Кто первым изобрёл телескоп? В каком году это произошло? История развития телескопа
Часто изобретение первого телескопа приписывают Гансу Липпершлею из Голландии, 1570-1619 годы, однако почти наверняка он не являлся первооткрывателем. Скорее всего, его заслуга в том, что он первый сделал новый прибор телескоп популярным и востребованным. А также именно он подал в 1608 году заявку на патент на пару линз, размещенный в трубке. Он назвал устройство подзорной трубой. Однако его патент был отклонен, поскольку его устройство показалось слишком простым.
Задолго до него Томас Диггес, астроном, в 1450 году попытался увеличить звезды с помощью выпуклой линзы и вогнутого зеркала. Однако у него не хватило терпения доработать устройство, и полу-изобретение вскоре было благополучно забыто. Сегодня Диггеса помнят за описание гелиоцентрической системы.
К концу 1609 года небольшие подзорные трубы, благодаря Липпершлею, стали распространены по всей Франции и Италии. В августе 1609 года Томас Харриот доработал и усовершенствовал изобретение, что позволило астрономам рассмотреть кратеры и горы на Луне.
Галилео Галилей и телескоп
Большой прорыв произошел, когда итальянский математик Галилео Галилей узнал о попытке голландца запатентовать линзовую трубу. Вдохновленный открытием, Галлей решил сделать такой прибор для себя. В августе 1609 года именно Галилео изготовил первый в мире полноценный телескоп. Сначала, это была всего лишь зрительная труба - ком-бинация очковых линз, сегодня бы ее назвали рефрактор. До Галилео, скорее всего, мало кто дога-дался использовать на пользу астро-номии эту развлекательную трубку. Благодаря прибору, сам Галилей открыл горы и кратеры на Луне, доказал сферичность Луны, открыл четыре спутника Юпитера, кольца Сатурна и сделал множество других полезных открытий.
Сегодняшнему человеку телескоп Галилео не покажется особенным, любой десятилетний ребенок может легко собрать гораздо лучший прибор с использованием современных линз. Но телескоп Галилео был единственным реальным работоспособным телескопом на тот день с 20-кратным увеличением, но с маленьким полем зрения, немного размытым изображением и другими недостатками. Именно Галилео открыл век ре-фрактора в астрономии — 17 век.
XVII век в истории наблюдений за звездами
Время и развитие науки позволяло создавать более мощные телескопы, которые давали видеть много больше. Астрономы начали использовать объективы с большим фокусным расстоянием. Сами телескопы превратились в большие неподъемные трубы по размеру и, конечно, были не удобны в использовании. Тогда для них изобрели штативы. Телескопы постепенно улучшали, дорабатывали. Однако его максимальный диаметр не превышал нескольких сантиметров — не удавалось изготавливать линзы большого размера.
К 1656 году Христиан Гюйенс сделал телескоп, увеличивающий в 100 раз наблюдаемые объекты, размер его был более 7 метров, апертура около 150 мм. Этот телескоп уже относят к уровню сегодняшних любительских телескопов для начинающих. К 1670-х годам был построен уже 45-метровый телескоп, который еще больше увеличивал объекты и давал больший угол зрения.
Исаак Ньютон и изобретение рефлектора
Но даже обычный ветер мог служить препятствием для получения четкого и качественного изображения. Телескоп стал расти в длину. Первооткрыватели, пытаясь выжать максимум из этого прибора, опирались на открытый ими оптический закон — уменьшение хроматической абер-рации линзы происходит с увеличением ее фокусно-го расстояния. Чтобы убрать хроматические помехи, исследователи делали телескопы самой не-вероятной длины. Эти трубы, которые назвали тогда телескопами, достигали 70 метров в длину и доставляли множество неудобств в работе с ними и настройке их. Недостатки рефракторов заставили великие умы искать решения к улучшению телескопов. Ответ и новый способ был найден: собирание и фокусировке лучей стала производиться с помощью вогнутого зеркала. Рефрактор переродился в рефлектор, полностью освободившийся от хроматизма.
Заслуга эта целиком и полностью принадлежит Исааку Ньютону , именно он сумел дать новую жизнь телескопам с помощью зеркала. Его первый рефлектор имел диаметр всего четыре сантиметра. А первое зеркало для телескопа диаметром 30 мм он сделал из сплава меди, олова и мышьяка в 1704 году. Изображение стало четким. Кстати, его первый телескоп до сих пор бережно хранится в астрономическом музее Лондона.
Но еще долгое время оптикам никак не удавалось делать полноценные зеркала для рефлекторов. Годом рождения нового типа телескопа принято считать 1720 год, когда англичане построили первый функциональный ре-флектор диаметром в 15 сантиметров. Это был прорыв. В Европе появился спрос на удобоносимые, почти компактные телескопы в два метра длиной. О 40-метровых трубах рефракторов стали забывать.
К концу 18 века компактные удобные телескопы пришли на замену громоздким рефлекторам. Металлические зеркала тоже оказались не слишком практичны - дорогие в производстве, а также тускнеющие от времени. К 1758 году с изобретением двух новых сортов стекла: легкого - крон и тяжелого - флинта, появилась возможность создания двухлинзовых объективов. Чем благополучно и воспользовался ученый Дж. Доллонд , который изготовил двухлинзовый объектив, впоследствии названный доллондовым.
