Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

«Cosmotheoros» был широко растиражирован благодаря стараниям брата Христиана – Константина Гюйгенса, секретаря штатгальтера Нидерландов Вильгельма III – «Вильгельма Оранского», ставшего после революции 1688 г. королем Англии, Шотландии и Ирландии. Среди множества отступлений от главной астрономической темы в книге Гюйгенса содержится прозрачный намек, который он дает Константину. Он слышал, что когда Сатурн будет в северной части своей траектории, можно будет открыть у него еще большее количество спутников, но только в том случае, если в его распоряжении будут «два телескопа, длиной 170 и 210 футов; самых больших и самых лучших в мире, как я полагаю». Конструкция этих огромных «подвесных» телескопов повторяла описанную Христианом в книге, опубликованной в 1684 г. Объективные линзы для них Константин Гюйгенс изготовил в июне и в июле 1686 г., но в течение следующих десяти лет его полностью поглотили политические дела, и он непрерывно курсировал между Лондоном и Гаагой. Вслед за королем обе линзы (плосковыпуклая и двояковыпуклая) были перевезены в Лондон. В 1720‐х гг. их выкупило у наследников братьев Гюйгенсов Королевское общество и приобщило к объективной линзе для 123-футового телескопа, преподнесенного обществу Константином в 1691 г. Там они находятся и по сей день.

НОВЫЕ ТЕЛЕСКОПЫ

Существовал очевидный механический предел целесообразности увеличения длины телескопов в целях ослабления аберрации. Как бы ни были хороши линзы Гюйгенса, даже его телескопы-рефракторы 1660‐х гг. практически достигли указанного предела в условиях отсутствия ахроматических линз. Например, Уильям Дерем взял во временное пользование 123-футовую объективную линзу, но нашел ее крайне непрактичной. Многие люди, компетентные в математической оптике, время от времени обращались к изучению проблемы ложного цвета телескопических изображений, но мало чего добились. Существовало расхожее мнение, что Исаак Ньютон доказал невозможность существования такой комбинации линз, которая позволила бы избежать ложного окрашивания. Со временем его репутация становилась все более весомой, поэтому данное его убеждение (так ли это было на самом деле или нет – в данном случае неважно) сильно затормозило разработку ахроматических линз. Человеческий глаз, ошибочно считавшийся совершенным в этом отношении, согласно утверждениям некоторых, является живым доказательством возможности существования ахроматических линз. Английский землевладелец, адвокат и оптик-любитель Честер Мур Холл обнаружил (после серии экспериментов, описание которых он не опубликовал), что ахроматическую комбинацию можно получить посредством совместного использования различных типов стекла (кронгласа и флинтгласа). Он осуществил детальную проработку этого открытия в период 1729–1733 гг. и передал работу по изготовлению первых ахроматических линз профессионалам на подрядной основе. Первую из них изготовил Джордж Басс в 1733 г., и у Холла примерно в это же время имелось по меньшей мере два ахроматических телескопа. В середине 1750‐х гг. он рассказал о своих достижениях хорошо известному английскому мастеру по изготовлению инструментов Джону Доллонду. Эйлер тоже рассматривал такую возможность и направил Доллонду несколько писем с просьбой поэкспериментировать в этом направлении.

В 1754 г. шведский физик Сэмюэль Клингенстерн опубликовал собственное теоретическое изложение этого вопроса и послал его Доллонду, но не удостоился упоминания в отчете об исследовании, проведенном самим Доллондом, опубликованном в 1758 г. Рассерженный этим обстоятельством Клингенстерн опубликовал в 1760 г. работу, в которой изложил все, что было известно на тот момент о системах линз, позволявших избежать хроматических и сферических искажений, – произведение, ставшее крайне важным для последующих изготовителей больших астрономических телескопов. Однако начало коммерческому производству ахроматических линз положил Доллонд. Дания – не близкий край, но патент есть патент. Позже Доллонд подвергся преследованию со стороны торговцев-конкурентов, утверждавших, что право на приоритет принадлежит Холлу, но сам Холл оставался в стороне от этой полемики, и судья постановил: тот, кто первым ставит изобретение на службу обществу, должен получать за это вознаграждение. Это разительно контрастировало со случаем Ханса Липперсгея.

