День республики № 71-72 от 23.05.2020

Зеркальные телескопы

27 мая в 11:15
12 просмотров

1/5

Закрыть

В предыдущих очерках было рассказано о возникновении спектроскопии как основного метода астрофизики. Но этот метод сопряжён и с определёнными трудностями, которые особенно сильно проявляются в случаях изучения слабых и удалённых объектов. При разложении потока света, например света звезды, в спектр, его излучение не концентрируется в точке, а распределяется на плоскости, поэтому яркость изображения заметно уменьшается. Чтобы спектр можно было зафиксировать на фотопластинке (именно этот носитель информации применялся до 70-х годов прошлого века), необходимо было собрать как можно больше света от источника излучения. Ныне эта задача выполняется с помощью телескопов с зеркалами большого диаметра (а значит – и большой площади). При исследовании галактик, удалённых от нас на миллиарды световых лет*, проблема количества собираемого телескопом света остаётся по-прежнему актуальной даже при использовании самых чувствительных современных светоприёмников.

Заметим, что отличие зеркального телескопа от линзового состоит в том, что изображение в нём строится не проходящим сквозь линзы светом, а лучами, отражёнными от поверхности вогнутого зеркала. Поэтому зеркальные телескопы называются рефлекторами (от reflex – отражение). Рефлекторы имеют ряд серьёзных преимуществ перед линзовыми инструментами. Во-первых, в них не возникают цветные ореолы вокруг изображений, о которых упоминалось ранее. Во-вторых, стеклянные линзы для телескопов большого размера получаются довольно толстыми, поглощают немало света и к тому же не пропускают ультрафиолетовые лучи. Кроме того, они могут деформироваться под воздействием собственного веса, что ухудшает качество изображения, скомпенсировать эти деформации практически невозможно, и это существенно ограничивает возможность изготовления линз диаметром более метра. Размер зеркал для телескопов ограничен лишь технологическими возможностями изготовления, а их вес может быть скомпенсирован специальными механизмами. Сегодня мы являемся свидетелями создания сверхгигантских телескопов с оптическими зеркалами в 34, 42 и даже 100 м! Телескопы с 8-10-метровыми зеркалами стали обычными астрономическими инструментами.

Однако, прежде чем появились возможности строить столь большие и совершенные зеркальные оптико-механические системы, наука и техника прошли долгий путь развития. Первый в мире зеркальный телескоп создал И. Ньютон в 1704 году, и это был самый дальний предшественник шестиметрового телескопа БТА (см. рис.). Он имел вогнутое металлическое зеркало, которое состояло из сплава меди, олова и мышьяка, имело диаметр всего 3 см, но давало изображение более чёткое в сравнении с первыми линзовыми инструментами**.

Уже во второй половине XVIII столетия были построены гигантские для своего времени зеркальные телескопы. Создателем одного из них был английский астроном Вильям Гершель. В нём, как и в других его телескопах, применялось металлическое зеркало, обработка которого (т.е. придание им геометрически правильной формы и полировка) требовала большого труда и заняла многие месяцы. Оно имело диаметр 1,2 метра при весе более тонны!

С помощью этого телескопа В. Гершель обнаружил большое число ранее неизвестных звёзд и туманностей. Кроме того, он изготовил ещё один крупный телескоп – несколько меньшего размера, но более удобный для наблюдений. Их итогом стало, пожалуй, самое выдающееся его достижение – открытие в 1781 г. планеты Уран, о которой ранее никто не подозревал.

Аналогичный инструмент соорудил в 1840-х годах Уильям Парсонс (лорд Росс). Это был телескоп с металлическим зеркалом диаметра 1,83 м. С его помощью была обнаружена спиральная структура некоторых туманностей, которые впоследствии получили название галактик.

Следует, однако, признать, что наблюдения с помощью таких телескопов были весьма неудобными и трудоёмкими. Поэтому до ХХ века в астрономии всё же доминировали линзовые телескопы (рефракторы), тем более что методики наблюдений до 50-х гг. ХIX в., когда появились первые фото звёздного неба, были в основном визуальными.

К началу XX века центр астрономических и астрофизических исследований переместился в США. Директором обсерватории Маунт Вилсон, что находится и ныне в Калифорнии, был тогда известнейший астроном, выдающийся организатор науки и чрезвычайно общительный человек Джордж Хейл. Он сумел убедить миллионера из Лос-Анджелеса Джона Хукера дать средства на создание телескопа с 2,5-метровым зеркалом. Предстояла гигантская работа, серьёзные технологические эксперименты, поскольку зеркало такого размера отливалось впервые в истории. На изготовление отливки ушло два года. Ещё пять лет заняла его шлифовка, которая производилась вручную известным американским оптиком Ричи. Значительное время заняло изготовление монтировки, её установка и наладка, поэтому первые наблюдения телескопом (получившим имя Хукера) состоялись лишь в 1919-м. Телескоп показал замечательные результаты, с его помощью впервые удалось уверенно определить, что спиральные туманности – галактики – состоят из отдельных звёзд. Но самый главный результат этой работы – это бесценный опыт по созданию больших зеркальных телескопов.

Успех строительства телескопа им. Хукера привёл к идее установить на горе Маунт Паломар ещё более крупный инструмент – 5-метровый рефлектор. Наиболее сложные проблемы, которые предстояло решить для реализации этого проекта, – выбрать материал для зеркала и разработать его конструкцию. Стекло для зеркала должно как можно меньше изменять размер и форму при изменении температуры, т.е. обладать минимальным температурным коэффициентом линейного расширения. Наилучшим вариантом был кварц, но изготовить столь большую кварцевую заготовку для зеркала не удалось. Пришлось остановиться на одном из сортов жаропрочного стекла. Само зеркало должно было иметь ребристую структуру на тыльной стороне, что позволило уменьшить его вес до 15 тонн. Отлить зеркало удалось в 1936 году со второй попытки. Во время Второй мировой войны работы по созданию 5-метрового телескопа были приостановлены, поэтому он вступил в строй лишь в 1949 году.

Первые большие зеркальные телескопы в России были построены после Великой Отечественной войны.

______________________________________________________________________________

*Световой год – расстояние, которое свет проходит в течение года, – примерно 9 триллионов километров.
**Телескопы в астрономии часто называют инструментами.

В. П. РОМАНЕНКО
кандидат технических наук, заслуженный работник культуры РФ, член Союза писателей России
Поделиться
в соцсетях
астрономия Вильям Гершель Исаак Ньютон исследования история научные исследования телескоп ученые-физики ученый экскурсии по обсерватории