло наблюдательную астрономию, но и заложило фундамент будущей науки о физической природе небесных тел — астрофизики, а также науки, исследующей проблемы происхождения и развития небесных тел — космогонии.

Да что и говорить, трудно себе представить, как могла бы развиваться наука, не получи человечество от природы такого подарка, как возможность видеть предметы, удаленные на сотни тысяч и миллионы километров. Конечно, пытливую мысль любознательного человечества в тупик загнать трудно, что-нибудь мы бы обязательно придумали, но развитие планетной астрономии было бы сильно затруднено. Кстати, вы заметили, внимательный читатель, что мы назвали астрономию «планетной»? Это не случайно.

Почти все разговоры в последних главах мы вели об открытиях в пределах Солнечной системы. Планеты всегда интересовали людей больше, чем звезды. Они и ярче, и движутся, «блуждают» между созвездиями, словно пишут волю богов на небесах или обладают собственной волей... В период всеобщего увлечения новыми возможностями в астрономии, открывшимися благодаря телескопам, внимание наблюдателей было поглощено планетами. Звезды же оставались фоном, ориентирами, относительно которых «блуждали» планеты.

Конечно, звездная астрономия тоже не стояла на месте. Были открыты собственные движения звезд, сделано и еще кое-что, но до Гершеля все эти работы не шли ни в какое сравнение с эффективностью исследования планет.

В XVII столетии перед людьми во весь рост встали вопросы: почему блуждающие небесные тела движутся столь точно? Какие силы ими управляют?

Наступило время, когда людям понадобился закон, объясняющий движение планет...

Примечания

1. Рефракция — преломление световых лучей, рефрактор — телескоп, в котором изображение получается в результате преломления света линзами.

2. Рефлектор — от латинского слова «reflectere» — «отражать» — телескоп, в котором изображение получается отражением световых лучей вогнутым зеркалом.