Анатолий Томилин - Занимательно об астрономии
До сих пор считается, что человек с нормальным зрением должен видеть невооруженным глазом на небе обоих полушарий до шести тысяч звезд. Но возьмите хотя бы театральный бинокль, и число светящихся точек резко увеличится. При этом в космосе мало звезд-одиночек. Большинство, как правило, входит в системы, подчиняющиеся общим законам. Сравнивая особенности отдельных звезд и систем друг с другом, астрономы выводят эти общие законы. А предмет, объединяющий клан серьезных людей, занятых обобщениями, называется Звездной астрономией. Она стоит отдельно, предваряя вход в отделы Космогонии и Космологии.
* * *Вы наверняка слышали выражения «старая звезда», «молодая звезда». У звезд есть возраст — значит, они не вечны. Звезды рождаются, проходят длинный путь и умирают, израсходовав энергию. Проблемы происхождения и развития небесных тел как раз и изучает космогония. Несоразмерности жизни человека и звезды космогонисты ловко обходят при помощи сложных математических доказательств. И конечно, совсем не их вина, что именно в этой отрасли древней науки скопился наиболее обширный архив всевозможных спекуляций: от библии и до гипотезы Хойла — Фаулера.
* * *Еще более умозрительной является космология — наука о вселенной как о едином связанном целом. Ее как-то даже неудобно называть разделом астрономии, настолько она величественна. «Ветер вечности» дует на ее бесконечных просторах, и мы еще не раз встретимся с ним лицом к лицу в последующих главах.
2. Астрономический арсенал
Примерно до середины сороковых годов нашего столетия единственным источником астрономической информации являлся свет. Собственный свет далеких звезд и отраженный от планет и комет, он содержал в себе все сведения о чужих мирах. И люди, хоть и не были уверены в природе света, научились неплохо пользоваться этим даровым носителем информации.
Незнание истинной природы света не помешало человечеству построить множество оптических приборов. Часть из них составляет астрономический арсенал, с которым автор и имеет желание познакомить своего читателя.
Телескоп-рефрактор — самая древняя конструкция оптического прибора. Глубины, питавшие первых изобретателей, до сих пор еще не раскопаны историками, и существует множество вариантов ответов на вопрос: кто же самый первый?
Упоминания о возможности сочетания линз для целей увеличения можно найти еще в сочинениях английского философа Роджера Бэкона, жившего в XIII веке. Однако ему даже в голову не приходило приложить плоско-выпуклую чечевицу к глазам. Он лишь советует накрывать предмет линзой, чтобы лучше его видеть. Святая простота!
Пропагандируя экспериментальный метод в своих сочинениях, Бэкон не очень заботился об отделении истины, проверенной опытом, от предположений и фантастических планов. Он пишет: «Таким образом, увеличивая зрительный угол, мы будем в состоянии читать мельчайшие буквы с огромных расстояний и считать песчинки на земле…»
К сожалению, следом за многообещающим XIII веком пришел страшный своей пустотой и парализованностью мысли век XIV. Наиболее выдающиеся усовершенствования этой эпохи касаются лишь орудий пытки да методов ведения инквизиторского допроса. Братья «монаси» весьма преуспели в многотрудных заботах о душах паствы своей.
Вновь упоминание о видении на расстоянии появляется лишь тремя столетиями позже. Сначала тоже как принципиально возможное действие в труде итальянского врача Фракастро из Вероны. А потом и в качестве описания результатов пользования несколькими стеклами для рассматривания удаленных предметов. Это описание впервые появилось в «безумнейшей из книг» Джамбатисты делла Порта, вышедшей под названием «Натуральная магия» в 1558 году.
Историки примечательно характеризуют этого человека: «Полудилетант, полуученый и в изрядной степени шарлатан».
В пятнадцатилетнем возрасте Порта издает этот обширный труд, в котором свалены в одну кучу как истинные физические события, так и совершенно невероятные вещи, суеверия и нелепости. И, несмотря на такое смешение правды с вымыслом, книга его сыграла весьма значительную и прогрессивную роль. Ее читали так жадно, как не читают сегодня нашумевший роман.
И все-таки настоящего телескопа еще не было. Зрительная труба, если ею и обладал Порта, должна была увеличивать слишком мало, ибо не в характере автора «магии» умолчать об открытиях, которые он мог бы сделать на небе.
В 1608 году Генеральным Штатам Голландии одновременно было предъявлено несколько требований от оптиков о выдаче патента на зрительную трубу. Однако ни одно из них не было удовлетворено.
