Астрономия — История создания телескопа. История создания телескопа. Основные исторические вехи - изобретение телескопов
В начале XVII в. сразу несколько изготовителей очков в голландском городе Мидцельбурге объявляли себя изобретателями «приборов дальнего видения». Наиболее обоснованными представляются притязания Ханса Литшерсгся, который в 1608 г. пытался получить привилегаю на изготовление зрительных труб. Липперсгей будто бы увидел однажды, как его дети шрают с выпуклой и вогнутой линзами, рассматривая церковную колокольню.
Сложив обе линзы, они смогли увидеть в подробностях флюгер на самом верху. Липперсгей вставил обе линзы в цилиндрический футляр и так создал первую подзорную трубу. Это вдохновило в 1609 г. итальянского ученого Галилео Галилея на постройку собственного телескопа, с помощью которого он сделал много важных астрономических открытий: описал детали лунного ландшафта, увидел кольца Сатурна и четыре крупных спутника Юпитера.
Прямое и перевернутое изображение
Телескоп Галилея был весьма компактен, поскольку геометрическая длина трубы равнялась разнице фокусных расстояний окуляра и объектива. Лучи света проходят через окуляр прежде, чем достигнут фокуса объектива, в результате чего получается прямое, неперевернутое изображение. По этому принципу до сих пор конструируются театральные бинокли. Телескоп же, сконструированный в 1611 г. немецким астрономом Иоганном Кеплером, состоит из двух собирающих линз, а длина трубы равна сумме их фокусных расстояний. Такой прибор даст перевернутое изображение, однако для астрономических наблюдений это не существенно. Дополнительные оборачивающие линзы или призмы, помещенные в подзорную трубу, позволяют получить прямое изображение, что очень желательно, например, на охоте, зато уменьшают евстосильность, весьма затрудняя наблюдение далеких созвездий.
Взгляд в бесконечность
В 1663 г. шотландец Джеймс Грегори открыл принцип зеркального телескопа (рефлектора). В его системе главное зеркало собирает пучок света, а вспомогательное зеркало меньшего размера отражает лучи в фокус главного зеркала, где и возникает изображение. Первый ахроматический телескоп-рефрактор создал в 1729 г. английский астроном-любитель Честер Мур Холл. В XIX и XX вв., с совершенствованием теоретической базы и появлением специальных стекол, телескопы стали намного мощнее.
1614 г.: Демисциан изобрел слово «телескоп» (от греческого «теле» — «даль» и «скопейн» — «смотреть»).
1645 г.: Антон Мария Ширлей де Рейта построил один из первых телескопов.
1789 г.: Витьям Гершель сконструировал офомный зеркальный телескоп с диаметром зеркала 122 см.
1894 г.: Эрнст Аббе создал первый удобный в применении нолевой бинокль.
МОСКВА, 22 дек — РИА Новости. Юрий Ковалев, научный координатор проекта "РадиоАстрон", заведующий лабораториями в ФИАН и МФТИ, и Дмитрий Литвинов из МГУ имени М. В. Ломоносова рассказали о том, как российская космическая обсерватория "Спектр-Р" помогает проверять теорию относительности Эйнштейна и меняет представления об устройстве Вселенной, а также поделились секретами, как им удалось превратить облако газа в космосе в гигантский телескоп.
"Радиоастрон" получил рекордно четкие снимки "плевка" черной дыры Российская наземно-космическая обсерватория "Радиоастрон" получила первые детальные данные по структуре "плевка" сверхмассивной черной дыры в центре галактики NGC 1275, которые помогут ученым понять, как черные дыры пережевывают и выплевывают материю, заявил заведующий лабораторией Астрокосмического центра ФИАН Юрий Ковалев.Радиотелескоп "Спектр-Р", запущенный в космос в июле 2011 года, можно назвать самой успешной космической научной обсерваторией России. Это ключевая часть уникального наземно-космического интерферометра "РадиоАстрон", в составе которого, помимо российского спутника, работают еще десятки наземных радиотелескопов как в России, так и в других странах Европы и Азии, а также в США, ЮАР и Австралии.
Пока "РадиоАстрон" остается единственным наземно-космическим комплексом, работающим по принципу радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, пионером которой является академик Николай Кардашев, руководитель "РадиоАстрона", директор Астрокосмического центра ФИАН и один из основоположников радиоастрономии.
Если говорить об этой технике наблюдений в самом общем виде, то можно отметить, что она позволяет объединить радиотелескопы, разнесенные на большие расстояния, в одну гигантскую виртуальную антенну. Для сборки антенны нужны три составляющие — синхронизация телескопов с точностью атомных часов, мощный суперкомпьютер, способный объединять сигналы, и точные данные о расстояниях между элементами антенны.
Эта методика ведения наблюдений обеспечила "РадиоАстрону" необычное ненаучное достижение — он попал в Книгу рекордов Гиннесса как самый большой космический радиотелескоп.
Градусник для черной дыры
Список же чисто научных достижений "РадиоАстрона" гораздо больше. Среди прочего в нем есть и открытия, которые в ближайшее время могут полностью поменять представления о том, как возникают и живут галактики и как работают самые беспокойные и большие их обитатели — сверхмассивные черные дыры.
Еще в 2013 году Юрий Ковалев и его коллеги заметили необычные аномалии во время первых наблюдений за так называемыми джетами — выбросами далеких черных дыр, которые те разгоняют до околосветовых скоростей. Ученые обнаружили, что они разогреты до температуры более 10 триллионов градусов Кельвина, а это превышает теоретический предел примерно в сто раз.
© Фото: страница Юрия Ковалева в Facebook Юрий Ковалев, научный координатор проекта "Радиоастрон"
© Фото: страница Юрия Ковалева в Facebook
В последующие три года эти аномалии в поведении джетов никуда не исчезли. Современные теории, описывающие формирование выбросов и роль в этом мощнейших магнитных полей, соседствующих с черной дырой, не могут объяснить, что происходит в реальности.
