Астрономы поднимаются в горы
Однако спустимся с космических высот и вернемся к тому научному оборудованию, которым располагают астрономы, остающиеся на Земле.
Некогда требования мореходной астрономии стимулировали создание хронометров – сложных и точных приборов-автоматов, которые стали первой ласточкой грядущей промышленной революции. На исходе XIX в. запросы астрономии привели к созданию уникальных телескопов – предвестников той революции в технике научного эксперимента, в результате которой вскоре в корне изменились представления ученых об окружающем мире.
Использование грандиозных автоматических установок для ядерных исследований, химические заводы-лаборатории, огромные вычислительные машины – будни современной науки. Начинался же этот бурный прогресс в оснащении научных лабораторий новинками технической мысли именно с астрономии. Путь к этому, как водится, был труден и тернист.
Астроном у телескопа. На заре современной науки телескопы представляли собой наиболее сложные и дорогостоящие приборы, создание которых в дальнейшем дало толчок всему научному приборостроению
Первым на свет, в руках Галилея, появился линзовый телескоп-рефрактор. Неимоверно длинные, неуклюжие телескопы-рефракторы Яна Гевелия дали возможность на практике выявить все их основные недостатки. Пальма первенства после этого надолго переходит к отражательным телескопам-рефлекторам, крупнейшие из которых строят Вильям Гершель и впоследствии лорд Росс (Уильям Парсонс).
Отражательный телескоп-рефлектор с большим зеркалом собирает свет со значительной площади и дает возможность наблюдать очень слабые объекты. Но и он страдает серьезными недостатками. Неискаженное рабочее поле зрения телескопов-рефлекторов, как правило, мало: в него не помещается обычно даже диск Луны, и наблюдатель может фотографировать, не перемещая телескоп, лишь крохотные участки лунной поверхности. Кроме того, телескопы-рефлекторы в большинстве случаев непригодны для точных позиционных измерений.
В начале XIX в. конструкторская мысль вновь обращается к линзовым телескопам-рефракторам.
Быстрое усовершенствование телескопов-рефракторов произошло благодаря мастерству Йозефа Фраунгофера, который соединил в объективе линзы из двух различных сортов стекла – кронгласа и флинтгласа. Оба сорта стекла приготавливаются из кварцевого песка, различаясь только применяемыми добавками. Но различные коэффициенты преломления света в кронгласе и флинтгласе позволяют резко ослабить окрашивание изображений – основной недостаток старых линзовых систем, с которым безуспешно боролся Ян Гевелий.
Фраунгофер первым научился изготавливать крупные линзовые объективы поперечниками в несколько десятков сантиметров. Огромные трудности связаны здесь с тонкостями технологии процесса варки стекла и охлаждения готового стеклянного диска.
Диск, из которого предстоит отшлифовать объектив, должен быть сварен без пузырей и охлажден таким образом, чтобы в нем не возникало никаких напряжений. Если же такие напряжения возникнут, то в течение длительного времени они будут приводить к медленным и неравномерным изменениям формы объектива, который шлифуется с точностью до долей микрометра.
Фраунгофер не только усовершенствовал линзовую оптику телескопа-рефрактора, но и превратил его в высокоточный измерительный инструмент. Ни Гевелий, ни Гершель не нашли удачных решений, как повести телескоп вслед за звездой. Ведь из-за суточного движения небесной сферы звезда постоянно перемещается и, двигаясь по кривой, быстро выходит из поля зрения неподвижного телескопа.
Фраунгофер отклонил ось вращения телескопа от отвесной линии, направив ее в полюс мира. Теперь, чтобы следить за звездой, достаточно было вращать его только вокруг одной полярной оси. А этот процесс легко автоматизируется добавлением к телескопу часового механизма, что Фраунгофер и сделал.
Фраунгофер стал уравновешивать все подвижные части телескопа и в результате отлично отрегулированные инструменты, несмотря на их большой вес, могли поворачиваться буквально благодаря легкому нажиму пальца.
Первоклассным инструментом Фраунгофера с поперечником объектива в 24 см была оснащена обсерватория в Дерпте, в которой начинал работу молодой В. Я. Струве. Впоследствии именно Фраунгоферу заказал Струве 38-сантиметровый меридианный инструмент для Пулковской обсерватории.