Телескопы Гершеля и Росса
После изобретения ахроматических объективов победа рефрактора была абсолютная, оставалось лишь улучшать линзо-вые телескопы. О вогнутых зеркалах забыли. Возродить их к жизни удалось руками астрономов-любителей. Вильям Гершель, английский музыкант, в 1781 году открывший планету Уран. Его открытию не было равным в астрономии с глубокой древности. Причем Уран был открыт с помощью небольшого самодельного рефлектора. Успех побудил Гершеля начать изготовление рефлекторов большего разме-ра. Гершель собственноручно в мастерской сплавлял зеркала из меди и олова. Главный труд его жизни - большой телескоп с зеркалом диаметром 122 см. Это диа-метр его самого большого телескопа. Открытия не заставили себя ждать, благодаря этому телескопу, Гершель открыл шестой и седьмой спутники планеты Сатурн. Другой, ставший не менее известным, астроном-любитель английский землевладелец лорд Росс изобрел рефлектор с зер-калом с диаметром в 182 сантиметра. Благодаря телескопу, он открыл ряд неизвестных спиральных туманно-стей. Телескопы Гершеля и Росса обладали множеством недостатков. Объективы из зеркального металла оказались слишком тяжелыми, отражали лишь малую часть падающего на них света и тускнели. Требовался новый совершенный материал для зеркал. Этим материалом оказалось стекло. Французский физик Леон Фуко в 1856 году попробовал вставить в рефлектор зеркалом из посеребренного стекла. И опыт удался. Уже в 90-х годах астроном-любитель из Англии построил рефлектор для фотографиче-ских наблюдений со стеклянным зерка-лом в 152 сантиметра в диаметре. Очередной прорыв в телескопостроении был очевиден.
Этот прорыв не обошелся без участия русских ученых. Я.В. Брюс прославился разработкой специальных металлических зеркал для телескопов. Ломоносов и Гершель, независимо друг от друга, изобрели совершенно новую конструкцию телескопа, в которой главное зеркало наклоняется без вторичного, тем самым уменьшая потери света.
Немецкий оптик Фраунгофер поставил на конвейер производство и качество линз. И сегодня в Тартуской обсерватории стоит телескоп с целой, работающей линзой Фраунгофера. Но рефракторы немецкого оптика также были не без изъяна - хроматизма.
Расцвет рефракторной астрономии
Двухзеркальная система в телескопе предложена французом Кассегреном. Реализовать свою идею в полной мере Кассегрен не смог из-за отсутствия технической возможности изобретения нужных зеркал, но сегодня его чертежи реализованы. Именно телескопы Ньютона и Кассегрена считаются первыми «современными» телескопами, изобретенными в конце 19 века. Кстати, космический телескоп Хаббл работает как раз по принципу телескопа Кассегрена. А фундаментальный принцип Ньютона с применением одного вогнутого зеркала использовался в Специальной астрофизической обсерватории в России с 1974 года. Расцвет рефракторной астрономии произошел в 19 веке, тогда диа-метр ахроматических объективов постепенно рос. Если в 1824 го-ду диаметр был еще 24 сантиметра, то в 1866 году его размер вырос вдвое, в 1885 году диаметр стал составлять 76 сантиметров (Пулковская обсерватория в России), в к 1897 году изобретен иеркский рефрактор. Можно посчитать, что за 75 лет линзовый объектив увеличивался со скоро-стью одного сантиметра в год.
К концу 19 века изобрели новый метод производства линз. Стеклянные поверхности начали обрабатывать серебряной пленкой, которую наносили на стеклянное зеркало путем воздействия виноградного сахара на соли азотнокислого серебра. Эти принципиально новые линзы отражали до 95% света, в отличие от старинных бронзовых линз, отражавших всего 60% света. Л. Фуко создал рефлекторы с параболическими зеркалами, меняя форму поверхности зеркал. В конце 19 века Кросслей, астроном-любитель, обратил свое внимание на алюминиевые зеркала. Купленное им вогнутое стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см сразу было вставлено в телескоп. Сегодня телескопы с подобными громадными зеркалами устанавливаются в современных обсерваториях. В то время как рост рефрактора замедлился, разработка зеркального телескопа набирала обороты. С 1908 по 1935 года различные обсерватории мира соорудили более полутора десятков ре-флекторов с объективом, превышающим иеркский. Самый большой телескоп установлен в обсерватории Моунт-Внльсон, его диаметр 256 сантиметров. И даже этот предел соврем скоро превзойден вдвое. В Калифорнии смонтирован американский рефлектор-гигант, на сегодня его возраст более двадцати лет.
Новейшая история телескопов
Более 40 лет назад в 1976 году ученые СССР построили 6-метровый телескоп БТА - Большой Телескоп Азимутальный. До конца 20 века БРА считался крупнейшим в мире телескопом Изобретатели БТА были новаторами в оригинальных технических решениях, таких как альт-азимутальная установка с компьютерным ведением. Сегодня это новшества применяются практически во всех телескопах-гигантах. В начале 21 века БТА оттеснили во второй десяток крупных телескопов мира. А постепенная деградация зеркала от времени - на сегодня его качество упало на 30% от первоначального - превращает его лишь в исторический памятник науке.
К новому поколению телескопов относятся два больших телескопа 10-метровых близнеца KECK I и KECK II для оптических инфракрасных наблюдений. Они были установлены в 1994 и 1996 году в США. Их собрали благодаря помощи фонда У. Кека, в честь которого они и названы. Он предоставил более 140 000 долларов на их строительство. Эти телескопы размером с восьмиэтажный дом и весом более 300 тонн каждый, но работают они с высочайшей точностью. Принцип работы - главное зеркало диаметром 10 метров, состоящее из 36 шестиугольных сегментов, работающих как одно отражательное зеркало. Установлены эти телескопы в одном из оптимальных на Земле мест для астрономических наблюдений - на Гаваях, на склоне потухшего вулкана Мануа Кеа высотой 4 200 м. К 2002 году эти два телескопа, расположенных на расстоянии 85 м друг от друга, начали работать в режиме интерферометра, давая такое же угловое разрешение, как 85-метровый телескоп.
А в июне 2019 года NASA планирует вывести на орбиту уникальный инфракрасный телескоп (JWST) с 6,5-метровым зеркалом.
История телескопа прошла долгий путь - от итальянских стекольщиков до современных гигантских телескопов-спутников. Современные крупные обсерватории давно компьютеризированы. Однако любительские телескопы и многие аппараты, типа Хаббл, все еще базируются на принципах работы, изобретенных Галилеем.
Ирина Калина, 15.04.2014
Обновление: Татьяна Сидорова, 02.11.2018
Перепечатка без активной ссылки запрещена!
