Четыре столетия телескопов (стр. 2 из 3)

Зеркальные схемы телескопов в настоящее время доминируют в астрономии. Они применяются не только для оптических инструментов, но и для телескопов, ведущих наблюдения в других диапазонах. На рисунке - один из вариантов телескопа для наблюдений в дальнем ИК - и субмиллиметровом диапазоне, совместная разработка Корнеллского университета и Калифорнийского технологического института. 25-метровый рефлектор, построенный по схеме Ричи-Кретьена, предложено построить к 2015 году в чилийской пустыне Атакама.

НЕ ТОЛЬКО ВИДИМЫЙ СВЕТ

Возможно, что со временем Рив отшлифовал бы зеркала и получше, но Грегори торопился за границу, ждать не пожелал и больше к этому проекту не возвращался. В результате первый действующий телескоп-рефлектор был изобретен и собран в 1668 году Исааком Ньютоном. В отличие от грегорианского телескопа вторичное зеркало у него не выпуклое, а плоское. Оно повернуто к оптической оси под углом в 45 градусов, поэтому свет попадает в окуляр сквозь отверстие в тубусе (в такой телескоп смотрят не сзади, а сбоку). Ньютон преуспел благодаря собственному методу шлифовки главного зеркала (с помощью абразивного порошка, нанесенного на смоляную подложку), обеспечивавшему точность в десятую долю микрона. Позднее он сделал еще один такой рефлектор и 11 января 1672 года подарил его Лондонскому королевскому обществу (куда и был избран). Выполненная в XVIII веке копия этого телескопа, содержащая некоторые детали, вышедшие из рук самого Ньютона, сохранилась и поныне (первый ньютоновский рефлектор считается утраченным). На 1672 год приходится еще одна важная дата в истории оптических телескопов. Один из членов Французской академии сообщил коллегам, что некий Лоран Кассегрен, священник и преподаватель колледжа из Шартра, изобрел оригинальную версию зеркального телескопа. Кассегреновский телескоп, подобно григорианскому и ньютоновскому, оснащен вогнутым параболическим основным зеркалом с центральным отверстием. А вот в качестве вторичного рефлектора в нем стоит выпуклый гиперболоид, расположенный не перед фокусом главного зеркала, а позади него. Эта конфигурация дает возможность уменьшить длину трубы, которая может быть в несколько раз короче, чем фокусное расстояние главного зеркала.

Свет фокусируется главным (параболическим, при небольшом относительном отверстии - сферическим) зеркалом и отклоняется небольшим вторичным (плоским) зеркалом за пределы трубы в окуляр. Дает перевернутое изображение.

РЕФЛЕКТОР НЬЮТОНА

Главное зеркало - параболическое, вторичное - эллиптическое, окуляр размещен в центральном отверстии главного зеркала. Схема Грегори позволяет увеличить фокусное расстояние (и увеличение) и дает прямое изображение.

РЕФЛЕКТОР ГРЕГОРИ

Главное зеркало - вогнутое параболическое, вторичное - выпуклое гиперболическое. Схема позволяет уменьшить габариты телескола по сравнению со схемами Ньютона и Грегори при том же диаметре и фокусном расстоянии.

РЕФЛЕКТОР КАССЕГРЕНА

Вариант схемы Кассегрена с гиперболическими главным и вторичным зеркалами. В этой схеме исправлены кома и сферическая аберрации. Одна из самых популярных схем для профессиональных телескопов.

РЕФЛЕКТОР РИЧИ-КРЕТЬЕНА

Вариант схемы Кассегрена, широко использующийся в конструкциях компактных любительских телескопов. Главное зеркало - вогнутое сферическое, а для компенсации сферической аберрации служит мениск - сферическая пластинка, на центральную часть внутренней поверхности которой напыляют вторичное зеркало.

МАКСУТОВ-КАССЕГРЕН

Вариант схемы Кассегрена, популярный в высококачественных любительских телескопах. Главное зеркало - вогнутое сферическое, для компенсации сферической аберрации служит линза сложного профиля (корректор Шмидта). На внутренней стороне корректора расположено вторичное выпуклое зеркало - либо сферическое, либо гиперболическое (с исправленной комой)

ШМИДТ-КАССЕГРЕН

Первый работающий телескоп григорианского типа сделал в 1732 году мастер из Эдинбурга Джеймс Шорт. В этом же году изобретатель секстанта английский математик Джон Хадли построил телескоп Кассегрена. Так что к концу первой половины 1730-х все классические схемы рефракторов и рефлекторов получили практическое воплощение. Идея Кассегрена фактически завершила разработку оптических схем телескопов-рефлекторов, позднее они лишь модифицировались. Так, в 1920-х годах американский астроном Джордж Ричи и француз Анри Кретьен показали, что качество изображения кассегреновской системы улучшится, если оба зеркала сделать гиперболическими. Эта конфигурация реализована и в Большом Канарском телескопе, который к тому же оснащен третьим поворотным зеркалом, выводящим изображение в различные фокальные плоскости. Кассегреновской схеме вообще повезло на модификации, их уже около десятка.