"Наше понимание того, какое место занимают черные дыры в жизни Вселенной, стало более комплексным. Черные дыры в центрах галактик являются основой машины, которая заставляет квазары вырабатывать мощные выбросы плазмы. Черная дыра отвечает за решение двух задач — формирование этих выбросов и их ускорение. Данные, полученные нами при помощи "РадиоАстрона", говорят о том, что эта машина должна более эффективно ускорять вещество, которое выбрасывается за пределы галактик, чем предсказывала теория", — пояснил ученый.
Как именно это происходит, пока до конца не ясно. Российские астрономы проверяют три гипотезы. Одна связана с процессами магнитного пересоединения в выбросах, другая — с экстремальным релятивистским усилением излучения, третья требует эффективного ускорения протонов в окрестностях черной дыры до скорости света.
За пределами теорий
В первом случае, как отмечает астроном, аномально яркое излучение джетов порождается процессом, похожим на то, как возникают мощные вспышки и выбросы корональной материи на Солнце. Во время таких катаклизмов силовые линии магнитного поля разрываются и выделяется огромное количество энергии, разгоняющей частицы до сверхвысоких скоростей и заставляющей их излучать свет.
Если это так, то в основании джета должно быть множество подобных точек "разрыва линий", которые Ковалев и его коллеги пытаются найти, наблюдая за квазарами при помощи самых мощных комбинаций антенн "РадиоАстрона". Если им удастся найти следы этих вспышек в поляризованном свете, то загадка сверхъярких джетов черных дыр будет решена.
В противном случае, отмечает исследователь, если все излучение джетов порождается одним источником, физикам-теоретикам придется придумать механизм, позволяющий разгонять частицы до столь высоких энергий и скоростей, о которых говорят данные наблюдений с "РадиоАстрона".
"По одной из общепринятых сегодня теорий в рождении джетов и ускорении их материи замешаны мощнейшие магнитные поля. В принципе, этот факт подтверждается как наблюдениями за поляризацией излучения джетов на телескопах VLA и ALMA, так и нашими собственными данными. Сейчас мы предполагаем, что открытые нами аномалии в температуре выбросов можно объяснить тем, что излучение джетов порождают не только электроны, но и протоны, разогнанные до околосветовых скоростей", — рассказывает Ковалев.
Российские ученые и их иностранные партнеры, по словам астрофизика, активно пытаются найти ответ на этот вопрос, замеряя силу магнитных полей и пытаясь рассмотреть структуру "ножки" джета. Эти наблюдения, как отметил исследователь, ведутся научной группой проекта не только на "РадиоАстроне", но и на наземном интерферометре Event Horizon Telescope, а также на микроволновой обсерватории ALMA.
"Основная надежда на получение положительного или отрицательного ответа — данные с ALMA по силе магнитных полей в окрестностях сверхмассивных черных дыр. Их присутствие или отсутствие покажет, могут ли протоны ускоряться до необходимых энергий и скоростей. Если мы их обнаружим, то теоретикам придется серьезно подумать, как объяснить такой эффективный разгон", — добавляет ученый.
Вселенский микроскоп
Еще задолго до отправки обсерватории "РадиоАстрон" в космос Николай Кардашев задумал даже более дерзкий проект — межзвездный интерферометр. Одна из его частей — облака межзвездной плазмы, преломляющие и рассеивающие радиоволны от источника, которые затем интерферируют в точке приема.
"Парадоксально, но по результатам наблюдений "РадиоАстрона" оказалось, что для реализации такого межзвездного интерферометра достаточно даже одного большого наземного телескопа. Наши коллеги из Канады и группа Михаила Попова из ФИАН использовали такую систему и провели анализ по данным из нашей программы наблюдений. Они смогли измерить расстояние между областями, откуда исходят пучки радиоволн, выбрасываемые пульсаром в импульсах и контримпульсах. Это излучение исходит от противоположных магнитных полюсов нейтронной звезды", − рассказывает Ковалев.
Как отмечает астрофизик, ученые давно спорили о том, где именно зарождаются импульсы радиоизлучения, которые вырабатывают подобные нейтронные звезды. Некоторые астрофизики полагают, что они возникают у самой поверхности пульсаров, другие — что они рождаются в магнитосфере этих мертвых звезд на довольно большой высоте от поверхности, у так называемого светового цилиндра.
© Иллюстрация РИА Новости. Алина Полянина, Depositphotos
© Иллюстрация РИА Новости. Алина Полянина, Depositphotos
Проверить эти теории раньше было практически невозможно. Диаметр типичной нейтронной звезды — примерно 20 километров, а размер светового цилиндра — несколько тысяч километров. Но такой размер невозможно рассмотреть даже при помощи самых мощных обсерваторий, включая "РадиоАстрон". Эту задачу помогло решить облако межзвездной плазмы, в котором преломились, как в огромной линзе, радиолучи, вырабатываемые одним из самых знаменитых пульсаров — нейтронной звездой PSR B0531+21, расположенной в Крабовидной туманности.
Как показали замеры, пучки радиоволн возникают как раз у самого светового цилиндра, на границе магнитосферы нейтронной звезды. Это позволило российским астрономам и их канадским коллегам решить одну из загадок космоса, о которой астрофизики ожесточенно спорили уже несколько десятков лет.
Космический часовщик
Другой уникальный проект, который реализовал "РадиоАстрон", — изучение влияния силы притяжения на течение времени. Подобный опыт уже проводило НАСА, однако для российских ученых эта проверка стала первой.
