Вообще говоря, в советское время роль личности в истории науки и техники была незначительна. «Советские учёные обнаружили», «в научно-исследовательском институте провели эксперимент», «отечественными инженерами разработано» – такими формулировками научная пресса изобиловала, а вот списки людей, принимавших участие в работе, приводились далеко не всегда. А если и приводились, то в официальной форме, с незапоминающимися инициалами вместо имен, в ряду прочих, включая несколько ступеней начальства. Ситуация же, когда изобретение называлось в честь его автора, считалась из ряда вон выходящей. Это в США инженер основывал компанию и называл её как ему вздумается. А в СССР был регламент. Конечно, я несколько утрирую, но в первом приближении ситуация выглядела именно так.
Однако Дмитрию Дмитриевичу Максутову в этом плане повезло. Телескопы системы Максутова – Кассегрена и Максутова – Грегори знают во всём мире. Дмитрий Максутов – дворянин, сын белого офицера – стал лауреатом двух Сталинских премий и обессмертил своё имя работами в области оптики.
Белый офицер
Дед героя нашей истории, Дмитрий Петрович Максутов, был неоднозначным человеком. Став в возрасте 31 года губернатором Аляски, на своём посту он прославился в основном взятками, кумовством и воровством – в общем, представлял собой наихудший образец российского чиновника. У Дмитрия Петровича было пятеро братьев, двое из которых – Павел и Пётр – также сделали себе отличную военную и государственную карьеру.
Дмитрий Дмитриевич Максутов-старший, сын Дмитрия Петровича, карьеристом не был. Он служил капитаном I ранга, затем работал пресс-атташе в российской миссии (то есть посольстве) в Турции – по сравнению с отцом не достиг почти ничего. После революции он уехал из России и закончил жизнь смотрителем пристани в Нью-Йорке.
А вот Дмитрию Дмитриевичу-младшему повезло остаться. Именно повезло, потому что его жизнь во время революционных событий и Гражданской войны достойна экранизации в Голливуде. Он родился в 1896 году и с детства любил астрономию – своими руками делал телескопы по инструкциям, прочитанным в научно-популярных книгах, и всего в 15 лет стал членом одесского отделения Русского астрономического общества. Но, как и практически любому дворянскому отпрыску, ему прочили военную карьеру, так что Дмитрий Максутов (здесь и в дальнейшем этим именем я буду называть астронома, а не его отца) отучился в Николаевском инженерном училище в Санкт-Петербурге, затем в Офицерской электротехнической школе и в итоге стал специалистом по радиотелеграфии. Служил он на Кавказском фронте, учился в школе военных лётчиков, попал в авиакатастрофу и был списан по инвалидности. Это произошло в декабре 1917 года, когда по стране уже шагала новая власть. Максутов бежал от неё в Китай, но, добравшись до Харбина, остался без средств и возможности добраться до США. В 1919-м вернулся в Томск и… был мобилизован отступающей армией Колчака. Тем не менее послужить Верховному правителю России он так и не успел: до Томска добрались части РККА. Максутову ничего хорошего не светило – он же был белым офицером. Но он как-то сумел это скрыть, видимо подделав бумаги, и поступил учиться сразу на 3-й курс Томского технологического института, став в глазах новой власти просто студентом.
Наконец, в 1921 году Максутов встал на дорогу, определившую всю его жизнь. Давний знакомый его отца, физик Дмитрий Сергеевич Рождественский, собирал по всей стране талантливых астрономов для укомплектования штата Государственного оптического института в Петрограде, основанного по его инициативе в 1918 году, – по сути, это было одно из первых научных заведений, учреждённых уже после революции. Максутов принял предложение Рождественского, но в ГОИ проработал недолго, потому что его отец и брат эмигрировали, а мать, отказавшаяся уезжать, осталась в Одессе одна. Дмитрий переехал туда, преподавал в одесских школах физику, заведовал оптической мастерской в Одесском национальном университете имени И. И. Мечникова, а в ГОИ восстановился лишь после смерти матери, в 1930 году, – и только тогда занялся оптикой всерьёз.