Брайан Грин
Трудно сказать, кто первый изобрел телескоп. Известно, что еще древние употребляли увеличительные стекла. Дошла до нас и легенда о том, что якобы Юлий Цезарь во время набега на Британию с берегов Галлии рассматривал в подзорную трубу туманную британскую землю. Роджер Бэкон, один из наиболее замечательных ученых и мыслителей XIII века, в одном из своих трактатов утверждал, что он изобрел такую комбинацию линз, с помощью которой отдаленные предметы при рассматривании их кажутся близкими.
Так ли это было в действительности - неизвестно. Бесспорно, однако, что в самом начале XVII века в Голландии почти одновременно об изобретении подзорной трубы заявили три оптика - Липперсгей, Мециус и Янсен. Рассказывают, что будто бы дети одного из оптиков, играя с линзами, случайно расположили две из них так, что далекая колокольня вдруг показалась близкой. Как бы там ни было, к концу 1608 года первые подзорные трубы были изготовлены и слухи об этих новых оптических инструментах быстро распространились по Европе.
В Падуе в это время уже пользовался широкой известностью Галилео Галилей, профессор местного университета, красноречивый оратор и страстный сторонник учения Коперника. Услышав о новом оптическом инструменте, Галилей решил собственноручно построить подзорную трубу. Сам он рассказывает об этом так:
«Месяцев десять тому назад стало известно, что некий фламандец построил перспективу, при помощи которой видимые предметы, далеко расположенные от глаз, становятся отчетливо различимы, как будто они находятся вблизи. Это и было причиной, по которой я обратился к изысканию оснований и средств для изобретения сходного инструмента. Вскоре после этого, опираясь на учение о преломлении, я постиг суть дела и сначала изготовил свинцовую трубу, на концах которой я поместил два оптических стекла, оба плоских с одной стороны, с другой стороны одно стекло выпукло-сферическое, другое вогнутое».
Этот первенец телескопической техники давал увеличение всего в три раза. Позже Галилею удалось построить более совершенный инструмент, увеличивающий в 30 раз. И тогда, как пишет Галилей, «оставив дела земные, я обратился к небесным».
7 января 1610 года навсегда останется памятной датой в истории человечества. Вечером этого дня Галилей впервые направил построенный им телескоп на небо. Он увидел то, что предвидеть заранее было невозможно. Луна, испещренная горами и долинами, оказалась миром, сходным хотя бы по рельефу с Землей. Планета Юпитер предстала перед глазами изумленного Галилея крошечным диском, вокруг которого обращались четыре необычные звездочки - его спутники. Картина эта в миниатюре напоминала Солнечную систему по представлениям Коперника. При наблюдениях в телескоп планета Венера оказалась похожей на маленькую Луну. Она меняла свои фазы, что свидетельствовало о ее обращении вокруг Солнца. На самом Солнце (закрыв глаза темным стеклом) Галилей увидел черные пятна, опровергнув тем самым общепринятое учение Аристотеля о «неприкосновенной чистоте небес». Эти пятна смещались по отношению к краю Солнца, из чего Галилей сделал правильный вывод о вращении Солнца вокруг оси.
В темные прозрачные ночи в поле зрения галилеевского телескопа было видно множество звезд, недоступных невооруженному глазу. Некоторые туманные пятна на ночном небе оказались скопищами слабо светящихся звезд. Великим собранием скученно расположенных звездочек оказался и Млечный Путь - беловатая, слабо светящаяся полоса, опоясывающая все небо.
Несовершенство первого телескопа помешало Галилею рассмотреть кольцо Сатурна. Вместо кольца он увидел по обе стороны Сатурна два каких-то странных придатка и в своем «Звездном вестнике» - дневнике наблюдений - Галилей был вынужден записать, что «высочайшую планету» (то есть Сатурн) он «тройною наблюдал».
Открытия Галилея положили начало телескопической астрономии . Но его телескопы (рис. 11), утвердившие окончательно новое коперниканское мировоззрение, были очень несовершенны. Уже при жизни Галилея им на смену пришли телескопы несколько иного типа. Изобретателем нового инструмента был уже знакомый нам Иоганн Кеплер. В 1611 году в трактате «Диоптрика» Кеплер дал описание телескопа, состоящего из двух двояковыпуклых линз. Сам Кеплер, будучи типичным астрономом-теоретиком, ограничился лишь описанием схемы нового телескопа, а первым, кто построил такой телескоп и употребил его для астрономических целей, был иезуит Шейнер, оппонент Галилея в их горячих спорах о природе солнечных пятен.
Рассмотрим оптические схемы и принцип действия галилеевского и кеплеровского телескопов . Линза А , обращенная к объекту наблюдения, называется объективом , а та линза В , к которой прикладывает свой глаз наблюдатель - окуляром . Если линза толще посередине, чем на краях, она называется собирательной или положительной, в противном случае - рассеивающей или отрицательной. Заметим, что в телескопе самого Галилея объективом служила плосковыпуклая линза, а окуляром - плоско-вогнутая. По существу, галилеевский телескоп был прообразом современного театрального бинокля, в котором используются двояковыпуклые и двояковогнутые линзы. В телескопе Кеплера и объектив и окуляр были положительными двояковыпуклыми линзами.
Представим себе простейшую двояковыпуклую линзу, сферические поверхности которой имеют одинаковую кривизну. Прямая, соединяющая центры этих поверхностей, называется оптической осью линзы. Если на такую линзу падают лучи, идущие параллельно оптической оси, они, преломляясь в линзе, собираются в точке оптической оси, называемой фокусом линзы. Расстояние от центра линзы до ее фокуса называют фокусным расстоянием. Нетрудно сообразить, что чем больше кривизна поверхностей собирательной линзы, тем меньше ее фокусное расстояние. В фокусе такой линзы всегда получается действительное изображение предмета.
Иначе ведут себя рассеивающие, отрицательные линзы. Падающий на них параллельно оптической оси пучок света они рассеивают и в фокусе такой линзы сходятся не сами лучи, а их продолжения. Потому рассеивающие линзы имеют, как говорят, мнимый фокус и дают мнимое изображение.
На рис. 12 показан ход лучей в галилеевском телескопе. Так как небесные светила, практически говоря, находятся «в бесконечности», то изображения их получаются в фокальной плоскости , то есть в плоскости, проходящей через фокус F и перпендикулярной к оптической оси. Между фокусом и объективом Галилей поместил рассеивающую линзу, которая давала мнимое, прямое и увеличенное изображение MN .