"Влияние гравитации на скорость хода часов — завораживающий феномен. Оказывается, вблизи планеты, звезды или черной дыры, вообще рядом с любым массивным телом время замедляется. Черная дыра — особенно интересный случай: вблизи нее время течет не просто медленно, а бесконечно медленно. Но уже и в земных условиях влияние гравитации на скорость хода часов можно обнаружить", — объясняет Дмитрий Литвинов из Московского государственного университета, член гравитационной группы проекта.
При помощи сверхточных атомных часов, созданных российскими учеными из Нижнего Новгорода для синхронизации работы "РадиоАстрона" с наземными станциями слежения и телескопами, Литвинов и его коллеги уже несколько лет проверяют один из краеугольных камней теории относительности, увязывающей притяжение с тем, как быстро течет время в тех или иных точках пространства.
Такие опыты уже проводились более сорока лет назад на борту зонда Gravity Probe A, а сейчас — на паре зондов системы Galileo, вышедших на неправильные орбиты из-за ошибок при запуске "Союза-СТБ" в августе 2014 года. Пока все три спутника, как отмечает Литвинов, указывают на справедливость выкладок Эйнштейна, однако это не останавливает ученых от повторных проверок.
"Почему же сегодня возникли сомнения в правильности формулы Эйнштейна? Дело в том, что многие физики уверены в том, что теория тяготения Эйнштейна не является абсолютно точной. Попросту говоря, формулы, которым подчиняется гравитация, немного отличаются от формул Эйнштейна. Основной недостаток общей теории относительности Эйнштейна состоит в том, что она является классической, то есть неквантовой теорией", — рассказывает ученый.
Как отмечает Литвинов, почти все попытки "проквантовать" гравитацию и объединить ее с другими фундаментальными взаимодействиями, сформулированные в последние десятилетия, требуют корректировки общей теории относительности и того, как она описывает феномен гравитационного замедления времени. Любые отклонения, которые мог бы зафиксировать "Спектр-Р" и другие зонды, могут подсказать ученым, где стоит искать замену выкладкам Эйнштейна.
"Уже сейчас можно говорить, что наш эксперимент дает независимую проверку теории гравитации Эйнштейна, вернее эйнштейновского принципа эквивалентности, примерно с той же точностью, что Gravity Probe A, — около 0,01%. Нам еще предстоит много работы, и основная часть данных ожидает анализа. Мы рассчитываем, что в итоге сможем улучшить точность измерения в 10 раз, и если повезет, то и обнаружить отклонение от формулы Эйнштейна", — подытожил Литвинов.
Увидеть тень невидимки
Как отметил Ковалев, спрогнозировать срок жизни "Спектра-Р" довольно сложно: сейчас телескоп находится в хорошем состоянии, но деградация из-за космического излучения неизбежна, немало блоков спутника пришлось заменить запасными. Если хотя бы один из ключевых модулей выйдет из строя, возможности телескопа могут быть ограничены. "Недавно мы исчерпали запасы водорода, которые использовались в стандарте частоты, и нам пришлось перейти на запасной режим синхронизации", — пояснил астрофизик.
С другой стороны, "Спектр-Р" не испытывает проблем с традиционным больным местом многих других космических миссий — запасами топлива. Как отмечает Ковалев, в баках спутника сейчас остается около 70% от изначального объема, поэтому зонд без труда сможет пережить очередную коррекцию орбиты, если она понадобится.
С финансовой точки зрения "Роскосмос" будет поддерживать работу спутника до конца 2019 года, после чего примет решение либо об очередном продлении, либо о завершении миссии. Интерес к "РадиоАстрону" со стороны ученых, как отметил Ковалев, продолжает расти — есть надежда, что космический телескоп проработает максимально долго, что позволит изучить самые интересные объекты Вселенной с рекордно высоким разрешением. По его словам, 22 декабря руководство миссии объявит о начале приема научных заявок на наблюдения "РадиоАстрона" в рамках очередного годового цикла: с июля 2018-го до июня 2019 года.
"Мы хотели бы увидеть центр нашей Галактики при помощи "РадиоАстрона" и тень черной дыры, которая там находится. Это очень тяжелая задача — мы провели наблюдения на самой короткой длине волны в 1,3 сантиметра в сотрудничестве со многими наземными телескопами, и даже в этом случае он остается невидимым для нас. Мы надеемся, что открытый "РадиоАстроном" новый эффект — субструктура рассеивания радиоволн — поможет восстановить карту самого центра Галактики при использовании алгоритмов восстановления изображений, которые мы сейчас разрабатываем", — заключил ученый.
Кто изобрел первый оптический телескоп , с помощью которого астрономы проводят свои исследования и наблюдения? Самый первый оптический телескоп изобрел и создал профессор Падуанского университета Галилео Галилей. Произошло это в далеком 1609 году. Галилей создал телескоп с возможностью 30 кратного увеличения объектов и состоял из 1245 миллиметровой трубы, 53 миллиметрового объектива и окуляра в 25 диоптрий. Несмотря на несовершенную оптическую схему и более чем скромную возможность увеличения (тридцатикратное), первый телескоп Галилея был по настоящему революционным изобретением для астрономии того времени. Благодаря изобретению Галилея было открыто и исследовано множество астрономических объектов как самим изобретателем, так и его последователями. Галилей смог сделать очень интересные открытия - увидеть пятна на Солнце и горы на Луне,обнаружить звезды в Млечном пути и спутники Юпитера, изучить фазы Венеры.
Принцип работы телескопа Галилея основывался на свойствах выпуклых линз, выполняющих роль объектива. В первом телескопе роль окуляра выполняла линза диаметром примерно 3 см, а в качестве объектива была выбрана плоско-выпуклая линза диаметром около 4 миллиметров с 50 см фокусным расстоянием. Но вскоре Галилей усовершенствовал свое изобретение и соорудил телескоп помощнее - диаметр линзы 5,8 сантиметров,а фокусное расстояние - 150 см. Тем не менее этот оптический телескоп не позволял улучшить качество изображения и с его помощью Галилею удалось достичь увеличение расстояния примерно в 33 раза. Но благодаря изобретенному телескопу, Галилей смог сделать множество открытий в астрономии.