Вместо патента правительство предложило гонорар за сделанные инструменты.
Слухи о возможности создания хороших зрительных труб быстро распространяются по Европе и попадают в Италию. Люди начинают увлекаться шлифованием линз. И наконец, Галилей направляет сделанную собственными руками трубу на небо. Телескоп-рефрактор был изобретен!
С незапамятных времен люди вели астрономические наблюдения невооруженным глазом. Инструменты предназначались в основном для измерения углов. С 1609 года наступает новый этап.
Примерно в это время Галилей писал в «Звездном вестнике»:
«Тому назад около десяти месяцев дошел до нас слух, что каким-то голландцем устроен инструмент, благодаря которому предметы, находящиеся на далеком расстоянии, кажутся как бы близ нас помещенными и могут быть рассматриваемы с ясностью. Действие этого удивительного снаряда подвергнуто было многим опытам, достоверности которых одни верили, другие нет. О том же самом несколько дней спустя известил меня письмом благородный галл Яков Бадовер из Лютеции. Все это так заинтересовало меня, что я посвятил все свои труды на изыскание научных начал и средств, которые делали возможным устройство инструмента подобного рода, и скоро нашел желаемое, основываясь на законах преломления света».
В августе 1609 года Галилей принес в дар венецианскому дожу свой первый телескоп «как инструмент, полезный для употребления на суше и на море». С этого момента начинается «новая эра оптической астрономии».
Интересно отметить быстрое распространение зрительных труб по всему миру. В дошедшей до нашего времени «Расходной книге денежной казны» русского царя Михаила Федоровича за 1614–1615 годы есть запись о том, что купец московский Михайло Смывалов привез из-за границы царю «трубочку, что дальное, в нее смотря, видитца блиско».
В музеях нашей страны до сих пор хранится большое количество зрительных труб не только иностранного, но и отечественного производства, снабженных такими именами мастеров, как Нартов, Кулибин и Беляев. Увлекались изготовлением подобных инструментов и Петр I, и Брюсс, и Ломоносов. Русские традиции строительства оптических приборов имеют многовековую давность. Не на пустом месте возник проект величайшего в мире телескопа, подаренного ленинградцами Советской стране в день ее пятидесятилетнего юбилея.
Но об этом еще речь впереди.
3. Самый большой в мире телескоп-рефрактор
Самый большой в мире телескоп-рефрактор установлен в 1897 году в Йеркской обсерватории университета в Чикаго (США). Его диаметр D = 102 сантиметра, а фокусное расстояние — 19,5 метра. Представляете, сколько места ему надо в башне!
Главными характеристиками рефрактора являются:
1. Собирательная способность — то есть способность обнаруживать слабые источники света.
Если учесть, что человеческий глаз, собирающий лучи через зрачок с диаметром d примерно 0,5 сантиметра, в темную ночь может заметить огонек спички за 30 километров, то легко подсчитать, во сколько раз собирательная способность 102-сантиметрового рефрактора больше, чем у глаза.
Значит, любая звезда, на которую направлен 102-сантиметровый рефрактор, кажется в сорок с лишним тысяч раз ярче, чем если бы наблюдать ее без всякого инструмента.
2. Следующей характеристикой является разрешающая способность телескопа, то есть свойство инструмента воспринимать раздельно два близко расположенных объекта наблюдения. А так как расстояния между звездами на небесной сфере оцениваются угловыми величинами (градусы, минуты, секунды), то и разрешающая способность телескопа выражается в угловых секундах. Так, например, разрешающая способность йеркского рефрактора примерно равна 0,137 секунды.
То есть на расстоянии в тысячу километров он позволит свободно разглядеть два светящихся кошачьих глаза.
3. И последняя характеристика — увеличение. Мы привыкли к тому, что существуют микроскопы, увеличивающие предметы во много тысяч раз. С телескопами дело обстоит сложнее. На пути к четкому увеличенному изображению небесного тела стоят воздушные вихри атмосферы Земли, дифракция света звезд и оптические дефекты. Эти ограничения сводят на нет усилия оптиков. Изображение размазывается. Так, несмотря на то, что увеличение можно сделать и большим, как правило, оно не превышает 1000. (Кстати, о дифракции света — это явление связано с волновой природой света. Заключается оно в том, что светящаяся точка — звезда наблюдается в виде пятна, окруженного ореолом ярких колец. Это явление ставит предел разрешающей способности любых оптических приборов.)