Немного о телескопах
Своё главное изобретение Дмитрий Максутов сделал намного позже, в 1941 году, будучи начальником лаборатории астрономической оптики ГОИ и уже доктором технических наук. К слову, он получил степень без защиты, «по совокупности опубликованных работ».
Телескоп самой простой конструкции называется рефрактором. Фактически это подзорная труба, состоящая из двух элементов – объектива и окуляра. Объектив представляет собой систему линз, которая собирает свет, создавая уменьшенное изображение объекта, скажем Луны, а окуляр увеличивает его, как лупа. Но при кажущейся простоте рефракторы имеют ряд недостатков, среди которых сложность и дороговизна изготовления линз большого размера, а также хроматическая аберрация.
Последняя представляет собой искажения, возникающие из-за того, что показатель преломления оптического стекла, из которого делаются линзы, разный для различных длин волн (это явление называется дисперсией). Иначе говоря, лучи разных цветов по-разному преломляются стеклом и, следовательно, по-разному фокусируются линзой, что искажает получаемое изображение. Для исправления хроматической аберрации приходится использовать специальные материалы с низкой дисперсией или сложные оптические схемы.
Во второй половине XVII века учёные пришли к схеме телескопа-рефлектора. В рефлекторах вместо собирающих свет линз используются зеркала, поэтому такие телескопы лишены главного недостатка рефракторов – хроматическая аберрация у них полностью отсутствует (да и изготавливать крупные зеркала проще, чем линзы). Впервые рефлектор описал шотландский математик Джеймс Грегори в своём трактате 1663 года, затем, в 1668-м, сэр Исаак Ньютон построил первый в мире рефлектор, причём его конструкция отличалась от той, что описал Грегори, а в 1672-м английский естествоиспытатель Роберт Гук реализовал схему Грегори. Потом появились схемы Кассегрена, Несмита, Шмидта и др. Все современные самые крупные телескопы – рефлекторы.
Хотя у рефлекторов нет никаких хроматических аберраций, они не лишены недостатков. Последние проявляются в том, что для лучей, проходящих на разном расстоянии от оптической оси и под разными углами к ней, фокусы не совпадают, и это искажает изображение. Если луч падает параллельно оси телескопа, то говорят о сферической аберрации, если под углом – то о коме, если же точка расплывается и фокусируется в виде отрезка, это называется астигматизмом.
Максутов в 1941 году по-прежнему работал в ГОИ. Он более или менее успешно миновал репрессии: в 1930-м его арестовали на месяц во время чистки рядов ВКП(б), в марте 1938-го возбудили новое дело об измене Родине, но в декабре уже закрыли, поскольку как учёный он был нужен стране в большей мере, нежели как заключённый. В августе 1941 года ГОИ отправили в эвакуацию в Йошкар-Олу, и где-то в поезде, как впоследствии рассказывал сам Максутов, его осенило.
Система Максутова
Решение проблемы оказалось настолько простым, что его действительно можно было придумать, трясясь в переполненном вагоне. Оно не требовало даже записи. Сферическую аберрацию следовало компенсировать сферической же линзой особой формы – так называемым мениском.
Мениск – это вогнуто-выпуклая или выпукло-вогнутая линза. То есть одна её сторона является выпуклой, а другая – вогнутой. Если центральная часть тоньше краёв (отрицательный мениск), то линза рассеивает свет, если толще (положительный) – собирает. Мениск изобрёл в 1804 году знаменитый английский учёный, химик и оптик Уильям Хайд Волластон. Изначально он разработал мениск в качестве корректирующей линзы для очков (он используется таким образом и по сей день), затем в 1812 году применил его в своей конструкции камеры-обскуры. Мениск Волластона впоследствии использовали для корректировки аберраций первые фотографы – Ньепс и Дагер. Обратите внимание: мениск был известен более 100 лет, с его помощью проводили корректировки оптических систем, в том числе и компенсацию хроматической аберрации телескопов-рефракторов, но до Максутова никто не догадался использовать его в рефлекторе!