Польскому астроному Гевелию
удалось не только увеличить мощность оптического телескопа, но значительно улучшить качество изображения. А уже в 1663 году оптик Грегори разработал схему телескопа нового поколения, в котором зеркала заменили оптические линзы. Все современные телескопы являются зеркальными (на поверхность стекла путем вакуумного напыления наносится тончайший слой серебра).
Польский астроном Ян Гевелий выяснил,что путем увеличения у объектива фокусного расстояния можно существенно улучшить качество изображений. Телескоп Гевелия имел уникальную для того времени конструкцию - 50-ти метровая труба телескопа подвешивалась на столбе с помощью канатов. А вскоре астроному Озу удалось сконструировать мощный телескоп, который имел 600-кратное увеличение! Но к сожалению телескоп Озу был весьма неудобным - он не имел трубы и объектив размещался на расстоянии 100 метров от окуляра на столбе,а сам окуляр надо было держать в руках и наблюдать через него.
Наука не стояла на месте. Вскоре появился первый телескоп рефлектор - родоначальник современных зеркальных телескопов. Впервые схему телескопа-рефлектора создал изобретатель Джеймс Грегори в 1663 году, а в 1668 году известный ученый Исаак Ньютон построил телескоп, где вместо линз использовались зеркала.
А уже в 1672 году известный оптик католический священник Лоран Кассегрен (фр. Laurent Cassegrain) создал схему двухзеркального телескопа, где одно зеркало имело форму выпуклого гиперболоида, а второе было параболическим.
Телескопом называется астрономический инструмент оптического типа, предназначенный для наблюдения за небесными телами. Первые модели различались двух видов – линзовые и зеркальные. Есть сведения, что попытки изобрести телескоп совершал Леонардо да Винчи, но доказательной базы в письменном варианте не нашлось. А вот кто изобрел первый телескоп и в каком году, история создания этого прибора – все рассматриваем сегодня.
Изобретатель первого телескопа
Кто был первым изобретателем прибора – установить сложно. Ряд ученых склонялся к версии, что первым изобретателем был оптик и торговец очками из Голландии Захарий Янсен. Но есть упоминание о том, что представляя свою модель, Янсен использовал разработки неизвестного изобретателя, проживающего ранее в Италии.
Вторая ученая группа утверждает, что впервые телескоп стал упоминаться английским философом тринадцатого века Роджером Бэконом. Якобы он и есть первый изобретатель устройства.
Исследователем, первым выполнившим астрономические наблюдения при помощи телескопа, был итальянец Галилео Галилей, проживавший в семнадцатом веке. Он изобрел трубу для наблюдений из свинцового материала, вставив в него две линзы из стекла. С помощью такого устройства он первым наблюдал движение небесных тел.
История создания телескопа
Развитие научных достижений со временем дало возможность изобретать более мощные телескопические приборы, позволяющие видеть гораздо лучше. Астрономами стали применяться объективы, отличающиеся большим фокусным расстоянием. Сами устройства перевоплотились в солидные неподъемные трубы, что создавало определенные неудобства в их применении. Появилось дополнительное изобретение – штатив. Сам телескоп постоянно улучшался, дорабатывался. Но его максимальный диаметр не превышал нескольких сантиметров. Связано это было с тем, что никто не мог изобрести большеразмерные линзы.
Чтобы простой ветер не создавал помех, и изображение всегда отличалось своей четкостью, телескоп стали делать длиннее. Но для того, чтобы не нарушался фокус, долго искали возможности, пока не придумали применять вогнутые зеркала.
Изначально телескопы не создавали четких изображений, выдавая контуры, окрашенные ореолом радужного спектра. Но со временем немецкий астроном Иоганн Кеплер усовершенствовал конструкцию, изобретя схему трубы с окуляром и объективом двоякой выпуклости. Такая модель до сих пор применяется в современных рефракторных системах.
В 1668 году англичанин Исаак Ньютон разработал первую конструкцию рефлекторного телескопа. С помощью такого усовершенствованного аппарата появилась возможность наблюдать спутники Юпитера.
Ученым из России М. В. Ломоносовым проводилось совершенствование модели. Он придумал отражательный вариант, имеющий наклонное зеркало, с помощью которого создавалось четкое изображение предмета наблюдения. Им же была придумана труба ночного видения, помогающая наблюдать небесные явления в темное время.
Существенных успехов в модернизировании телескопов достиг англичанин Уильям Гершель. Прибор был настолько хорош, что им пользовались до середины девятнадцатого столетия.
Кто же был первооткрывателем телескопа – спорить можно бесконечно. Но если говорить серьезно, то прибор, изобретенный Галилео, был тем единственным вариантом, который мог работать с двадцатикратным увеличением и с минимальным зрительным полем, имея небольшие недостатки и размытость изображения. Считается, что Галилео открыл начало рефракторной эры в астрономии – семнадцатое столетие.
Больше четырёх столетий прошло со времён робких попыток человека приблизить к себе мир небесных светил. За этот период небольшая зрительная труба, состоявшая всего из двух линз, превратилась в мощное и сложное сооружение. Много людей участвовало в совершенствовании прибора. И в этой созидательной работе как-то забылось, стёрлось во времени имя подлинного изобретателя телескопа. В настоящее время мы совершенно точно знаем имя и профессию того человека, который впервые и случайно обнаружил, что при помощи комбинации из двух линз можно наблюдать отдалённые предметы. Но было время, когда разные народы оспаривали друг у друга пальму первенства в этом вопросе.
