Феликс Зигель - Астрономы наблюдают
Решительная победа «стеклянных» рефлекторов над «металлическими» была обусловлена еще и тем, что Фуко изобрел оригинальный метод проверки качества зеркала («метод теней»), сразу резко повысивший качество их изготовления. К тому же, отражая 90–95 % падающего на зеркало света, «стеклянные» рефлекторы при одном и том же диаметре были гораздо светосильнее «металлических». Позже, в 1930 году, изобрели способ алюминировать стеклянные зеркала. Преимущество этого способа заключается в том, что алюминиевые фильмы сохраняются очень долго и, кроме того, они хорошо отражают ультрафиолетовые лучи, на что серебряная пленка неспособна.
В 1917 году на обсерватории Маунт Вилсон установили новый 100-дюймовый рефлектор работы Ричи. На протяжении последующих 33 лет этот телескоп прочно держал первенство и его облик запечатлен на множестве фотографий и рисунков (рис. 23). При диаметре 258 см зеркало 100-дюймового рефлектора весит 5 тонн, а общий вес подвижных частей установки превосходит 100 тонн. И при этом сама установка и «прозрачная» решетчатая труба телескопа не производят впечатление чего-то громоздкого и неуклюжего, похожего на телескопы Гершеля и Росса, Вся современная, в особенности звездная астрономия была в значительной мере создана благодаря наблюдениям на 100-дюймовом рефлекторе. Вторым по величине рефлектором мира на протяжении ряда лет был 205-сантиметровый рефлектор обсерватории Мак-Дональд (Канада), начавший свою работу в 1939 году. До второй мировой войны крупнейшие зарубежные обсерватории создавались за счет пожертвований частных лиц. Мы уже говорили о богачах Лике и Йерксе, чьи имена носят знаменитые американские обсерватории. Канадская обсерватория Мак-Дональд была построена на средства, заимствованные из фонда Рокфеллера. Делец из Лос-Анджелеса некий Гукер оплатил создание 100-дюймового рефлектора Маунт Вилсоновской обсерватории. Лишь после второй мировой войны американское правительство сочло наконец возможным частично оплатить расходы на завершение строительства 200-дюймового рефлектора обсерватории Маунт Паломар (Калифорния). Впрочем, и на этот раз шесть с половиной миллионов долларов выделил фонд Рокфеллера.
Рис. 23. 100-дюймовый рефлектор обсерватории Маунт Вилсон.
Еще в 30-х годах текущего века советские ученые И. В. Гребенщиков и Н. Г. Пономарев предложили применять в исполинских рефлекторах зеркала с ребристой структурой на тыльной стороне. Это существенно уменьшало вес зеркала при полном сохранении его «жесткости». Идея была вполне актуальной, так как вес сплошного зеркала 100-дюймового рефлектора давал себя чувствовать и в утяжелении конструкции телескопа и в очень небольших, но нежелательных изгибах зеркала под действиями собственного веса.
Американские оптики, изготовившие с огромным трудом зеркало 200-дюймового рефлектора, использовали идею советских ученых. Зеркало с тыльной части имеет ребристую структуру. При диаметре 5 м оно имеет фокусное расстояние 16,5 м (относительное отверстие 1:3,3). Зеркала рефлектора для облегчения веса имеют ячеистую структуру и изготовлены из особого сорта стекла — пирекса — с ничтожным коэффициентом теплового расширения. И все-таки несмотря на все ухищрения вес главного зеркала составляет 13 тонн!
Чтобы обеспечить достаточную жесткость такого зеркала, в 5-метровом рефлекторе используется сложная система разгрузочных механизмов, мешающих зеркалу прогибаться.
По конструкции трубы 200-дюймовый рефлектор внешне несколько напоминает своего предшественника — тубус сделан решетчатым, но элементы конструкции здесь, естественно, более массивны и прочны, чем на обсерватории Маунт Вилсон. Труба 200-дюймового телескопа принадлежит к так называемым трубам компенсационного типа[8]. В нерабочем состоянии зеркало телескопа предохраняется специальной крышкой, надежно защищающей его от случайного падения даже весьма тяжелых предметов.
Пятиметровый рефлектор — первый телескоп, в котором кабина наблюдателя укреплена внутри трубы (рис. 24). Она имеет диаметр 1,8 м и, конечно, частично заслоняет зеркало, как бы несколько уменьшая его светосилу, но на качестве изображений это существенно не сказывается. До кабины астроном добирается в специальном лифте, а внутри кабины во время наблюдения он находится в сидячем положении.