11 августа 1941 года Максутов прибыл в Йошкар-Олу, а месяц спустя испытал первый телескоп с корректирующей системой. Идея была прекрасна в первую очередь своей простотой: мениск тщательно рассчитанной формы позволял корректировать аберрации в любых типах рефлекторов – и в схеме Ньютона, и в схеме Гершеля, и в схеме Грегори и т. д. и т. п. К концу 1942 года Максутов рассчитал сотни менисков для самых разных оптических приборов, в том числе для объективов, спектрографов и даже для прожекторов.
В 1944 году в Оборонгизе вышла статья Максутова «Новые катадиоптрические менисковые системы», где подробно описывалось его изобретение. В том же году в «Журнале Оптического общества Америки» (Journal of the Optical Society of America) была опубликована англоязычная версия статьи: Максутову разрешили отправить работу в зарубежный научный журнал. В 1946 году за свою работу учёный получил Сталинскую премию I степени.
Здоровая конкуренция
Стоит заметить, что Максутов не был первым оптиком, решившим проблему сферической аберрации. В 1930 году эстонско-шведский физик Бернхард Шмидт установил в телескопе-рефлекторе ограничивающую диафрагму с асферической линзой (то есть такой, у которой одна или обе поверхности не являются сферическими). Это позволило добиться того же результата, что и у Максутова, – диафрагма полностью устраняла кому и астигматизм, а асферическая линза особой формы (сейчас такую линзу называют корректирующей пластинкой Шмидта) компенсировала сферическую аберрацию.
Систему Шмидта, скончавшегося в 1935 году, многократно совершенствовали. Наиболее известны доработки, сделанные в 1940-х сотрудниками Гарвардского университета Джеймсом Бейкером и Джозефом Нанном. Она используется во многих крупных телескопах мира: в Паломарской и Гамбургской обсерваториях, а также на орбитальном телескопе «Кеплер».
Схема Максутова чисто технически менее совершенна, чем схема Шмидта, зато она значительно проще, не требует изготовления сложных асферических линз и позволяет, как уже говорилось, легко модифицировать практически любой рефлектор. Наиболее распространены в любительской оптике схемы Максутова и Шмидта, модифицирующие телескоп системы Лорана Кассегрена, представленный Парижской академии наук в 1672 году.
Забавный факт: телескопы Максутова – Грегори и Грегори – Максутова представляют собой совершенно разные системы. Вторая не имеет отношения к упомянутому выше Джеймсу Грегори, шотландскому учёному XVII века. Она названа в честь Джона Грегори, американского оптика, который в 1957 году опубликовал в журнале Sky & Telescope сенсационную статью «Постройка телескопа Кассегрена – Максутова в домашних условиях». Версия телескопа, описанная в статье Джоном Грегори, оказалась совершенно новой, ранее нигде не применявшейся схемой менискового прибора. Грегори получил на неё патент, и схема вошла в историю под названием Грегори – Максутова.
Дмитрий Максутов прожил удивительно богатую творческую жизнь. Менисковые телескопы производятся наряду с другими системами практически всеми фирмами, специализирующимися на астрономической оптике. Ряд телескопов Максутова – Кассегрена установлен в различных обсерваториях, например в чилийской Серро-Эль-Робле, Абастуманской обсерватории в Грузии и др. Серьёзнейшей его работой стало проектирование большого азимутального телескопа (БТА-6) в Нижнем Архызе – с 1975 по 1990 год это был самый большой телескоп в мире, потом рекорд перешёл к Keck 1 в обсерватории Кека на Гавайях. Правда, сам Максутов БТА-6 в работе не увидел: он скончался в 1964 году и был похоронен на знаменитом «астрономическом» кладбище у Пулковской обсерватории.
Сегодня в честь Максутова названа малая планета 2568 Maksutov, открытая в 1980 году как раз с помощью менискового телескопа, а также кратер на обратной стороне Луны. Но в первую очередь его имя сохранилось в названиях всех телескопов, использующих его изобретение. Казалось бы, такое простое – и одновременно такое сложное.