ЭРА ГИГАНТОВ, XX ВЕК

С середины XVIII и вплоть до середины XX столетия телескопы изменились не слишком сильно. Конечно, росли размеры, разрешающая способность, светосила, степень увеличения, но принципиально они не особенно отличались от инструментов прежних времен. Впрочем, технический прогресс не стоял на месте. Великий британский астроном Уильям Гершель делал наилучшие телескопы своего времени, в том числе особо заслуженный "Большой двадцатифутовый" с зеркалом 47-сантиметрового диаметра (построенный несколько позже сорокафутовый гигант с железной трубой и зеркалом диаметром в 120 см большой пользы не принес - им было трудно управлять, да и зеркала быстро потускнели). Не оправдал надежд и законченный в 1845 году крупнейший телескоп XIX столетия с шестифутовой апертурой и 17-метровой деревянной трубой, сооруженный в имении ирландского аристократа Уильяма Парсонса, третьего лорда Росса (этот инструмент впервые позволил обнаружить, что некоторые туманности имеют спиральную структуру, но других серьезных результатов не принес).

Проект Extremely Large Telescope (E-ELT) Европейской южной обсерватории (ESO). Диаметр многосегментного зеркала E-ELT для наблюдений в видимом и ИК-диапааонах составит 42 м. Начать строительство планируется в 2018 году.

ОПТИЧЕСКИЙ ИСПОЛИН

БЕЗЛЮДНАЯ АСТРОНОМИЯ

Новые телескопы радикально изменили характер астрономических наблюдений. Ушел в прошлое романтический образ наблюдателя-одиночки, проводящего ночи в обсерватории, а дни - за проявкой и анализом фотопластинок. "В наши дни львиная доля работы астронома лежит на инженерах-эксплуатационщиках, которые наводят телескопы на заданную цель, снимают показания детекторов и передают их исследователям по линиям компьютерной связи, - говорит профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Патрик Макгрей, автор книги о разработке и строительстве телескопов-гигантов "Гигантские телескопы: астрономические амбиции и технологические обещания" (Giant Telescopes: Astronomical Ambition and the Promise of Technology). - Более того, появились полностью автоматизированные телескопы - хоть и меньшего калибра, но зато целиком и полностью управляемые дистанционно. Такая 'безлюдная' астрономия станет развиваться и дальше, это несомненно".

БЕЗЛЮДНАЯ АСТРОНОМИЯ

Вот еще несколько важных вех в истории телескопостроения. Замечательный немецкий оптик Йозеф Фраунгофер (тот самый, кто первым начал изучать спектры с помощью дифракционной решетки) усовершенствовал технику изготовления ахроматических обьективов большого диаметра и изобрел очень элегантную экваториальную монтировку, которую назвали германской. В 1840 году профессор Нью-Йоркского университета Джон Уильям Дрейпер сделал первую астрофотографию (Луны). Спустя десять лет последовала и первая фотография звезды (в данном случае Беги), выполненная в обсерватории Гарвардского университета. В конце 1850-х годов появились рефлекторы со стеклянными посеребренными зеркалами, которые были много лучше прежних металлических, В следующем десятилетии лондонский астроном Уильям Хаггинс впервые скрестил телескоп со спектрографом и положил начало эре астрономической спектроскопии (он и химик Уильям Аллен Миллер совместно исследовали спектры полусотни звезд и доказали, что планетарные туманности - это облака горячего космического газа). Историки астрономии именуют вторую половину XIX века эрой великих рефракторов - телескопов нового поколения с объективами диаметром более 25 дюймов (63, 5 см). Первый такой инструмент был сделан в 1862 году, за ним до исхода столетия последовали еще девять. Самым большим из них был и поныне остался действующий с 1897 года 40-дюймовый рефрактор Йеркской обсерватории. В эти же годы возникли и первые промышленные предприятия, специализирующиеся на производстве телескопов. В XX веке лидерство перехватили крупные рефлекторы. В 1917 году на горе Вильсон в Южной Калифорнии вошел в строй 100-дюймовый телескоп Хукера, благодаря которому Эдвин Хаббл определил расстояние до туманности Андромеды и обнаружил космологическое расширение Вселенной. Он оставался крупнейшим телескопом мира до тех пор, пока в 1948 году на горе Паломар не заработал 200-дюймовый рефлектор Хейла. Оба инструмента имеют цельные зеркала и установлены на экваториальных монтировках. Через 28 лет после инаугурации телескопа Хейла самым большим рефлектором стал действующий с 1976 года БТА (Большой телескоп азимутальный), установленный в Специальной астрофизической обсерватории на горе Семиродники около Нижнего Архыза. Это первый гигантский телескоп с альт-азимутальной компьютеризованной монтировкой, К сожалению, крупных открытий на нем сделано не было (и из-за неудачного местоположения, и из-за плохо устраняемых аберраций чересчур массивного цельного зеркала диаметром 605 см). Телескопы с еще большими монолитными зеркалами появились лишь в 1990-х годах. Это 810-сантиметровый Gemini North гавайской горной обсерватории Мауна-Кеа, расположенный по соседству 830-сантиметровый японский Subaru (название в переводе с японского означает "Плеяды"), четыре 820-сантиметровых инструмента комплекса Very Large Telescope (VLT) Южной европейской обсерватории (ESO) в чилийской пустыне Атакама и Large Binocular Telescope (LBT) с парой 840-сантиметровых зеркал, установленный на горе Грэм в штате Аризона.