410 лет отделяют нас от того дня, когда некто взял в руки два очковых стекла и соорудил из них зрительную трубу. Однако для того, чтобы выяснить имя этого человека, потребовалось гораздо больше времени, нежели ему для изобретения первого телескопа.
История телескопа запутана, имеет много версий, претендующих на истину, и окружена легендарными вымыслами.
По некоторым источникам следует, что изобретение первой подзорной трубы произошло во II столетии, а её изобретателем был Птоломей Клавдий. В качестве бесспорного доказательства справедливости такой версии её приверженцы указывают на то, что на одном портрете изображён Птоломей, смотрящий на звёзды в трубу, устроенную из нескольких передвижных частей.
Другие историки утверждают, что зрительная труба была впервые изобретена знаменитым естествоиспытателем Роджером Бэконом. Были указания и на то, что Джамбаттиста Делла Порта, живший в XVI и начале XVII в., есть именно тот учёный, который создал первую трубу.
Одна из наиболее распространённых версий приписывает изобретение зрительной трубы голландскому оптику Захарию Янсену.
История этого варианта такова.
В самом начале XVII столетия в небольшом голландском городе Миддельбурге славился своим искусством оптик Захария Янсен. Он в совершенстве владел трудной профессией шлифовщика стёкол и имел многочисленных клиентов, часто приезжавших к нему из других городов.
Как-то двое детей Янсена играли на улице перед мастерской отца. Один из них держал в руках два очковых стекла. Дети забавлялись, рассматривая друг друга сквозь стёкла. Случайно один из них приблизил к своему глазу сразу два стекла, расположив их на небольшом расстоянии друг от друга. Сквозь стёкла мальчик взглянул на верхушку соседней башни и с удивлением увидел, что она казалась ему увеличенной и приближенной. Это удивительное зрелище он показал своему брату. Мальчики долго рассматривали соседние здания, колокольни, мансарды, а потом побежали к отцу и рассказали ему о своих наблюдениях.
Отец в точности воспроизвёл случайные опыты своих детей и убедился в том, что они рассказывали ему правду. Быстро сообразив, что очковые стёкла можно закрепить в трубе, а тем самым сделать новый зрительный прибор, Захария Янсен тотчас же приступил к работе и вскоре сделал первую зрительную трубу. Это событие произошло в 1608 г.
Из других источников известен несколько иной случай. Однажды в мастерскую известного голландского оптика Иоганна Липпенштейна явился незнакомец и заказал ему несколько выпуклых и вогнутых очковых стёкол. Когда стёкла были готовы, и заказчик пришёл за ними, он стал их внимательно рассматривать, причём разглядывал отдалённые предметы на улице, поместив перед глазами сразу два стекла.
Когда довольный незнакомец покинул мастерскую, забрав с собой стёкла, заинтригованный его действиями Иоганн Липпенштейн попробовал подобным же образом посмотреть на удалённые предметы, то приближая к глазу, то удаляя от него очковые стёкла. Эффект оказался поразительным. Удивлённый оптик ясно видел предметы увеличенными и приближенными.
Как следует обдумав это явление, Липпенштейн пришёл к мысли, что если два очковых стекла закрепить на определённом расстоянии друг от друга, то получится интересный оптический прибор, при помощи которого можно было бы хорошо видеть отдалённые предметы, плохо видимые невооружённым глазом. Через непродолжительное время Иоганн Липпенштейн сделал зрительную трубу и подарил её принцу Морицу Нассаускому.
Истории открытия телескопа известны и другие сведения, согласно которым зрительную трубу изобрёл Яков Мециус.
Однако наиболее точные данные говорят за то, что подлинным изобретателем подзорной трубы является голландец, миддельбургский оптик Ганс Липперсгейм, сделавший её в 1608 г.
Во время войны между Испанией и Голландией в одно правительственное голландское учреждение явился Липперсгейм и предложил «инструмент для смотрения вдаль». Прекрасно понимая, что зрительная труба может быть с успехом использована в военном деле, Липперсгейм просил выдать ему привилегию сроком на 30 лет или же приличную пенсию.
Предложение это представляло для правительства большой интерес, а поэтому вскоре же была назначена специальная комиссия, составленная из специалистов, которая и должна была дать заключение о ценности изобретения. Для того, чтобы убедиться, что изобретатель может воспроизвести свой инструмент, ему предложили сделать ещё одну трубу с линзами из горного хрусталя и так её усовершенствовать, чтобы можно было смотреть в нее одновременно обоими глазами.
Липперсгейм очень скоро выполнил это задание, но патента так и не получил, так как в это же время Мециус заявил, что он тоже изобрёл зрительную трубу.
Один француз из Седана по фамилии Крепи долгое время считался подлинным изобретателем труб. Крепи был очень хорошим и сообразительным механиком. Один случай явно указывает на то, что Крепи не являлся изобретателем, а лишь воспользовался добытыми сведениями относительно устройства зрительной трубы.
28 декабря 1608 г. известный французский дипломат Жаннен, находившийся в то время в Голландии со специальной целью примирить её с Испанией, в письме к королю Генриху IV сообщил об интересном новом изобретении, которое может принести существенную пользу во время войны. В письме речь шла о только что изобретённой Липперсгеймом зрительной трубе.
Умный и предприимчивый Жаннен настойчиво пытался получить один экземпляр трубы у Липперсгейма, но осторожный изобретатель ни за что не хотел передавать секрет изобретения в руки представителя иностранного правительства. Тогда посол французского короля обратился к голландскому правительству, которое, как ему было известно, отказалось купить изобретение. Желая угодить французскому королю, голландское правительство явилось посредником между послом и Липперсгеймом, и Жаннен получил две трубы, которые вместе со своими письмами отправил во Францию с одним французским солдатом. Этим солдатом был Крепи.