Главным недостатком галилеевского телескопа было очень малое поле зрения - так называют угловой поперечник кружка неба, видимого в телескоп. Из-за этого наводить телескоп на небесное светило и наблюдать его Галилею было очень трудно. По той же причине галилеевские телескопы после смерти их изобретателя в астрономии не употреблялись и их реликтом можно считать современные театральные бинокли.
В кеплеровском телескопе (см. рис. 12) изображение CD получается действительное, увеличенное и перевернутое . Последнее обстоятельство, неудобное при наблюдениях земных предметов, в астрономии несущественно - ведь в космосе нет какого-то абсолютного верха или низа, а потому небесные тела не могут быть повернутыми телескопом «вверх ногами».
Первое из двух главных преимуществ телескопа - это увеличение угла зрения, под которым мы видим небесные объекты. Как уже говорилось, человеческий глаз способен в отдельности различать две части предмета, если угловое расстояние между ними не меньше одной минуты дуги. Поэтому, например, на Луне невооруженный глаз различает лишь крупные детали, поперечник которых превышает 100 км . В благоприятных условиях, когда Солнце затянуто облачной дымкой, на его поверхности удается рассмотреть самые крупные из солнечных пятен. Никаких других подробностей невооруженный глаз на небесных телах не видит. Телескопы же увеличивают угол зрения в десятки и сотни раз.
Второе преимущество телескопа по сравнению с глазом заключается в том, что телескоп собирает гораздо больше света, чем зрачок человеческого глаза, имеющий даже в полной темноте диаметр не больше 8 мм . Очевидно, что количество света, собираемого телескопом, во столько раз больше того количества, которое собирает глаз, во сколько площадь объектива больше площади зрачка. Иначе говоря, это отношение равно отношению квадратов диаметров объектива и зрачка.
Собранный телескопом свет выходит из его окуляра концентрированным световым пучком. Наименьшее его сечение называется выходным зрачком . В сущности, выходной зрачок - это изображение объектива, создаваемое окуляром. Можно доказать, что увеличение телескопа (то есть увеличение угла зрения по сравнению с невооруженным глазом) равно отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра. Казалось бы, увеличивая фокусное расстояние объектива и уменьшая фокусное расстояние окуляра, можно достичь любых увеличений. Теоретически это так, но практически все выглядит иначе. Во-первых, чем больше употребляемое в телескопе увеличение, тем меньше его поле зрения. Во-вторых, с ростом увеличения становятся все заметнее движения воздуха. Неоднородные воздушные струи размазывают, портят изображение и иногда то, что видно при малых увеличениях, пропадает для больших. Наконец, чем больше увеличение, тем бледнее, тусклее изображение небесного светила (например, Луны). Иначе говоря, с ростом увеличения хотя и видно больше подробностей на Луне, Солнце и планетах, но зато уменьшается поверхностная яркость их изображений. Есть и другие препятствия, мешающие применять очень большие увеличения (например, в тысячи и в десятки тысяч раз). Приходится искать некоторый оптимум и потому даже в современных телескопах, как правило, наибольшие увеличения не превосходят нескольких сотен раз.
При создании телескопов со времен Галилея придерживаются следующего правила: выходной зрачок телескопа не должен быть больше выходного зрачка наблюдателя. Легко сообразить, что в противном случае часть света, собранного объективом, будет напрасно потеряна. Очень важной величиной, характеризующей объектив телескопа, является его относительное отверстие , то есть отношение диаметра объектива телескопа к его фокусному расстоянию. Светосилой объектива называется квадрат относительного отверстия телескопа. Чем «светосильнее» телескоп, то есть чем больше светосила его объектива, тем более яркие изображения объектов он дает. Количество же света, собираемого телескопом, зависит лишь от диаметра его объектива (но не от светосилы!). Из-за явления, именуемого в оптике дифракцией, при наблюдениях в телескопы яркие звезды кажутся небольшими дисками, окруженными несколькими концентрическими радужными кольцами. Разумеется, к настоящим дискам звезд дифракционные диски никакого отношения не имеют.
В заключение сообщим читателю основные технические данные о первых галилеевских телескопах. Меньший из них имел диаметр объектива 4 см при фокусном расстоянии 50 см (его относительное отверстие было равно 4/50 = 0,08). Он увеличивал угол зрения всего в три раза. Второй, более совершенный телескоп, с помощью которого Галилей совершил свои великие открытия, имел объектив диаметром 4,5 см при фокусном расстоянии 125 см и давал увеличение в 34 раза. При наблюдениях в этот телескоп Галилеи различал звезды до 8-й звездной величины, то есть в 6,25 раз более слабые, чем те, которые еле видит на ночном небе невооруженный глаз.
Таково было скромное начало развернувшегося позже «чемпионата» телескопов - длительной борьбы за усовершенствование этих главных астрономических инструментов.
Примечания
Цитирую по книге Б.Г. Кузнецова «Галилей», «Наука», 1964, стр. 71.
Название «телескоп» было присвоено новому инструменту по решению итальянской Академии наук.
Зеркальным телескопам - рефлекторам посвящен особый раздел.
У галилеевской трубы выходного зрачка нет.
Человечество и по сей день продолжают создавать все более усовершенствованные модели. Оно позволяет рассмотреть каждую частичку всех небесных тел земли, находящихся за пределами земной жизни. Но все равно вопрос о том, кто — же всё-таки является создателем все равно остается актуальным и для современного общества.
По некоторым историческим справкам первый телескоп был изобретен ученым Иоанном Липперсгейским в 1608 году. Как подумают, что это человек, который занимался изучением астрономии, в действительности же он являлся обычным мастером по производству очков для коррекции зрения.
Изобретение было придумано совершенно случайно, а идея о создании возникла во время проведения общего досуга с детьми, которые с помощью луп рассматривали расположенные вдалеке строения домов. Сделав соответствующие выводы, он принялся, к изготовлению подзорной трубы. Данный прибор был предназначен для рассмотрения удаленных предметов в пространстве.
