копа имеет диаметр 5000 миллиметров. Площадь его равна 19,6 квадратного метра, то есть примерно такая же, как площадь жилой комнаты средних размеров. Соотношение площадей двух этих зрачков показывает, что в единицу времени телескоп собирает в 392 тысячи раз больше фотонов. Хороший наблюдатель в самых благоприятных условиях может увидеть невооруженным глазом звезды шестой величины. С помощью 5-метрового телескопа ему же удастся увидеть звезды 18—19-й величины.
Невооруженный глаз в нашем случае можно сравнить с узкогорлой бутылкой, а телескоп — с огромным чаном. И если продолжать эту аналогию, то при наблюдении в телескоп глаз можно уподобить бутылке, а телескоп — воронке с очень широким раструбом, собирающей все капли — фотоны и «вливающей» их в узкое отверстие глаза.
Оптические схемы телескопов.
В наше время астрономы довольно редко смотрят на звезды. Наблюдателя уже довольно давно сменила фотопластинка. Это удобнее по многим причинам, но наиболее важные из них, пожалуй, две.
Во-первых, фотографирование лучше тем, что каждая фотография является самым достоверным документом, сохраняющим на века точнейшие данные о взаимном расположении наблюдаемых объектов, об их светимости и конфигурации, имевших место в то время, когда производилось фотографирование. Обнаружить какие-либо изменения можно, только сопоставив снимки одного и того же участка неба, сделанные в разное время.
Во-вторых, фотографирование позволяет обнаружить звезды и другие объекты, слишком слабые для невооруженного глаза. Это объясняется способностью светочувствительных зерен фотоэмульсии суммировать во времени, накапливать фотохимическое действие фотонов. У глаза эта способность накапливать последовательные возбуждения от отдельных фотонов выражена в значительно меньшей степени. Кроме того, если количество фотонов, попадающих в данную палочку за единицу времени, меньше некоторого минимума (ниже некоторого порога), глаз вообще не ощутит света.
В «паспорте» каждой звезды имеется не только ее фотография, имя и адрес. В него же вписаны и особые приметы гражданки Вселенной — светимость (величина, характеризующая яркость звезды) и спектральный тип. Эти приметы помогают устанавливать специальные приборы — фотометры и спектрографы, применяемые совместно с телескопом. С помощью спектрографа фотографируется спектр звезды, а распределение энергии в этом спектре исследуется особочувствительными термометрами — термопарами.
В наши дни в распоряжении астрономов имеются телескопы различных типов и классов. Одни предназначены для исследования предельно доступных глубин Вселенной, но зато имеют очень малый угол поля зрения; другие так далеко в космос не проникают, но зато позволяют вести фотографирование довольно больших участков неба.
По принципу действия или, вернее, по оптической схеме телескопы можно разделить на три основные группы: рефракторы, рефлекторы и зеркально-линзовые. Первыми появились телескопы, в которых в качестве объектива использовалась собирающая линза, а в качестве окуляра — рассеивающая. По такой оптической схеме была собрана труба Галилея.
Схема трубы Галилея.
Кеплер создал другую оптическую схему, по которой и сейчас выполняются рефракторы. В этой схеме собирающие линзы используются и в объективе и в окуляре.
Схема трубы Кеплера.
Первые телескопы давали очень несовершенное окрашенное изображение. Ньютон объяснил причину этого недостатка и даже пришел к выводу, что устранить окрашивание в рефракторах невозможно. Это была ошибка. Но она имела не только вредные, но и полезные последствия: она натолкнула Ньютона на мысль о постройке телескопа по иной оптической схеме. Такой телескоп был собственноручно изготовлен ученым в 1668 году. Это был первый в мире рефлектор — телескоп, у которого в качестве объектива используется не собирающая линза, а вогнутое зеркало. Окрашивание объектов в рефлекторе принципиально отсутствует, потому что свет не проходит сквозь линзу, а отражается от полированной поверхности зеркала.
Правда, сама идея рефлектора принадлежит не Ньютону — она была высказана еще за пять лет до него соотечественником великого физика — Грегори, но его оптическая схема несколько отличалась от предложенной Ньютоном. Поэтому последнему часто приписывают и славу изобретателя рефлектора. На самом деле он был первым, кто построил телескоп-рефлектор. Грегори же не повезло: уже после того как Ньютон построил свои телескопы, оптическую схему, подобную предложенной Грегори, вновь описал другой ученый — Кассегрен. И оптику, выполненную по этой схеме, до сих пор часто называют кассегреновской.
Ошибка Ньютона была исправлена лишь в 1729 году, когда появился первый ахроматический (неокрашивающий) объектив. С тех пор рефракторы вновь обрели признание.
В настоящее время строятся и применяются оба типа телескопов. Каждому присущи свои достоинства и недостатки; каждый тип применяется для решения особого круга задач: с помощью рефракторов ведутся астрономические наблюдения и исследования, с помощью рефлекторов— астрофизические, например исследования спектров.
