Самый большой "глаз" мира

Диаметр зрачка нашего глаза составляет около 7 мм. "Входное отверстие" этой своеобразной линзы ограничивает количество света, которое мы способны воспринимать. Именно поэтому в ясную ночь мы видим на небе около 3 тыс. звезд, а, скажем, не 10 или 100 тысяч. Чем больше поверхность линзы, тем больше света она принимает. Свет звезд приходит на Землю в виде параллельных лучей. Линза (или зеркало) фокусирует эти лучи в фокальной плоскости в светящуюся точку, подобным образом действует и наш глаз. Количество света в этой точке во столько раз превышает количество света, собранного на сетчатке глаза, во сколько раз площадь линзы (или зеркала) превосходит площадь зрачка. Если воспользоваться линзой, диаметр которой вдвое больше диаметра нашего зрачка, то мы сможем разглядеть звезду, в четыре раза более слабую. Невооруженным глазом удается наблюдать звезды только до 6-й звездной величины. Таких звезд на небесной полусфере насчитывается около 3 тыс. Поскольку звезды в среднем кажутся тем слабее, чем дальше они от нас находятся, число наблюдаемых звезд быстро растет с уменьшением их видимой величины. Таким образом, вооружившись искусственным "глазом", мы способны дальше проникнуть в глубины Вселенной и увидеть более разнообразные космические объекты.

Аллегорическая гравюра 'Вперед к звездам' (1520 г.) - предвестник космических полетов

Вот почему создатели телескопов всегда уделяли большое внимание вопросу увеличения размеров линз этих инструментов. Во времена Галилея диаметр объектива зрительной трубы не превосходил диаметра линзы современного полевого бинокля. Несколько позже были построены гораздо более крупные телескопы, которые, к сожалению, отличались одним существенным недостатком - сильной цветовой аберрацией изображения (ахроматизмом). Чтобы как-то ослабить этот дефект, начали делать телескопы с большими фокусными расстояниями. Примером подобных конструкций может служить гигантский телескоп Яна Гевелия (1611-1687). С изобретением ахроматических объективов, представляющих собой комбинацию двух линз, изготовленных из различных сортов стекла (Джон Доллонд, 1758 г.), от этого недостатка практически удалось избавиться.

Предельный диаметр линзовых объективов, изготовлявшихся в XVIII в., не превышал 10 см. Зеркальные телескопы, правда, имели несколько больший диаметр, однако их металлические поверхности быстро тускнели. Поэтому в XIX в. линзовые телескопы оставили далеко позади своих "зеркальных собратьев".

В начале XX в. американская фирма "Кларк и сыновья" изготовила для Йеркского рефрактора самую большую линзу с 102-сантиметровым объективом, которая до сих пор держит этот своеобразный "рекорд", ибо едва ли его вообще можно превысить.

Зависимость числа видимых звезд от диаметра линз и зеркал

Итак, только зеркала (в XX в. их уже изготовляли из стекла с серебряным покрытием) помогли человеку глубже заглянуть во Вселенную. Сначала размеры зеркал быстро увеличивались. Как мы уже упоминали, в 20-х годах в США в Пасадене был построен телескоп с зеркалом диаметром 2,5 м, а четверть века спустя на обсерватории Маунт-Паломар вступил в строй телескоп с 5-метровым зеркалом. Казалось, что это предел. Однако около 20 лет назад в Советском Союзе был разработан проект сооружения телескопа с 6-метровым зеркалом. Безусловно, подобное предприятие требовало участия в нем различных отраслей современной техники.

Сама по себе выплавка и обработка огромных стеклоблоков для такого зеркала оказались труднейшей проблемой, так как никогда прежде не выплавлялись однородные стеклоблоки подобных размеров. Затем началась тщательная, длившаяся годы шлифовка и полировка зеркала (для этого пришлось построить специальное помещение, в котором все время поддерживалась постоянная температура). Наконец, 42 т борсиликатного стекла приняли нужную форму.

Пульт управления 6-метрового зеркального телескопа в Зеленчуке (СССР)

Не менее удивительна конструкция этого инструмента в целом: своей громоздкостью (высота порядка 42 м и общая масса около 850 т) он скорее напоминает продукт производства тяжелой промышленности, чем точный оптический прибор.

Теперь предстояло выбрать подходящее место для установки телескопа, которое с точки зрения "астроклимата" было бы наиболее благоприятно для эффективной работы столь ценного инструмента. С этой целью было снаряжено 16 научных экспедиций.

Значительная высота над уровнем моря, максимально прозрачная атмосфера и как можно больше ясных ночей в году - таким требованиям должен был удовлетворять "подходящий" район. Комиссия экспертов высказалась в пользу Зеленчука (Карачаево-Черкесская автономная область), расположенного северо-западнее Эльбруса на высоте 2080 м над уровнем моря. Начались активные строительные работы. Для установки гиганта был сооружен огромный купол диаметром 50 м, служивший крышей трехэтажной башенной постройки, в которой размещались дополнительные приспособления для подготовки и проведения исследований.

В горах Кавказа. Внешний вид купола 6-метрового зеркального телескопа Академии наук СССР

Огромная масса зеркала и инструмента в целом ставили перед строителями задачи, которые невозможно было решить привычными средствами. Чтобы добиться механической стабильности инструмента в процессе движения, конструкторам пришлось отказаться от обычных приемов установки астрономических инструментов. Советские астрономы предпочли азимутальную монтировку параллактической, при которой ось вращения инструмента параллельна оси вращения Земли. В последнем случае при слежении за звездами телескоп двигается в одной плоскости с постоянной угловой скоростью. При азимутальной монтировке инструмент, ведя наблюдения за звездой, одновременно совершает движения в двух плоскостях, причем угловые скорости его изменяются в зависимости от положения наблюдаемого объекта на небе. Для управления столь сложным движением было разработано специальное электронно-вычислительное устройство, которое должно было с высокой скоростью преобразовывать "экваториальные координаты" в обычные декартовы и автоматически приводить в движение соответствующие части конструкции. Огромная масса зеркала требовала особой тщательности при установке на опоры главной части оптической системы. На зеркало действуют силы тяготения, обусловленные гравитационным полем Земли, которые вызывают его деформацию, что естественно ведет к ухудшению качества изображения. Таким образом, необходимо было создать какие-то "искусственные" силы, которые, компенсируя действие гравитации, могли бы обеспечить сохранение формы зеркала (рассчитанной математически) неизменной.