Далее он отвез для показа в Гаагу для получения соответствующего документа на подтверждения своего изобретения. В чем ему был сделан отказ. Но по истечению некоторого времени после смерти, данный документ был дан другому ученому Янсену, но позже было выяснено, что первый телескоп был изобретен именно голландским ученым Иоанном Липперсгейским.
Несмотря на это были и другие ученые, которые тоже пытались создавать подобного рода изделия. Сюда можно отнести такого великого ученого астронома как Галилео Галилей, именно его можно считать первым конструктором и создателем устройства большого размера, предназначенного для рассмотрения именно небесных тел. Оптическая сила линз обладала наиболее улучшенной системой наблюдения за неземными телами.
Чуть позже в 1656 году ученый Христиан Гюйенс разработал оборудование, у которого сила линз по сравнению с предыдущими произведениями обладала повышенной силой увеличительных стекол.
Исаак Ньютон, который тоже занимался подобного рода занятиями, предложил использовать зеркальные стекла совместно с оптическими линзами. Данная технология производства подзорных труб используется, и по сей день.
Новое поколение
Большое количество космических данных ученые получают, благодаря современной технике изготовления телескопов. Особенно востребованными модели является и Спидзер, работающий с использованием инфракрасного луча. И совсем недавно для этой же цели был придуман другой телескоп подобного действия - это знаменитый Вебба, который на данный момент занимает первое место среди своих вышеперечисленных предшественников.
Является относительно новым изобретением нашего времени, которым планируют воспользоваться в сентябре 2015 года. Его хотят отправить в космос при помощи космического корабля «Ариан-5».
С самого начала такая идея возникла в 2000 году, после чего запуск был отложен до 2007 года, но по ряду возникших проблем он был отложен, потому что телескоп Вебба имел некоторые недоработки в своей конструкции. Но и в 2007 г запуск так и не был произведен. Но как говорят ученые после того, как это осуществится, он будет находиться в космосе до 2020 года.
Телескоп Добсона, другое название монтировка Добсона, что подразумевает под собой подставку, предназначенную для установки оборудования по ньютоновской технологии. Название телескоп Добсона пришло к нам благодаря Джону Добсону появившемуся на свет в городе Пекин в сентябре 1915 года. Добсон еще в детстве был заинтересован вопросом строения вселенной.
Позже это стало любимым увлечением, переросшим в основную деятельность, в течение которой он начал ездить по городам по учебным учреждениям для чтения лекции по астрономии. Он так был восхищен своим изобретением, что даже выставлял на улицах города, и каждому мимо проходящему человеку предлагал с помощью него посмотреть в небо, после чего спрашивал их о том, что они там увидели и рассказать об этом своими словами.
Возможно, что спустя еще пару десятилетий на смену уже существующим моделям оптических приспособлений для изучения космоса, ученые астронавты придумают и другие более новые модели, имеющие в своем репертуаре более сложную конструкцию. Пока наслаждаемся открытиями, мечтаем о планетах и Марсе.
МОСКВА, 22 дек — РИА Новости. Юрий Ковалев, научный координатор проекта "РадиоАстрон", заведующий лабораториями в ФИАН и МФТИ, и Дмитрий Литвинов из МГУ имени М. В. Ломоносова рассказали о том, как российская космическая обсерватория "Спектр-Р" помогает проверять теорию относительности Эйнштейна и меняет представления об устройстве Вселенной, а также поделились секретами, как им удалось превратить облако газа в космосе в гигантский телескоп.
"Радиоастрон" получил рекордно четкие снимки "плевка" черной дыры Российская наземно-космическая обсерватория "Радиоастрон" получила первые детальные данные по структуре "плевка" сверхмассивной черной дыры в центре галактики NGC 1275, которые помогут ученым понять, как черные дыры пережевывают и выплевывают материю, заявил заведующий лабораторией Астрокосмического центра ФИАН Юрий Ковалев.Радиотелескоп "Спектр-Р", запущенный в космос в июле 2011 года, можно назвать самой успешной космической научной обсерваторией России. Это ключевая часть уникального наземно-космического интерферометра "РадиоАстрон", в составе которого, помимо российского спутника, работают еще десятки наземных радиотелескопов как в России, так и в других странах Европы и Азии, а также в США, ЮАР и Австралии.
Пока "РадиоАстрон" остается единственным наземно-космическим комплексом, работающим по принципу радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, пионером которой является академик Николай Кардашев, руководитель "РадиоАстрона", директор Астрокосмического центра ФИАН и один из основоположников радиоастрономии.
Если говорить об этой технике наблюдений в самом общем виде, то можно отметить, что она позволяет объединить радиотелескопы, разнесенные на большие расстояния, в одну гигантскую виртуальную антенну. Для сборки антенны нужны три составляющие — синхронизация телескопов с точностью атомных часов, мощный суперкомпьютер, способный объединять сигналы, и точные данные о расстояниях между элементами антенны.
Эта методика ведения наблюдений обеспечила "РадиоАстрону" необычное ненаучное достижение — он попал в Книгу рекордов Гиннесса как самый большой космический радиотелескоп.
Градусник для черной дыры
Список же чисто научных достижений "РадиоАстрона" гораздо больше. Среди прочего в нем есть и открытия, которые в ближайшее время могут полностью поменять представления о том, как возникают и живут галактики и как работают самые беспокойные и большие их обитатели — сверхмассивные черные дыры.
Еще в 2013 году Юрий Ковалев и его коллеги заметили необычные аномалии во время первых наблюдений за так называемыми джетами — выбросами далеких черных дыр, которые те разгоняют до околосветовых скоростей. Ученые обнаружили, что они разогреты до температуры более 10 триллионов градусов Кельвина, а это превышает теоретический предел примерно в сто раз.
© Фото: страница Юрия Ковалева в Facebook Юрий Ковалев, научный координатор проекта "Радиоастрон"
© Фото: страница Юрия Ковалева в Facebook
В последующие три года эти аномалии в поведении джетов никуда не исчезли. Современные теории, описывающие формирование выбросов и роль в этом мощнейших магнитных полей, соседствующих с черной дырой, не могут объяснить, что происходит в реальности.
