публичный образовательный интернет-портал

История телескопа. Рождение

02/09/2020
Галилей демонстрирует свой телескоп дожу Венеции и сенату – Художник Giuseppe Bertini

В начале была подзорная труба

Телескоп родился в начале 17-го века, и родился он в Нидерландах. Именно в этой стране тогда находились лучшие мастерские по шлифовке стекла и производству линз, главным образом для очков.  Не удивительно, что один из таких мастеров-шлифовщиков поставил как-то две линзы одну за другой. Результат был удивителен: дальние предметы «приблизились» настолько, что можно было разглядеть их во всех подробностях.

Оптическая схема телескопа Галилея
Оптическая схема телескопа Галилея

В 1608 году производитель очков Ханс Липперсхей (Hans Lippershey; 1570 – 1619) запатентовал прибор, который позволял рассматривать удалённые предметы. Прибор этот назвали «телескоп», что в переводе с латинского означало «дальнозор». В начале октября 1608 года Липперсхей прибыл в Гаагу ко двору принца Морица Оранского. Здесь он продемонстрировал своё изобретение, зрительную трубу, через которую принц и его приближённые смогли, находясь на высокой башне в Гааге, прочесть показания часов, которые находились на другой башне, находившейся в городе Делфте, на расстоянии 15 километров. Эффектная демонстрация показала королю и его военачальникам важность изобретения Липперсхея. В результате он получил и патент, и деньги на доработку изобретения и изготовление первого десятка «телескопов». Следует сказать, что Липперсхея попросили сделать не подзорную трубу, куда следовало смотреть прищурившись, а бинокль, то есть две соосные подзорные трубы.

Телескоп Галилея

Изобретение быстро распространилось среди тех, кому оно было более всего нужно, то есть, среди европейских военачальников. Об одном из таких телескопов, который использовал французский король Генрих IV, стало известно Галилео Галилею (1564 — 1642).

Учёному не составляло большого труда понять устройство этого прибора и сделать аналогичный. В телескопе Галилея было две линзы. Объектив, который направляли на удалённый предмет, представлял собой двояковыпуклую линзу, а окуляр, который приставляли к глазу, был линзой двояковогнутой. Лучи, исходившие от дальнего предмета, попадали в объектив с небольшим углом схождения, а выходили из окуляра с гораздо бóльшим углом расхождения. Это создавало эффект приближения предмета.

Оптическая схема телескопа Кеплера
Оптическая схема телескопа Кеплера

Демонстрация телескопа дожу и сенату Венеции произошла 21 августа 1609 года в самом высоком месте Венеции, на колокольне Святого Марка, которая к тому же была точно ориентирована на четыре стороны света. Демонстрация Галилея в Венеции произвела не меньшее впечатление, чем демонстрация Липперсхея в Гааге. Дож и сенаторы увидели, что окрестные города, отстоявшие от Венеции на 35 – 40 миль приблизились, а на ближнем острове Мурано стало возможно рассмотреть даже отдельных людей, которые выходили из церкви и садились в гондолы. В Андриатическом море в телескоп можно было увидеть галеры, которым до Венеции оставалось ещё два часа ходу. Это было волшебно, это было необходимо. Богатейшая Венеция наградила Галилея за его изобретение без скупердяйства. Его назначили профессором университета в Падуе с пожизненной пенсией 1000 флоринов в год.

Однако Галилей был учёным. Поэтому он сделал то, что никому ещё не приходило в голову. Он направил телескоп на небо, и с его помощью смог разглядеть приблизившуюся поверхность Луны с кратерами, пятна на Солнце, спутники Марса и Юпитера и даже «уши» у Сатурна. Это было кольцо Сатурна, которое ещё никто не видел, но увеличения телескопа Галилея не хватило, чтобы разглядеть это кольцо. Однако и без того телескоп, направленный на небо принёс множество открытий.

