Оптические телескопы - глаза астрономов

Главное назначение телескопа, - повторим еще раз, - это собрать как можно больше света от небесных светил. Астрономам вечно не хватает света от звезд, чтобы его всесторонне анализировать. Вот почему мы гонимся за увеличением диаметра телескопов, но стараемся вместе с тем повысить и даваемый ими масштаб изображений светил. Масштаб зависит от длины телескопа, точнее, от его фокусного расстояния, или расстояния от объектива до того места, где получается изображение светила. Чем больше изображение, тем, конечно, лучше его можно рассмотреть.

С увеличением размеров телескопа растут все трудности его изготовления, так как вес его растет пропорционально кубу его диаметра, а точность его изготовления должна быть все та же. Эта точность определяется тем, что стекло объектива должно быть везде одинаково однородным, что отшлифовано и отполировано оно должно быть с точностью до десятитысячных долей миллиметра. Кроме того, установка должна быть настолько совершенной с механической точки зрения, чтобы громадный телескоп мог двигаться вслед за суточным вращением звезд, не допуская отклонений больше двух-трех сотых миллиметра.

Представьте же себе махину, которую по грузности можно сравнить с паровозом, изготовленную с такой точностью и плавно перемещающуюся по воле наблюдателя!

Вращение телескопов вслед за суточным вращением неба производится вокруг оси, направленной на полюс мира, и осуществляется часовым механизмом.

Два века шла борьба между двумя типами телескопов - рефракторами (с выпуклым преломляющим стеклом-объективом) и рефлекторами (с вогнутым отражающим зеркалом). В конце прошлого века рефлекторы победили в области крупных инструментов, потому что зеркала стали делать уже не из металла, как раньше, а из стекла, и покрывать тончайшим слоем серебра или алюминия, отражающим свет. Для зеркала не надо такого хорошего и строго определенного сорта стекла, какое нужно для объектива, через который свет проходит насквозь, и шлифовать приходится только одну поверхность, а не четыре, как в объективе, обычно состоящем из двух стекол. Рефлекторы не только дешевле, их не только легче изготовлять, но им можно придать такие размеры, которые для рефракторов оказались неосуществимыми.

Рис. 8. Двойной астрограф Симеизской обсерватории. У окулярного конца контрольной трубы астрографа - автор этой книги. (Снимок 1931 г.)

В XX веке так и не удалось сделать объективы большие тех, какие (до 1 м диаметром) делали в конце прошлого века. Не удалось сделать объективы даже того же самого размера. Между тем, рефлекторы таких размеров изготовляются без особых помех, и в Калифорнии (США) после второй мировой войны вступил в строй телескоп-гигант с зеркалом диаметром в 5 м.

Рис. 9. Телескоп Максутова (о котором мы подробно расскажем дальше), установленный на Пулковской обсерватории. В руках у наблюдателя - клавиши управления, позволяющие направлять телескоп в нужную точку неба простым нажатием кнопок

В нашей стране первые рефлекторы изготовлял Яков Брюс еще в начале XVIII века. С тех пор в России был построен ряд крупных обсерваторий, число которых после Великой Октябрьской социалистической революции быстро возросло.

«Крепости» советской астрономии сильно пострадали от нашествия фашистских варваров. Пулковская обсерватория - «астрономическая столица мира» (как ее вслед за американскими астрономами Гульдом и С. Ньюкомбом часто называли за рубежом) была разрушена при блокаде Ленинграда.

Рис. 10. 6-метровый телескоп-рефлектор, установленный в СССР

Благодаря заботе партии и правительства обсерватории, разрушенные фашистами, восстановлены и оборудованы лучше прежнего. Выстроено также много новых обсерваторий.

Советская страна имеет теперь собственную оптико-механическую промышленность, которой в царской России не было совсем, но которая на базе осуществленных пятилетних планов выросла и после войны стала особенно мощной. Но дело не только лишь в воспроизведении давно существующих типов телескопов, погоне за простым увеличением телескопов с сохранением всех их недостатков.

Рис. 11. Схема телескопа Максутова

В самом деле, рефлектор все лучи разного цвета собирает в один фокус, давая неокрашенное изображение, да вот беда - фотографировать им плохо. Чуть в сторону от той точки неба, куда направлен телескоп, - и изображения звезд уже превращаются в фокусе из точек в подобие каких-то птичек и размываются так, что даже «и смотреть на них не хочется».

Между тем астроном хочет, а часто и должен сфотографировать сразу большой участок неба, скажем, целое созвездие. Как быть? Не поможет ли обыкновенный фотографический объектив? Но очень большие объективы хороших качеств (из нескольких линз) для фотографирования звезд мы делать пока не умеем, да и стекла их поглощали бы слишком много света вследствие своей большой толщины. Более простые объективы не дают резких изображений большого участка неба, хотя они и лучше, чем рефлекторы. Но, кроме того, всякий объектив дает непременно слегка окрашенное изображение, так как не сводит в одну точку все лучи разного цвета, идущие от звезды.