"Наше понимание того, какое место занимают черные дыры в жизни Вселенной, стало более комплексным. Черные дыры в центрах галактик являются основой машины, которая заставляет квазары вырабатывать мощные выбросы плазмы. Черная дыра отвечает за решение двух задач — формирование этих выбросов и их ускорение. Данные, полученные нами при помощи "РадиоАстрона", говорят о том, что эта машина должна более эффективно ускорять вещество, которое выбрасывается за пределы галактик, чем предсказывала теория", — пояснил ученый.
Как именно это происходит, пока до конца не ясно. Российские астрономы проверяют три гипотезы. Одна связана с процессами магнитного пересоединения в выбросах, другая — с экстремальным релятивистским усилением излучения, третья требует эффективного ускорения протонов в окрестностях черной дыры до скорости света.
За пределами теорий
В первом случае, как отмечает астроном, аномально яркое излучение джетов порождается процессом, похожим на то, как возникают мощные вспышки и выбросы корональной материи на Солнце. Во время таких катаклизмов силовые линии магнитного поля разрываются и выделяется огромное количество энергии, разгоняющей частицы до сверхвысоких скоростей и заставляющей их излучать свет.
Если это так, то в основании джета должно быть множество подобных точек "разрыва линий", которые Ковалев и его коллеги пытаются найти, наблюдая за квазарами при помощи самых мощных комбинаций антенн "РадиоАстрона". Если им удастся найти следы этих вспышек в поляризованном свете, то загадка сверхъярких джетов черных дыр будет решена.
В противном случае, отмечает исследователь, если все излучение джетов порождается одним источником, физикам-теоретикам придется придумать механизм, позволяющий разгонять частицы до столь высоких энергий и скоростей, о которых говорят данные наблюдений с "РадиоАстрона".
"По одной из общепринятых сегодня теорий в рождении джетов и ускорении их материи замешаны мощнейшие магнитные поля. В принципе, этот факт подтверждается как наблюдениями за поляризацией излучения джетов на телескопах VLA и ALMA, так и нашими собственными данными. Сейчас мы предполагаем, что открытые нами аномалии в температуре выбросов можно объяснить тем, что излучение джетов порождают не только электроны, но и протоны, разогнанные до околосветовых скоростей", — рассказывает Ковалев.
Российские ученые и их иностранные партнеры, по словам астрофизика, активно пытаются найти ответ на этот вопрос, замеряя силу магнитных полей и пытаясь рассмотреть структуру "ножки" джета. Эти наблюдения, как отметил исследователь, ведутся научной группой проекта не только на "РадиоАстроне", но и на наземном интерферометре Event Horizon Telescope, а также на микроволновой обсерватории ALMA.
"Основная надежда на получение положительного или отрицательного ответа — данные с ALMA по силе магнитных полей в окрестностях сверхмассивных черных дыр. Их присутствие или отсутствие покажет, могут ли протоны ускоряться до необходимых энергий и скоростей. Если мы их обнаружим, то теоретикам придется серьезно подумать, как объяснить такой эффективный разгон", — добавляет ученый.
Вселенский микроскоп
Еще задолго до отправки обсерватории "РадиоАстрон" в космос Николай Кардашев задумал даже более дерзкий проект — межзвездный интерферометр. Одна из его частей — облака межзвездной плазмы, преломляющие и рассеивающие радиоволны от источника, которые затем интерферируют в точке приема.
"Парадоксально, но по результатам наблюдений "РадиоАстрона" оказалось, что для реализации такого межзвездного интерферометра достаточно даже одного большого наземного телескопа. Наши коллеги из Канады и группа Михаила Попова из ФИАН использовали такую систему и провели анализ по данным из нашей программы наблюдений. Они смогли измерить расстояние между областями, откуда исходят пучки радиоволн, выбрасываемые пульсаром в импульсах и контримпульсах. Это излучение исходит от противоположных магнитных полюсов нейтронной звезды", − рассказывает Ковалев.
Как отмечает астрофизик, ученые давно спорили о том, где именно зарождаются импульсы радиоизлучения, которые вырабатывают подобные нейтронные звезды. Некоторые астрофизики полагают, что они возникают у самой поверхности пульсаров, другие — что они рождаются в магнитосфере этих мертвых звезд на довольно большой высоте от поверхности, у так называемого светового цилиндра.
© Иллюстрация РИА Новости. Алина Полянина, Depositphotos
© Иллюстрация РИА Новости. Алина Полянина, Depositphotos
Проверить эти теории раньше было практически невозможно. Диаметр типичной нейтронной звезды — примерно 20 километров, а размер светового цилиндра — несколько тысяч километров. Но такой размер невозможно рассмотреть даже при помощи самых мощных обсерваторий, включая "РадиоАстрон". Эту задачу помогло решить облако межзвездной плазмы, в котором преломились, как в огромной линзе, радиолучи, вырабатываемые одним из самых знаменитых пульсаров — нейтронной звездой PSR B0531+21, расположенной в Крабовидной туманности.
Как показали замеры, пучки радиоволн возникают как раз у самого светового цилиндра, на границе магнитосферы нейтронной звезды. Это позволило российским астрономам и их канадским коллегам решить одну из загадок космоса, о которой астрофизики ожесточенно спорили уже несколько десятков лет.
Космический часовщик
Другой уникальный проект, который реализовал "РадиоАстрон", — изучение влияния силы притяжения на течение времени. Подобный опыт уже проводило НАСА, однако для российских ученых эта проверка стала первой.
"Влияние гравитации на скорость хода часов — завораживающий феномен. Оказывается, вблизи планеты, звезды или черной дыры, вообще рядом с любым массивным телом время замедляется. Черная дыра — особенно интересный случай: вблизи нее время течет не просто медленно, а бесконечно медленно. Но уже и в земных условиях влияние гравитации на скорость хода часов можно обнаружить", — объясняет Дмитрий Литвинов из Московского государственного университета, член гравитационной группы проекта.
При помощи сверхточных атомных часов, созданных российскими учеными из Нижнего Новгорода для синхронизации работы "РадиоАстрона" с наземными станциями слежения и телескопами, Литвинов и его коллеги уже несколько лет проверяют один из краеугольных камней теории относительности, увязывающей притяжение с тем, как быстро течет время в тех или иных точках пространства.