Рис. 24. 200-дюймовый рефлектор обсерватории Маунт Паломар.Уже первые испытания пятиметрового гиганта показали, что ему доступны объекты в четыре раза более слабые, чем те, которые наблюдались на обсерватории Маунт Вилсон. За четверть века работы 5-метровый рефлектор открыл перед человечеством такие звездные дали, от которых до нас лучи света доходят за миллиарды лет!
И зеркала, и линзы
Стремление свести к минимуму всевозможные аберрации рефракторов и рефлекторов привело к созданию комбинированных зеркально-линзовых телескопов. В этих оптических инструментах функции зеркал и линз разделены таким образом, что зеркала формируют изображение, а линзы исправляют аберрации зеркал. Первый телескоп такого типа был создан в 1930 году немецким оптиком Б. Шмидтом.
Рис. 25. Зеркально-линзовые системы Шмидта (слева) и Максутова.В телескопе Шмидта главное зеркало имеет сферическую отражающую поверхность, а значит, тем самым отпадают трудности, связанные с параболизацией зеркал. Естественно, что сферическое зеркало большого диаметра обладает весьма заметными аберрациями, в первую очередь сферической. Для того чтобы максимально уменьшить эти аберрации, Шмидт поместил в центре кривизны главного зеркала тонкую стеклянную коррекционную линзу (рис. 25, слева). На глаз она кажется обыкновенным плоским стеклом, но на самом деле поверхность ее очень сложна (хотя отклонение от плоскости не превышает нескольких сотых долей миллиметра). Она, эта поверхность, рассчитана так, чтобы исправить сферическую аберрацию, кому и астигматизм главного зеркала. Происходит при этом как бы взаимная компенсация аберраций зеркала и линзы. Хотя в системе Шмидта остаются неисправленными второстепенные аберрации (например, дисторсия), телескопы этого типа заслуженно считаются лучшими инструментами для фотографирования небесных тел. Впрочем, при съемке неба перед фотопластинкой помещают специальную плоско-выпуклую линзу Пиацци-Смита, которая исправляет так называемую кривизну поля — искажения, выражающиеся в искривлении фокальной поверхности.
В отличие от рефлекторов, тубус камеры Шмидта наглухо закрыт коррекционной пластинкой и это исключает возникновение токов воздуха в трубе, которые портят изображение. Одно из главных достоинств телескопов Шмидта — огромное поле зрения и светосила. У большинства таких инструментов диаметр поля зрения доходит до 25°, а в некоторых случаях и того больше. Относительное отверстие в камерах Шмидта может быть доведено до 1:0,5!
Кстати сказать, для обеспечения большого поля зрения сферическое зеркало в системе Шмидта имеет больший диаметр, чем коррекционная линза. В некоторых вариантах телескопов Шмидта используется система Кассегрена, однако второе зеркало при этом сильно экранирует свет, идущий от небесных тел. Поэтому телескопы системы Шмидта работают главным образом как астрографы, то есть аппараты для фотографирования небесных объектов.
Самый крупный телескоп системы Шмидта с диаметром зеркала 122 см с 1956 года действует на обсерватории Маунт Паломар. Его поле зрения составляет 36 кв. градусов и с помощью этого фотоинструмента недавно выполнили грандиозную работу — составлен фотографический атлас всего наблюдаемого в Калифорнии звездного неба. При выдержке в 10 минут на фотопластинках фиксировались звезды до 20-й звездной величины. В Паломарском Атласе неба запечатлены сотни миллионов звезд и десятки миллионов галактик. Исследуя этот колоссальный по объему эмпирический материал, известный советский астроном профессор Б. А. Воронцов-Вельяминов открыл множество новых, неизвестных ранее типов галактик и явные следы взаимодействия между ними. Некоторые из галактик оказались соединенными длинными (многие тысячи световых лет!) перемычками, состоящими из звезд. Камера Шмидта представила человечеству совершенно неожиданный, удивительный облик Большой Вселенной.
Есть недостатки и у телескопов системы Шмидта. Так как коррекционная линза укреплена на двойном фокусном расстоянии от зеркала, тубус шмидтовских камер получается сравнительно длинным (у паломарской камеры — 5 метров). Главная же беда в другом — из-за сложной формы коррекционной пластинки изготовление ее сопряжено с огромными трудностями. Поэтому создание крупных камер Шмидта — редкое событие в астрономической технике.
