Феликс Зигель - Астрономы наблюдают
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.
В 1941 году известный советский оптик член-корреспондент Академии наук СССР Д. Д. Максутов изобрел новый тип зеркально-линзового телескопа, свободного от главного недостатка камер Шмидта. В системе Максутова (рис. 25, справа), как и в системе Шмидта главное зеркало имеет сферическую вогнутую поверхность. Однако вместо сложной коррекционной линзы Максутов использовал сферический мениск — слабую рассеивающую выпукло-вогнутую линзу, сферическая аберрация которой полностью компенсирует сферическую аберрацию главного зеркала. А так как мениск слабо изогнут и мало отличается от плоскопараллельной пластинки, хроматическую аберрацию он практически не создает.
Заметьте, в системе Максутова все поверхности зеркала и мениска сферические, что сильно облегчает их изготовление. Центральная часть мениска посеребрена и используется как второе отражательное зеркало в системе Кассегрена. Из-за этого максутовские телескопы получаются сравнительно короткими, компактными, удобными в обращении. В инструментах такого типа можно использовать и ньютоновскую систему и систему Грегори.
В 1950 году менисковый телескоп с диаметром входного отверстия 0,5 м был установлен на Алма-Атинской обсерватории и с его помощью изучена тонкая структура волокнистых газовых туманностей. Пять лет спустя менисковый телескоп диаметром 0,7 м начал работать в Грузии на Абастуманской обсерватории. Этот телескоп может работать по двум системам — ньютоновской и кассегреновской, причем переход от одной системы к другой осуществляется сменой дополнительных зеркал. Кстати сказать, такая «многосистемность» применяется в большинстве современных крупных рефлекторов. Абастуманский рефлектор системы Максутова до сих пор остается крупнейшим в мире инструментом этого типа.
Упорная борьба с аберрациями привела в конце концов к созданию очень сложных зеркально-линзовых систем. Так, например, в камерах «Супершмидт», созданных Ф. Уипплом, кроме главного сферического зеркала используются два мениска, обращенных вогнутостями друг к другу и ахроматизирующая коррекционная линза между ними. В систему, разработанную Г. Г. Слюсаревым, входят сферическое зеркало, кассегреновское зеркало и ахроматическая линза, которые дают параллельный пучок в отверстие главного зеркала. Имеется в ней и дополнительная система линз с призмой прямого зрения. Крупнейший 13-дюймовый телескоп этой сложной системы работает в Пулковской обсерватории. Можно быть уверенным, что совершенствование зеркально-линзовых систем на этом не прекратится.
Заметим в заключение, что в последнее время большую популярность приобрели зеркальные телескопы системы Ричи — Кретьена. По существу, эта система представляет собой улучшенный вариант кассегреновской. Главное зеркало — вогнутое гиперболическое, вспомогательное зеркало также гиперболическое выпуклое. Окулярная часть укрепляется в центральном отверстии главного зеркала.
В системе Ричи-Кретьена исправлена сферическая и некоторые другие аберрации. Она удобна в конструктивном отношении, так как при большом фокусном расстоянии труба телескопа получается короткой. С помощью системы Ричи-Кретьена удобно получать крупномасштабные снимки небесных объектов, причем поле зрения у этой системы порядка четырех градусов.
Телескопы системы Ричи-Кретьена поперечником 4 м в последние годы установлены в США, Чили, ФРГ, Канаде, Австралии и других странах. В современной астрономической практике они считаются одними из лучших.
Механика телескопов
Как бы ни был совершенен телескоп сам по себе, без штатива или установки работать с ним невозможно. Даже подзорную трубу стараются на что-нибудь опереть — дрожание рук сильно мешает наблюдениям.
Первые телескопы имели азимутальные штативы, которые позволяли поворачиваться трубе телескопа вокруг двух взаимно перпендикулярных осей — горизонтальной и вертикальной. Такими азимутальными установками пользовались и Гевелий, и Гершель и даже Росс, причем, как, вероятно, помнит читатель, подвижность по азимуту россовского левиафана была весьма ограниченной. Простота азимутальной установки, к сожалению, сочетается и с ее главным недостатком: так как у небесных светил, обладающих кажущимся суточным движением, непрерывно меняются и азимут и высота над горизонтом, телескоп на азимутальной установке все время приходится поворачивать вокруг двух ее осей, что для больших инструментов до последнего времени считалось очень неудобным.