Такие опыты уже проводились более сорока лет назад на борту зонда Gravity Probe A, а сейчас — на паре зондов системы Galileo, вышедших на неправильные орбиты из-за ошибок при запуске "Союза-СТБ" в августе 2014 года. Пока все три спутника, как отмечает Литвинов, указывают на справедливость выкладок Эйнштейна, однако это не останавливает ученых от повторных проверок.
"Почему же сегодня возникли сомнения в правильности формулы Эйнштейна? Дело в том, что многие физики уверены в том, что теория тяготения Эйнштейна не является абсолютно точной. Попросту говоря, формулы, которым подчиняется гравитация, немного отличаются от формул Эйнштейна. Основной недостаток общей теории относительности Эйнштейна состоит в том, что она является классической, то есть неквантовой теорией", — рассказывает ученый.
Как отмечает Литвинов, почти все попытки "проквантовать" гравитацию и объединить ее с другими фундаментальными взаимодействиями, сформулированные в последние десятилетия, требуют корректировки общей теории относительности и того, как она описывает феномен гравитационного замедления времени. Любые отклонения, которые мог бы зафиксировать "Спектр-Р" и другие зонды, могут подсказать ученым, где стоит искать замену выкладкам Эйнштейна.
"Уже сейчас можно говорить, что наш эксперимент дает независимую проверку теории гравитации Эйнштейна, вернее эйнштейновского принципа эквивалентности, примерно с той же точностью, что Gravity Probe A, — около 0,01%. Нам еще предстоит много работы, и основная часть данных ожидает анализа. Мы рассчитываем, что в итоге сможем улучшить точность измерения в 10 раз, и если повезет, то и обнаружить отклонение от формулы Эйнштейна", — подытожил Литвинов.
Увидеть тень невидимки
Как отметил Ковалев, спрогнозировать срок жизни "Спектра-Р" довольно сложно: сейчас телескоп находится в хорошем состоянии, но деградация из-за космического излучения неизбежна, немало блоков спутника пришлось заменить запасными. Если хотя бы один из ключевых модулей выйдет из строя, возможности телескопа могут быть ограничены. "Недавно мы исчерпали запасы водорода, которые использовались в стандарте частоты, и нам пришлось перейти на запасной режим синхронизации", — пояснил астрофизик.
С другой стороны, "Спектр-Р" не испытывает проблем с традиционным больным местом многих других космических миссий — запасами топлива. Как отмечает Ковалев, в баках спутника сейчас остается около 70% от изначального объема, поэтому зонд без труда сможет пережить очередную коррекцию орбиты, если она понадобится.
С финансовой точки зрения "Роскосмос" будет поддерживать работу спутника до конца 2019 года, после чего примет решение либо об очередном продлении, либо о завершении миссии. Интерес к "РадиоАстрону" со стороны ученых, как отметил Ковалев, продолжает расти — есть надежда, что космический телескоп проработает максимально долго, что позволит изучить самые интересные объекты Вселенной с рекордно высоким разрешением. По его словам, 22 декабря руководство миссии объявит о начале приема научных заявок на наблюдения "РадиоАстрона" в рамках очередного годового цикла: с июля 2018-го до июня 2019 года.
"Мы хотели бы увидеть центр нашей Галактики при помощи "РадиоАстрона" и тень черной дыры, которая там находится. Это очень тяжелая задача — мы провели наблюдения на самой короткой длине волны в 1,3 сантиметра в сотрудничестве со многими наземными телескопами, и даже в этом случае он остается невидимым для нас. Мы надеемся, что открытый "РадиоАстроном" новый эффект — субструктура рассеивания радиоволн — поможет восстановить карту самого центра Галактики при использовании алгоритмов восстановления изображений, которые мы сейчас разрабатываем", — заключил ученый.
Тот, кто изобрел телескоп, несомненно, заслуживает уважения и огромной благодарности со стороны всех современных астрономов. Это одно из величайших открытий в истории. Телескоп позволил изучить ближний космос и узнать много нового о строении вселенной.
С чего все началось
Первые попытки создать телескоп приписываются великому Леонардо да Винчи. Патентов и упоминаний о рабочей модели нет, но ученые нашли остатки чертежей и описаний стекол для разглядывания луны. Возможно, это еще один миф об этом уникальном человеке.
Устройство телескопа пришло на ум Томасу Диггесу, который и пытался его создать. Он использовал выпуклое стекло и вогнутое зеркало. Само по себе изобретение могло работать, и, как покажет история, подобное устройство будет создано вновь. Но технически еще не было средств для воплощения этого замысла, создать рабочую модель ему так и не удалось. Наработки остались в тот период невостребованными, а Диггес вошел в историю астрономии за описание
Тернистый путь
В каком году изобрели телескоп, вопрос по-прежнему остается спорным. В 1609-м голландский ученый Ханс Липперсгей представил патентному бюро свое увеличительное изобретение. Назвал он его Но патент был отклонен в силу чрезмерной простоты, хотя сама подзорная труба плотно вошла в обиход. Особенную популярность она приобрела у мореходов, а для астрономических нужд оказалась слабовата. Шаг вперед был уже сделан.
В том же году попала в руки Томаса Хариота, изобретение ему пришлось по нраву, но нуждалось в значительной доработке первоначального образца. Благодаря его работе астрономы впервые смогли увидеть, что луна имеет свой рельеф.
Галилео Галилей
Узнав о попытке создания специального прибора для увеличения звезд, Галилей по-настоящему загорелся этой идеей. Итальянец решил создать для своих исследований подобную конструкцию. Математические знания помогли ему с расчетами. Устройство состояло из трубки и вставленных в нее линз, изготовленных для людей с плохим зрением. По сути, это и был первый телескоп.
Сегодня этот вид телескопов называют рефракторными. Благодаря усовершенствованной конструкции Галилео сделал немало открытий. Он сумел доказать, что луна имеет форму сферы, разглядел на ней кратеры и горы. 20-кратное увеличение позволило рассмотреть 4 наличие колец у Сатурна и много чего еще. На тот момент устройство оказалось самым совершенным прибором, но он имел свои недостатки. Узкая трубка значительно сокращала круг обзора, а искажения, полученные за счет большого числа линз, делали картинку размытой.