Жаннен не случайно выбрал именно Крепи в качестве гонца с подарками для французского короля. Послу было хорошо известно, что Крепи является прекрасным механиком и очень сообразительным человеком. Когда Крепи получил трубы в мастерской Липперсгейма, он, очевидно, подслушал разговор о способе их изготовления и вскоре сам научился их изготовлять.
В мае 1609 г. Крепи приехал в Милан, явился к графу де-Фуентес и передал ему зрительную трубу, выдав её за своё изобретение.
С тех пор прошло четыреста с лишним лет, но пожелтевшая бумага исторических документов беспристрастно показала нам, что подлинным изобретателем зрительной трубы был Миддельбургский оптик Ганс Липперсгейм.
Она была устроена следующим образом: в небольшую латунную трубку вставлялось два стекла, одно из них - двояковыпуклое, второе - двояковогнутое. Первое стекло являлось объективом, а другое - окуляром. Увеличение этой трубы, конечно, было незначительным.
В июне 1609 г. Галилео Галилей приехал в Венецию и у кардинала Боргезе увидел голландскую трубу. Изобретение это настолько его заинтересовало, что он уже в августе построил собственную трубу и поднёс её в подарок венецианскому дожу.
Галилей с жаром отдался астрономическим наблюдениям и сделал много замечательных открытий.
«Телескоп Галилея», Музей Галилея (Флоренция)
Вскоре же после появления первой зрительной голландской трубы, эти оптические приборы быстро распространились в других странах: их стали в большом количестве изготовлять оптики и учёные Голландии, Англии, Германии, Италии.
Основатель Академии рысей в Риме - Федериго Чези сам изготовил зрительную трубу и по совету крупного знатока культуры Греции Демисциануса назвал её телескопом. Так появилось это название, сохранившееся и в наши дни. Большие возможности, таившиеся в «инструменте для смотрения вдаль», привлекли к нему внимание учёных. Среди них, особенно большой интерес к телескопу проявлял королевский астроном Иоганн Кеплер.
Кеплер первый дал научное объяснение принципов действия зрительной трубы. Великий астроном, открывший важные законы движения планет солнечной системы, был в то же время прекрасным физиком. В 1611 г. он издал сочинение по оптике, в котором описал несколько новых конструкций зрительных труб. Одну из них удалось сделать довольно известному учёному Шейнеру. Изготовленная Шейнером труба, названная «кеплеровой трубой», отличалась от своей голландской предшественницы тем, что оба её стекла - объектив и окуляр - были двояковыпуклыми. В телескопе Кеплера изображения кажутся перевёрнутыми, поэтому он употребляется только для наблюдения небесных светил.
После теоретических работ Кеплера, уже можно было сознательно подходить к строительству телескопов, грамотно продумывая их конструкцию. Можно было заранее вычислить увеличение, которое будет давать строящийся телескоп.
Так как степень увеличения телескопа зависит от фокусных расстояний объектива и окуляра, то для получения возможно больших увеличений стали делать телескопы очень большой длины: в некоторых телескопах фокусное расстояние доходило до 150 футов.
Объектив телескопа собирает световые лучи, идущие от наблюдаемого предмета. Чем больше света пропустит через себя объектив, тем ярче будет изображение. Поэтому хороший телескоп должен, во-первых, иметь значительную длину из-за большого фокусного расстояния своего объектива, а, во-вторых, величина объектива должна быть как можно больше. Выполнить и то и другое совсем не просто.
Особенно большие трудности приходится испытывать при изготовлении линз крупных размеров. Для них идёт особого сорта, очень хорошее оптическое стекло. Его научились варить совсем недавно, в конце XIX столетия. Оптическое стекло должно обладать хорошей прозрачностью. Кроме того, недопустимо, чтобы в нём находились пузырьки воздуха, неоднородности или трещинки.
Если изготовление такого стекла является весьма сложным делом, то в гораздо большей степени сложно отшлифовать, а затем отполировать большую линзу. Когда оптический завод получает заказ на изготовление объектива для телескопа, то это расценивается как крупное событие в жизни завода. На исполнение задания выделяют лучших шлифовальщиков и лучшее оборудование.
Механическая часть телескопа не менее сложна, чем оптическая. Ведь линзы надо так точно установить, чтобы их оптические оси совершенно совпадали, сам инструмент должен быть легко подвижным для того, чтобы без всяких толчков и сотрясений следовать за движением звезды. Он не должен прогибаться даже незначительно, а ведь при громадной длине телескопа избежать прогибов очень трудно. У телескопа имеется много всяких точных приспособлений для измерений его положения относительно вертикальной и горизонтальной плоскостей.
Таким образом, современный телескоп представляет собой большое и сложное сооружение, и не всякая страна может позволить себе иметь телескоп с очень значительным увеличением.
Когда начали строить крупные телескопы, встретились с серьёзными трудностями: из-за слишком большого веса трубы возникала опасность её искривления.
В 1684 г. Христиан Гюйгенс первый применил телескоп без его средней части, состоящий только из объектива и окуляра. Такой инструмент назывался «воздушным телескопом» и был устроен следующим образом: короткая труба с объективом закреплялась на некотором месте, а на большом расстоянии от неё устанавливался окуляр. Так что, по существу, никакой трубы и не было.
В первой половине XVII столетия в обсерватории в Дельги для астрономических наблюдений как раз и употребляли подобного рода зрительные трубы. Объектив закреплялся на высокой каменной стене, а окуляр устанавливался на заметном расстоянии от объектива, однако такого рода телескопы были несовершенны и грубы и употреблялись только до тех пор, пока не появились более совершенные приборы.
Первые телескопы были несовершенны не только потому, что давали очень небольшие увеличения, - существовал в то время ещё один, не менее серьёзный недостаток. Дело в том, что объективы обычно обладают хроматической аберрацией, т. е. лучи различного цвета фокусируются в различных фокальных плоскостях.