Если вертикальную ось азимутальной установки сделать параллельной земной оси, то есть, иначе говоря, направить ее на Полярную звезду (или, точнее, на полюс мира), азимутальная установка превращается в параллактическую (рис. 26). В этом случае во время наблюдений приходится вращать инструмент лишь вокруг одной «полярной» оси — все небесные светила ведь движутся на небе параллельно небесному экватору. Это главное и очень важное преимущество параллактической или экваториальной установки сделало ее очень популярной — даже самые небольшие телескопы ныне снабжены параллактическим штативом.
Есть несколько разновидностей параллактических установок. В монтировке немецкого типа (рис. 26, а) на разных концах «оси склонений», перпендикулярной к полярной оси, уравновешены труба телескопа и противовес. Кстати сказать, все мало-мальски крупные телескопы снабжены искателем или гидом — небольшим рефрактором, укрепленным параллельно главной трубе. Гид играет роль прицела — при небольшом увеличении и значительном поле зрения в него при начале наблюдений легче «поймать» светило.
Рис. 26. Типы установок (штативов) телескопов: немецкий (а), английский (б), американский (в).В немецкой монтировке полярная ось закреплена на двух подшипниках, а наклон ее к плоскости горизонта в точности равен широте места. Как на полярной оси, так и на оси склонений, закреплены специальные градуированные круги, по которым можно отсчитывать координаты наблюдаемого светила — его склонение и часовой угол. Все крупнейшие рефракторы мира, начиная с 40-дюймового Йеркского, имеют немецкую монтировку.
В монтировке английского типа (рис. 26, б) полярная ось телескопа опирается концами на две колонны, что придает ей дополнительную устойчивость. Иногда полярную ось заменяют четырехугольной рамой, внутри которой оказывается и телескоп. В этом варианте противовес не нужен, что облегчает конструкцию. Именно такой установкой обладает 100-дюймовый рефлектор обсерватории Маунт Вилсон.
Если в английской установке убрать северную, более высокую колонну и соответствующий подшипник, получаем «вилочную» американскую монтировку (рис. 26,в). С ней можно наблюдать области неба, близкие к Полярной звезде, чего английская «рамочная» монтировка не позволяет. На модернизированной монтировке английского типа укреплен 200-дюймовый рефлектор обсерватории Маунт Паломар.
В современных крупных телескопах часто пользуются так называемой системой куде (от французского слова «coude», что означает «коленчатый»). В этом случае полярная ось телескопа делается полой и в нее с помощью дополнительного зеркала внутри телескопа отражаются лучи, идущие от объектива (линзы или зеркала). Окулярная же часть, укрепленная на нижнем конце полярной оси, при наблюдениях остается неподвижной.
Еще Роберт Гук, знаменитый современник Ньютона, предложил использовать в установках телескопов часовой механизм, который вел бы трубу телескопа вслед за движущимся светилом. Эта идея нашла себе самое широкое применение — ныне лишь небольшие, переносные телескопы не имеют часовых механизмов.
Поначалу часовые механизмы были пружинными или гиревыми, требующими частого завода. Позже, в XX веке начали применять электромоторы со сложной системой регуляторов хода, Точность и плавность движения современных телескопов Должны быть очень высокими.
Заметим, что монтировки крупных телескопов имеют столь внушительные размеры, что астроному приходится при наблюдениях пользоваться лестницами, специальными лифтами и даже подъемным полом.
Пока телескопы были небольшими, для них не устраивали особых помещений — наблюдения велись в окна или с балконов. Так, например, наблюдали первые петербургские астрономы. Специальные астрономические обсерватории (Парижская и Гринвичская), возникшие в XVII веке, как и обсерватория Тихо Браге, внешне напоминали скорее загородные замки, чем научные учреждения. Гигантские рефлекторы Гершеля и Росса фактически находились под открытым небом.