Для достижения высокой кратности без сферических искажений или ложного окрашивания изображения у рефракторов XVII в. сохранялись небольшие апертуры, а фокусные расстояния все более и более увеличивались, в результате чего получались чрезвычайно длинные телескопы, зачастую вовсе без трубы. Например, Гевелий построил в Данциге 46‐метровый телескоп (ил. 160). Как уже упоминалось в связи с исследованием Сатурна, у Гюйгенса был 37‐метровый инструмент. Вместо трубы в нем использовались канаты, распределенные по длине планки, соединяющей объектив с окуляром. При натягивании троса объектив, подвешенный на карданном шарнире, расположенном на верхушке высокого столба, поворачивался в нужном направлении. Вскоре Гюйгенс обнаружил неприятную особенность всех подобных телескопов: изображение сильно искажалось в результате воздействия воздушных течений. Благодаря усилиям Холла, Клингенстерна и Доллонда все эти малоудовлетворительные «воздушные телескопы» отошли в прошлое.

Во Франции Алексис Клеро ввел упрощение в ахроматические линзовые системы, сократив количество линз в системе Доллонда с трех до двух при условии идеально тесного контакта между ними. Несколько парижских оптиков сумели добиться этого в 1763 г., после чего эта комбинация линз стала наиболее распространенной. В 1765 г. сын Доллонда Питер передал во временное пользование их первый ахроматический телескоп королевскому астроному Маскелайну; результаты были настолько впечатляющими, что Доллонды сколотили на этом целое состояние. Как выяснилось, можно сократить и другие типы аберраций, заставив линзы совместно участвовать в преломлении и избегая, например, таких ситуаций, когда свет, попадающий в телескоп, встречается с плоской поверхностью. В общем, качественное улучшение объективных линз гарантировало рефракторам долгую историю, а составные окуляры способствовали ее продлению посредством значительного увеличения кратности. С другой стороны, светосила зависит от апертуры, и линзы быстро достигли пределов, диктуемых технологией того времени. Нужно было искать что-то новое, и это новое появилось в виде отражающих телескопов.

160

Построенный Гевелием 150-футовый (46‐метровый) телескоп, изображенный в его сочинении «Machina coelestis pars prior» (1673). Это был самый большой из его телескопов, изготовленный в целях устранения аберрации изображения. Он строил и другие телескопы подобного типа, но многие из них пострадали во время пожара в Стеллабургуме – его обсерватории, основанной в 1679 г. На заднем плане виден Данциг, растянувшийся вдоль линии горизонта. Скопление народа свидетельствует о том, что возведение телескопа было публичным мероприятием, не лишенным некоторого риска, – обратите внимание на рабочего, находящегося на вершине столба. Этот телескоп обладал неустойчивой конструкцией с ограниченными возможностями, она изгибалась и дрожала, если дул ветер. Галлей понял это и счел его бесполезным.

Шотландский математик и астроном Джеймс Грегори создал конструкцию такого телескопа и опубликовал ее детальное описание уже в 1663 г. Принцип его работы заключался в использовании параболического зеркала, которое отражало лучи от удаленного объекта в обратном направлении на небольшое вторичное вогнутое зеркало, немного отстоящее от основного фокуса. Вторично отраженные от него лучи проходили узким пучком через отверстие в центре главного зеркала и попадали сначала на плосковыпуклую окулярную линзу, а затем – в глаз. Исходная схема была более совершенной: в первоначальном варианте телескопа Грегори использовалось не сферическое, а эллипсоидное вторичное зеркало с двумя фокусами. Планировалось, что главное зеркало будет создавать первичное изображение в одном из фокусов эллипсоида, после чего вторичное зеркало переместит изображение в другой фокус, совпадающий с фокусом окулярной линзы. (При условии что световые лучи, поступающие от удаленного объекта, будут идти параллельно; см. ил. 161.) На самом деле, эта задумка предъявляла слишком завышенные требования к уровню мастерства ремесленников того времени. Грегори заказал лондонскому оптику Ричарду Риву изготовить телескоп собственной конструкции с фокусным расстоянием в шесть футов. Еще задолго до этого, работая вместе с математиком Джоном Пеллом, Рив пытался изготавливать несферические, а именно – гиперболические линзы, за которые ратовал