Кстати, наблюдения за небом с помощью нового инструмента, телескопа, окончательно убедили Галилея в верности геоцентрической системы Коперника. С этой еретической идеи у него начались проблемы со святой инквизицией, которые завершились домашним арестом, продолжавшемся до смерти учёного в 1642 году.

Телескоп Кеплера

Телескоп Гюйгенса
Телескоп Гюйгенса

После Галилея телескоп стал научным инструментом. Многие европейские астрономы начали разрабатывать и собирать собственные телескопы. Первым среди них стал Иоганн Кеплер (Johannes Kepler; 1571 — 1630). Свой телескоп он построил в 1611 году. В телескопе Кеплера и объектив, и окуляр были выпуклыми линзами, что позволило сделать бóльшим увеличение телескопа. Но было одно неудобство: изображение получалось перевёрнутым вверх ногами. Впрочем, при рассматривании небесных объектов это не так существенно. Не правда ли?

Телескоп Гюйгенса

Голландский физик и астроном Христиан Гюйгенс (Christiaan Huygens; 1629 — 1695) построил в 1655 году самый мощный для того времени телескоп. Телескоп Гюйгенса представлял собой трубу длиной 12 футов (3,7 метра) и предназначался для исследования планет Солнечной системы. В частности, Гюйгенс использовал его для подробных наблюдений за Сатурном и обнаружил у этой планеты кольцо (привет Галилею!) и спутник, который позже назвали Титаном.

Телескоп Ньютона

Гений – во всём гений. Все телескопы до Ньютона были построены из линз. Поскольку линзы по-разному преломляют лучи разного цвета, вокруг всех рассматриваемых в телескоп объектах возникал цветной ободок. Это явление называется хроматической аберрацией. В современных телескопах оно частично исправляется особым подбором линз. Но Исаак Ньютон считал, что это – неустранимая проблема. В результате он построил в 1668 году телескоп, в котором роль линзы исполняло зеркало. Необычное решение, раскрывшее новые возможности!

Телескоп Ньютона был лишён недостатков прежних телескопов. В нём отсутствовала линза-объектив, а потому не возникали искажения изображения и отсутствовали цветные контуры (хроматическая аберрация). В результате изображение получалось более чётким. Но качество зеркальных телескопов (которые называли рефлекторами) очень сильно зависело от качества зеркала, его полировки. Через несколько лет И. Ньютон усовершенствовал свой телескоп, поместив в него более тщательно отполированное зеркал. Этот телескоп имел небольшие размеры, но давал 40-кратное увеличение, которое тогда не обеспечивал ни один телескоп. 

Надеясь на высочайшую награду, Ньютон, подобно Липперсхею и Галилею продемонстрировал своё изобретение королю Карлу II. Вскоре Ньютон был принят членом Лондонского королевского общества, британского аналога академии наук.

Ахроматическая линза
Ахроматическая линза

Следует сказать, что Ньютон всё-таки ошибся. В 1730-х годах изобретатель Честер Холл (Chester Moore Hall) нашёл способ устранить хроматическую аберрацию, производимую объективом телескопа. Он стал склеивать линзу из двух линз, изготовленных из разных сортов стекла с разным коэффициентом преломления. Соединённые вместе, линзы корректировали друг друга, и радужные пятна вокруг объектов пропали. 

С тех пор все телескопы делятся на две большие группы:

  • Рефракторы, в которых для собирания света используется система линз, называемая объективом.
  • Рефлекторы, в которых светособирающим элементом является зеркало

В телескопе Ньютона большое вогнутое зеркало фокусировало свет на меньшем, плоском диагонально расположенном зеркале, направлявшем изображение в окуляр, находившийся сбоку от телескопа.

Телескоп, как научный инструмент астрономии родился. Дальнейшее развитие этого инструмента позволило астрономам лучше разглядеть Вселенную, а значит, глубже её понять.


Оптические схемы современных телескопов
Оптические схемы современных телескопов

 


Text.ru - 100.00%