По мере того как наука о свете развивалась и обогащалась новыми данными, а особенно после того как французский оптик Джон Долонд в 1758 г. изобрёл линзы, в которых была уменьшена хроматическая аберрация, стали строить мощные совершенные телескопы, или, как их называют иначе, «рефракторы».
Вскоре же после того, как Липперсгейм изобрёл свой телескоп, у него появился серьёзный соперник - зеркальный телескоп или рефлектор. До изобретения Долондом ахроматических линз не было по существу никаких средств борьбы с хроматической аберрацией. Поэтому ещё очень давно были предприняты попытки заменить выпуклую линзу объектива вогнутым зеркалом. Ведь назначение объектива телескопа - собирать как можно больше света с тем, чтобы получилось особенно яркое изображение. Но этим свойством обладает не только выпуклое стекло, а также и вогнутое зеркало.
В 1616 г. итальянец Цуки первый предложил построить телескоп, в котором объективом служило бы вогнутое зеркало, но его изобретение известно было только в Италии.
Затем английский математик Грегори в 1663 г. осуществил изменённую конструкцию зеркального телескопа-рефлектора.
Величайший физик Исаак Ньютон заинтересовался изготовлением вогнутых зеркал с целью их применения в зрительных трубах. Проявленный с его стороны интерес к строительству рефлекторов имел под собой вполне определённое теоретическое основание. Он тогда ошибочно считал, что избежать в оптических стёклах хроматической аберрации невозможно. По его мнению, единственный выход заключался в том, чтобы линзу заменить зеркалом.
Телескоп-рефлектор И. Ньютона, хранящийся в Лондонском королевском обществе
Ньютон собственноручно изготовил два рефлектора, один маленький, другой побольше. Весть об этом быстро прилетела из Кэмбриджа в Лондон. Высшее научное учреждение Англии - Королевское общество -заинтересовалось новым телескопом и попросило Ньютона прислать одну трубу. Специальная комиссия дала о нём положительный отзыв и показала телескоп королю. Свой рефлектор великий физик подарил Лондонскому королевскому обществу, сделав на нём надпись: «Изобретён сэром Исааком Ньютоном и изготовлен его руками. 1671 г.». Этот телескоп и поныне хранится в библиотеке Королевского общества, как реликвия XVII столетия.
Весьма примечательна оптическая деятельность Михаила Васильевича Ломоносова. Величайший химик и прекрасный физик Ломоносов изобрёл и построил одиннадцать разнообразных оптических приборов.
В 1762 г. М. В. Ломоносов предпринял строительство сконструированного им рефлектора, который выгодно отличался от зеркального телескопа Грегори и Ньютона. К счастью, среди богатейшего рукописного материала, оставленного Ломоносовым, сохранился его лабораторный дневник под названием «Химические и оптические записки». В своём рабочем дневнике знаменитый русский учёный производил всякого рода записи: результаты исследований, задания своим «лабораторам», памятные заметки, записывал свои мысли и идеи.
Уже на первой странице своего дневника Ломоносов пишет:
«Новоизобретенная мною катадиоптрическая зрительная труба тем должна быть превосходнее Невтонианской и Григорианской, что 1) работы меньше, для того что малаго зеркала ненадобно; а потом 2) и дешевле; 3) не загораживает большево зеркала и свету неумаляет; 4) не так легко может испортиться, как вышеописанная, а особливо в дороге; 5) нетупеют и непутаются в малом зеркале (коего нет, и ненадобно) лучи солнечныя, и тем ясность и чистота умножаются; 6) новая белая композиция в зеркале к приумножению света способна».
Ломоносов горячо принялся за изготовление изобретенного им нового типа рефлектора. Читая «Химические и оптические записки» видишь, как много энергии, труда и смекалки вложил в это дело Ломоносов со своими помощниками.
Для изготовления зеркала, Ломоносов приготовил особый металлический сплав, предварительно испробовав множество разнообразных соединений. Наконец, в середине апреля Ломоносов кончает трубу. По этому поводу в дневнике имеется следующая запись:
«Апреля 15 дня сего 1762 г. учинена проба трубы катадиоптрической об одном зеркале, и моё изобретение произошло в действие с желаемым успехом».
Со своим отражательным телескопом Ломоносов производит эксперименты, сравнивая достоинства своей трубы с телескопом Грегори-Ньютона. В дневнике имеется такая запись:
«Доказать в моей трубе сколько Григорианская и Нев. . . отнимает ясности и явственности, наложив кружок на серёдку большово зеркала величиною с малое».
Ломоносов не ограничивается тем, что ему удалось сделать хороший рефлектор, он старается осуществить всевозможные усовершенствования и за первой трубой делает вторую. В его «Записках» читаем:
«Июня 25 дня заготовлен литьём металл на большое зеркало. Положено
меди 27 фунт
олова 13 1 / 2 -
цинку 13 1 / 2 -
«Вышло добраго зеркальнаго металлу без ноздрей 1 пуд 13 1 / 2 фунта».
Затем в «Записках» имеется такая запись:
«Новое изобретение. Поправление невтонианской трубки по моему. Зеркальце малое можно сделать из стекла как слюда тонково, и подвести ртутью».
«Невтонианскую по моему трубку можно зделать тонее и легче: для того что середка служит, с краев можно убавить».
«Посему должно оставить у самой меньшей апертуры скважину в диаметре три дюйма, чтобы она равна была малому зеркалу. Сим доказать сколь явственно видеть можно тем светом, которой в Невтоновой трубе малым зеркалом закрывается».
Ломоносов придумывает новые конструкции отражательных телескопов. В его дневнике имеется следующая запись:
«Трубку сделать мою Грегориано Невтонианскую и с Доландом. Фокус 1 фут. Встречное зеркало на 3 / 4 фута плоское, микроскоп о двух стёклах входит в трубу далече и увеличивает много.