Расцветшее в Германии искусство мастеров-оптиков сначала распространилось по Европе, а во второй половине XIX в. на первое место выходит уже американский оптик Альван Кларк. В 1885 г. Альван Кларк изготовил для пулковского телескопа-рефрактора крупнейший по тем временам в мире объектив с поперечником в 76 см.
Астрономия к этой поре утрачивает положение ведущей государственной науки. Те нужные для мореходства позиционные измерения, ради которых возникли в XVII в. Парижская и Гринвичская обсерватории, оказались давно завершенными, а на собственно научные исследования капиталистические государства не торопятся тратить заметные суммы. Астрономия вновь попадает в зависимость от богатых меценатов. И эти меценаты оказываются наиболее щедрыми за океаном, в Северной Америке.
Телескоп-рефрактор работы И. Фраунгофера с объективом поперечником 24 см, установленный в 1824 г. на обсерватории в Дерпте. Некогда он был крупнейшим телескопом-рефрактором в мире
Много воды утекло с тех пор, когда североамериканские колонии вели революционную борьбу за свободу от тирании британской короны, когда в Америку на помощь сражающимся колонистам спешили Тадеуш Костюшко и генерал Лафайет.
В конце XIX в. Северо-Американские Соединенные Штаты переродились в процветающую буржуазную республику, где лучше всего жилось тем, кто успел прибрать к рукам разработку еще не освоенных природных богатств огромного континента.
Сколотившие миллионные состояния дельцы искали случая увековечить свое имя, и лучшим приложением денег для создания себе «нетленных» памятников им казалось покровительство науке, особенно же постройка крупных астрономических инструментов. Новые громадные инструменты устанавливаются в горах, там, где климатические условия более всего благоприятствуют наблюдениям.
На деньги Джеймса Лика, в прошлом мастера по роялям и органам, сколотившего огромное состояние спекуляцией недвижимым имуществом в период «золотой лихорадки», на горе Гамильтон близ Сан-Франциско был сооружен линзовый телескоп-рефрактор с поперечником объектива в 91 см. Одинокий холостяк, не имевший даже близких родственников, Джеймс Лик поначалу вынашивал мысль истратить свое состояние на гробницу, превосходящую по размерам пирамиду Хеопса. Он даже и место подобрал, однако инженеры, которым он предполагал заказать проект, дали ему совет увековечить свое имя более благоразумным способом. После мучительных раздумий Лик внял совету и остановил выбор на телескопе. Изготовил для него объектив все тот же Альван Кларк. Действующая с 1888 г. на горе Гамильтон обсерватория согласно завещанию Лика получила название Ликской. Тело Лика погребено в склепе у фундамента телескопа.
Вскоре еще больший инструмент, с изготовленным Кларком объективом в 102 см, был установлен на обсерватории Чикагского университета. Субсидировал обсерваторию чикагский трамвайный магнат, миллионер Иеркс. Обсерватория, само собой разумеется, получила в дальнейшем название Иеркской.
Новые гигантские рефракторы были по своей конструкции повторением гораздо более скромных инструментов Фраунгофера. Они имели тот же стройный, изящный вид, легко управлялись, но из-за поглощения света в стеклах объектива, деформации объектива, и прогибания труб размеры новых инструментов оказались предельными. Строить рефракторы большего размера было признано нецелесообразным. Внимание астрономов вновь, в который раз, обратилось к зеркальным телескопам-рефлекторам.
В 1919 г. на горе Вилсон в Калифорнии вступил в строй телескоп-рефлектор с поперечником зеркала в 2,5 м. Опыт его изготовления был учтен в проекте 5-метрового телескопа, на строительство которого американским специалистам потребовалось четверть века. Он вступил в строй в обсерватории на горе Паломар уже после второй мировой войны, в 1949 г.
Слово «гора» по-английски произносится «маунт», и поэтому обсерватории на горе Вилсон и на горе Паломар чаще называют соответственно Маунт Вилсон и Маунт Паломар.
С победой Великой Октябрьской социалистической революции советская наука получила возможность развиваться при всесторонней и активной поддержке государства. Значительно расширилась в нашей стране инструментальная база астрономических исследований.