Эпоха рефракторных телескопов
Четко ответить на вопрос, кто первым изобрел телескоп, не получится, ведь Галилей только усовершенствовал уже существующую трубу для созерцания неба. Без идеи Липперсгея ему могла и не прийти в голову эта мысль. В последующие годы шло постепенное совершенствование прибора. Развитие значительно тормозила невозможность создания больших линз.
Толчком дальнейшего развития стало изобретение штатива. Трубу теперь не надо было держать в руках продолжительное время. Благодаря этому стало возможным удлинение трубки. Христиан Гюйгенс в 1656 году представил аппарат с увеличением в 100 раз, достигнуть этого удалось за счет увеличения расстояния между линзами, которые помещались в трубку длиной 7 метров. Спустя 4 года был создан телескоп длиной 45 метров.
Помехой для исследований мог стать даже небольшой ветер. Уменьшения искажения картинки пытались добиться путем дальнейшего увеличения расстояние между линзами. Развитие телескопов пошло в сторону удлинения. Самый длинный из них достигал 70 метров. Такое положение вещей сильно затрудняло работу, да и саму сборку устройства.
Новый принцип
Развитие космической оптики зашло в тупик, но долго так продолжаться не могло. Кто изобрел телескоп принципиально нового образца? Это был один из величайших ученых всех времен - Исаак Ньютон. Вместо линзы для фокусировки стало использоваться вогнутое зеркало, что позволило избавиться от хроматических искажений. Рефракторные телескопы ушли в прошлое, по праву уступив место рефлекторным.
Открытие телескопа, работающего по принципу рефлектора, перевернуло астрономическую науку. Зеркало, использованное в изобретении, Ньютону пришлось делать самостоятельно. Для его изготовления был использован сплав олова, меди и мышьяка. Первая рабочая модель продолжает храниться, по сей день, ее пристанищем стал Лондонский музей астрономии. Но оставалась небольшая проблема. Те, кто изобрел телескоп, еще долгое время не могли создать зеркало идеальной формы.
Прорыв
1720 год стал знаменательной датой для всей астрономической науки. Именно в этом году оптикам удалось создать рефлекторное зеркало диаметром 15 см. к слову сказать, зеркало ньютона имело диаметр всего 4 см. Это был настоящий прорыв, проникнуть в тайны вселенной стало гораздо проще. Миниатюрные телескопы по сравнению с 40-метровыми гигантами были всего 2 метра длиной. Наблюдение за космосом стало доступно большему кругу людей.
Компактные и удобные телескопы могли бы надолго войти в моду, если бы не одно "но". Сплав металла быстро тускнел и тем самым терял свои отражательные свойства. Вскоре зеркальная конструкция была усовершенствована и приобрела новые черты.
Два зеркала
Очередным усовершенствованием устройство телескопа обязано французу Кассегрену. Он придумал использовать 2 стеклянных зеркала вместо одного, сделанного из металлического сплава. Его чертежи оказались рабочими, но самому ему не удалось в этом убедиться, техническое оснащение не позволило воплотить мечту.
Телескопы Ньютона и Кассегрена можно уже считать первыми современными моделями. На их основе продолжается сейчас развитие телескопостроения. По принципу Кассегрена построен современный космический телескоп "Хаббл", который уже принес множество информации человечеству.
Возвращение к основам
Рефлекторы не смогли окончательно одержать победу. Рефракторы триумфально вернулись на пьедестал с изобретением двух новых сортов стекла: крон - более легкого, и флинт - тяжелого. Такая комбинация пришлась в помощь тому, кто изобрел телескоп без ахроматических погрешностей. Это оказался талантливый ученый Дж. Доллонд, в честь него и был назван новый вид объектива - доллондовый.
В 19-м веке рефракторный телескоп пережил свое второе рождение. С развитием технической мысли стало возможным изготавливать линзы идеальной формы и все большего размера. В 1824 году диаметр объектива составлял 24 см, к 1966 году он вырос в два реза, а в 1885 году составил уже 76 сантиметров. Условно говоря, диаметр объектива рос примерно на 1 см в год. О зеркальных устройствах почти забыли, в то время как линзовые теперь росли не в длину, а в сторону увеличения диаметра. Это позволяло улучшить угол обзора и одновременно увеличить картинку.
Великие энтузиасты
Возродили рефлекторные установки астрономы-любители. Одним из них был Уильям Гершель, несмотря на то что основной род его деятельности - это музыка, он сделал немало открытий. Самое первое его открытие - это планета Уран. Небывалый успех окрылил его на создание телескопа большего диаметра. Создав в домашней лаборатории зеркало диаметром 122 см, он сумел рассмотреть 2 неизвестных ранее.
Успехи любителей подталкивали к новым экспериментам. Основную проблему металлических зеркал - быстрое помутнение - так и не удалось преодолеть. Это натолкнуло французского физика Леона Фуко на мысль вставить в телескоп другое зеркало. В 1856 году он изготовил для увеличительного устройства стеклянное зеркало с серебряным напылением. Результат превзошел самые смелые прогнозы.
Еще одно важное дополнение внес Михаил Ломоносов. Он изменил систему так, что зеркало стало вращаться независимо от линзы. Это позволило максимально уменьшить потери световых волн и настраивать изображение. Одновременно с ним о подобном открытии заявил и Гершель.
Сейчас активно используются обе конструкции, и продолжается совершенствование оптики. В дело вступают современные компьютеры и Самый большой телескоп из тех, что расположены на Земле, - это большой Канарский телескоп. Но скоро его величие затмится, уже в работе проекты с зеркалами диаметром 30 м против его 10,4 м.
Телескопы-гиганты строят на возвышенности, чтобы максимально исключить преломление картинки земной атмосферой. Перспективным направлением является строительство космических телескопов. Они дают самую четкую картинку с максимальным разрешением. Все это было бы невозможно, если бы в далеком 17-м веке не была создана подзорная труба.