Рис. 12. Вот как выглядит 2,6-метровые телескопы-рефлекторы, установленные на Крымской и Бюраканской обсерваториях

Уже простой рефлектор с описанным выше недостатком должен иметь вогнутое зеркало с поверхностью не в форме участка шара (сферической), а с несколько иной (параболической), изготовить которую гораздо труднее, чем сферическую. Попытки же сделать телескоп из ряда зеркал сложной формы приносили новые трудности и мало пользы.

Когда из окруженного врагами Ленинграда стали вывозить голодающих, но стойких ленинградцев, в одном из поездов на полке лежал и думал очень высокий человек. Много интересных и полезных мыслей родилось в голове этого пассажира, но сейчас пассажир размышлял над печальной судьбой своего детища. Детищем этим был предполагавшийся массовый выпуск школьных телескопов, которые до этого у нас не производились. Телескоп предполагалось делать зеркальный - маленький рефлектор. Но и помимо войны, прервавшей производство телескопов, рефлектор этот обещал много хлопот. Алюминированное зеркало его от действия воздуха и пыли потускнеет, и школы станут его браковать, - размышлял пассажир. - Хорошо бы предохранить зеркало от этой опасности, защитив его спереди плоскопараллельным стеклом, - думал Д. Д. Максутов, ибо пассажир и был именно этим нашим выдающимся оптиком. Но тогда, продолжал рассуждать Максутов, имеющееся в рефлекторах маленькое зеркальце, которое отбрасывает лучи назад или вбок, где они и собираются в фокус и где ставят окуляр, можно приклеить к этому самому переднему стеклу. При этом отпадет надобность в особых держателях маленького зеркала, которые портят изображение. Но ведь в одном из телескопов маленькое зеркало бывает вогнутым или выпуклым. Почему бы тогда не заменить плоскопараллельное стекло мениском, т. е. выпукло-вогнутым стеклом, таким, чтобы его центральная посеребренная часть сама являлась маленьким зеркалом нужной кривизны. Конечно, - думал Максутов, - мениск надо взять с такими кривизнами поверхности, чтобы он подобно плоскопараллельному стеклу не искажал изображений, даваемых несферическим зеркалом, иначе... И вот тут-то Максутов и сделал свое открытие. Можно взять легко изготовляемое сферическое зеркало, искажающее изображение, так сказать, в одну сторону, а мениск сделать таким, чтобы он настолько же искажал изображение в противоположном направлении. В итоге ошибки системы взаимно уничтожатся, и изображение будет безупречным по форме. Малая толщина стеклянного мениска обеспечивает отсутствие заметного различия в положении фокуса для разных лучей. Так сам Д. Д. Максутов рассказывал о ходе своих мыслей.

Рис. 13. Шлифовку зеркала диаметром 26 см проводит Б. А. Воронцов-Вельяминов (1940 г.)

Такой менисковый телескоп можно применять вместо обычного рефлектора для рассматривания светил, но он будет и лучше по качеству и в несколько раз короче, т. е. удобнее в обращении. Менисковый телескоп может явиться и фотокамерой огромных размеров для фотографирования больших участков неба. Ряд лет для школ выпускались маленькие менисковые телескопы по системе Максутова. Изготовлены и большие менисковые телескопы, предназначенные и используемые для научных целей. Наибольший из них, диаметром 70 см, установлен в горах Грузии, на Абастуманской обсерватории.

Развитие советской оптико-механической промышленности сказалось в том, что в 1967 г. была закончена сборка основных частей самого большого в мире телескопа с параболическим зеркалом диаметром 6 м.

Небольшой телескоп можно изготовить в домашних условиях. Каждый аккуратный и терпеливый человек, в том числе школьник, без большого труда и затрат может сделать себе настоящий телескоп-рефлектор с зеркалом диаметром от 10 до 15 см. Это несравненно проще, чем можно себе представить.

Рис. 14. 26-сантиметровый рефлектор, изготовленный собственноручно автором книги и установленный на здании Саратовского ун-та в 1973 г. Стоят сотрудники университета и автор (в середине)

К сожалению, сделать для такого телескопа хорошую подставку гораздо труднее, так как это требует и разных материалов и умения работать если не по металлу, то хотя бы по дереву, чем могут похвалиться немногие из любителей небесных тайн.

Перед Великой Отечественной войной, не удовлетворяясь тем, что в моем Московском университете не было тогда никакого подходящего рефлектора, я решил изготовить его сам. Шлифовать зеркало диаметром 26 см и делать для него все механические части монтировки я был так же неподготовлен, как большинство из вас, дорогие читатели. Пришлось стать оптиком-любителем и конструктором-токарем-механиком-любителем. Но работа, не блистая внешней отделкой, все же удалась. В дальнейшем Московский университет получил более мощные телескопы, и я передал свой телескоп Саратовскому университету. Там его дооборудовали часовым механизмом, и он теперь несет службу на станции наблюдения искусственных спутников Земли. Его используют также и для другой научной работы и для демонстрации небесных светил учащимся и населению. Немало любителей изготовили сами телескопы еще большего размера и с лучшей отделкой, так что, как видите, «не боги горшки обжигают».

Зеркало изготовляют, двигая радиально и вращая в то же время один толстый стеклянный диск по другому такому же, поместив между ними смоченный порошок - абразив (Отсылаем читателя к книге проф. М. С. Навашина, «Телескоп астронома-любителя», изд. 3-е, «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1975)).