Совсем недавно появился новый тип телескопа. Его изобрел советский ученый Д. Д. Максутов.
Телескоп Максутова. У телескопа автор Д Д. Максутов.
Схема этого телескопа представляет собой сочетание рассеивающей линзы — мениска — и вогнутого зеркала сферической формы. Преимуществами этого типа телескопов являются большая простота и весьма малая длина инструментов.
Наиболее мощными инструментами в настоящее время являются рефлекторы. Диаметр главного зеркала, наиболее крупного из всех существующих, равен 508 сантиметрам. Этот телескоп установлен в обсерватории на горе Маунт Паломар, в Калифорнии. Диаметр объектива самого крупного рефрактора равен всего лишь 102 сантиметрам. Это означает, что самый большой рефлектор позволяет собирать в 25 раз больше света, чем самый большой рефрактор.
В СССР совсем недавно был построен рефлектор с диаметром зеркала в 260 сантиметров. Он установлен в Крымской астрофизической обсерватории в Симеизе.
Новый телескоп-рефлектор в Симеизской обсерватории. Его называют ЗТШ-2,6, что означает: зеркальный телескоп Шайна с диаметром главного зеркала 2,6 метра.
Можно не сомневаться, что наши оптики при необходимости сумеют построить и более крупные телескопы, которые позволят астрономам исследовать глубины космоса. Это будут самые большие в мире инструменты.
Обработка зеркала диаметром 2,6 метра на Ленинградском оптико-механическом заводе. Обработка длилась более года и велась при строго постоянной температуре.
Самый большой рефрактор в Советском Союзе установлен в Пулковской обсерватории: диаметр его объектива равен 75 сантиметрам.
По фотографиям вы можете судить, какое огромное и сложное сооружение — современный крупный телескоп. Помимо высоких оптических качеств, это огромное сооружение должно иметь возможность наводиться на требуемый участок неба и вращаться так же плавно и равномерно, как наш земной шар, с тем чтобы с чрезвычайно высокой точностью следить за положением избранной звезды. Строительство подобных телескопов длится годы и обходится очень дорого. Иметь такие инструменты может позволить себе не каждое даже богатое государство.
Новый телескоп-рефрактор, построенный в ГДР.
Строительство нового телескопа в ГДР.
Еще совсем недавно, до эпохи ракет и спутников, многие считали астрономию наукой, оторванной от жизни. Теперь отношение к ней со стороны непосвященных переменилось, но тем не менее они продолжают считать, что практическую пользу астрономия принесет лишь в будущем. Это неверно. Астрономия не только наука, устремленная в будущее, она в то же время одна из самых древних наук. И появилась она для того, чтобы ответить на вопросы, жизненно важные для человеческого рода. Ею успешно занимались жрецы Египта и Двуречья, а в Западном полушарии — жрецы народов майя, инков и ацтеков.
Астрономия для древних народов имела не только мистическое значение и служила не только для укрепления власти жрецов. Основное ее назначение было чисто практическим и необыкновенно важным — она дала народам календарь.
В наши дни календарь кажется извечным, присущим самой природе и само собой разумеющимся явлением. Однако это вовсе не так. Календарь — одно из важнейших изобретений древнего мира, сделанное на основании знаний о законах смены времен года и небесных явлений. Именно календарь помогал народам проводить сельскохозяйственные работы в правильные сроки.
Самый точный календарь, как недавно установили ученые, оказался у народа майя. Хотя летосчисление у этого народа было основано на отличных от принятых теперь принципов, они все же точнее всех других определили длительность года. Вот табличка, в которой сопоставлены длительности года, указываемые различными календарями:
Юлианский календарь 365, 250 000 дня.
Григорианский календарь 365, 242 000 дня.
Календарь майя 365, 242 129 дня.
Точные астрономические данные 365, 242 198 дня.
Жизнь любого народа даже и по настоящий день в какой-то степени подчинена календарю. Есть дни, когда он предписывает веселиться; есть дни, считающиеся печальными. Все это — наследие глубокой старины, когда жрецы, а затем и священники требовали неукоснительного соблюдения календарных предписаний.
Дальнейшее развитие астрономия получила, столкнувшись с новой, очень важной для человечества задачей — с навигацией. Это произошло в то время, когда стало развиваться мореплавание. Только звезды могли указывать дорогу судам вдали от берегов, и морякам поневоле пришлось стать и астрономами. Знание некоторых разделов астрономии необходимо и штурманам наших дней. Навигация по звездам — астронавигация— имеет в наше время важное практическое значение.
Новая, современная астрономия зародилась в эпоху позднего Возрождения, когда ум человеческий впервые за многие века вырвался из оков церковного мракобесия. В 1543 году, в год смерти великого польского астронома Николая Коперника (1473–1543), вышла в свет его книга «Об обращении небесных сфер». Этой книгой Коперник нанес решительный удар освященной веками и римской церковью Аристотелевой картине Вселенной.