«Трубка посему выйдет длиною в фут, толщиною в два дюйма. Увеличивать должна в 60 раз. Будеже всё взять в половину, трубка будет величиною как начерчено, увеличивать станет в 36 раз по Гугениевым принципиям.
«NB. Для спутников на море прекрасна».
Во всех оптических экспериментах Ломоносова ему помогали, выполняя его задания, «лабораторы» и мастера: Колотошин, Кирюшка, Игнат, Гришка, Андрюшка, столяр и кузнец. Мы ничего не знаем о славных и, повидимому, преданных Ломоносову помощниках. История не оставила нам их фамилий, кроме имён, которые значатся в «Химических и оптических записках».
Идея, положенная в основу устройства рефлектора Ломоносова, была настолько плодотворной, что когда Вильям Гершель предпринял строительство в 1789 г. своего последнего отражательного телескопа, он воспользовался точно такой же конструкцией. Таким образом величайший русский учёный почти на 20 лет опередил величайшего астронома. И только исторически сложившаяся несправедливость явилась причиной того, что эта система телескопа называется системой Гершеля, в то время как справедливость требует, чтобы имя Ломоносова стояло впереди фамилии его знаменитого современника.
Во второй половине XVIII столетия в науку пришёл Вильям Гершель, по профессии музыкант, впоследствии ставший величайшим астрономом и строителем телескопов. Собственными руками Гершель изготовил несколько зеркальных телескопов и при их помощи сделал много замечательных открытий, обогативших науку о небе.
В 1789 г. он построил свой последний гигантский рефлектор. Металлическое зеркало этого исполина весило более 1000 кг, а его поперечник составлял 120 см, длина трубы равнялась 12 м. И только через 56 лет был построен зеркальный телескоп, который по своим размерам превзошёл рефлектор Гершеля. Построил его астроном Росс. Одно зеркало в телескопе Росса весило 4 т и имело в поперечнике около 2 м. Длина трубы равнялась 16 м. Прибор этот и до сих пор находится в действующем состоянии.
В течение долгого времени рефрактор и рефлектор соперничали друг с другом. И у того и у другого имеются свои достоинства и недостатки, свои приверженцы и противники. Астрономы разных стран сходятся только в одном - в попытке получить от телескопа возможно большее увеличение и чёткость изображения, что влечёт за собой удлинение самих труб и увеличение поперечника объективной линзы. Современные телескопы представляют собой подлинное чудо техники. Строительство этих сложнейших астрономических приборов сопровождается большими материальными затратами, преодолением крупных технических затруднений и иногда может длиться ряд лет. Размеры современных телескопов довольно велики.
Yerkes Observatory
Самый большой рефрактор находится в Йерке, близ Чикаго, в США. Этот мощный инструмент установлен в просторном зале на высоком постаменте.
Длина этого гиганта - 19 м, а объектив имеет поперечник в 40 дюймов - больше метра. Увеличение Иеркского телескопа доходит до 3000 раз.
Знаменитая Ликская обсерватория, расположенная на горе Гамильтон в Калифорнии, имеет телескоп, диаметр объектива которого составляет 95 см.
Наш пулковский рефрактор, варварски разрушенный немцами, имел объектив поперечником в 75 см и фокусным расстоянием в 13.9 м.
Эти немногочисленные данные показывают, каким сложным и грандиозным, сооружением является хороший телескоп, позволяющий учёным заниматься исследованием удалённых от нас миров.
В настоящее время (1948г.) самыми крупными телескопами в мире являются два рефлектора в Калифорнии, один из них находится в обсерватории на горе Вильсон, а другой - на горе Паломар. Зеркало вильсоновского телескопа имеет диаметр 2.5 м, а паломарского - 5 м.
Советский физик член-корр. Академии Наук СССР Д. Д. Максутов сконструировал и построил телескоп, в котором устранил основные недостатки рефрактора и рефлектора. Свой телескоп Максутов назвал менисковым.
Максутов Дмитрий Дмитриевич
В Советском Союзе уже построено несколько таких приборов, которые по простоте выполнения и прекрасным оптическим свойствам далеко опередили заграничные. Советские астрономы вскоре будут иметь первоклассные телескопы, среди которых особое место отведено телескопу Максутова.
На этом историю зрительной трубы можно пока закончить, хотя история телескопа продолжается, и нам трудно предвидеть её конец. Когда оптический микроскоп достиг максимальных высот своего совершенства, и стала очевидной невозможность его дальнейшего прогресса - на помощь пришли законы электроники. Люди изучили эти законы, воспользовались замечательными свойствами мельчайших частиц и построили электронный микроскоп, с увеличением, в сотни раз превышающим увеличение оптического микроскопа. Потоки электронов пришли на смену световым лучам, а проволочные катушки с током заменили линзы.
Кто знает, какая судьба ждет телескоп? Может быть его ожидает впереди более яркое будущее, нежели настоящее микроскопа? Кто может ответить на этот вопрос? Как-то один французский философ категорически заявил, что люди никогда не узнают химического состава небесных тел. Жизнь опровергла, и очень скоро, предсказания философа: с помощью спектроскопа человек узнал, из каких элементов построены далёкие звёзды. Мы живём в эпоху быстро прогрессирующей науки, непрерывно движущейся вперёд. Даже самый прозорливый учёный, умеющий далеко заглядывать и правильно оценивать перспективы, не в силах предвидеть всех возможностей науки, ибо её горизонты необъятны.
М. С. Соминский
«Природа» 1948 №6
(Некоторые даты в тексте адаптированы под 2018 г)
https://www.perunica.ru/nauka/9704-istorija-teleskopa.html
Вконтакте
