Погляд у небеса: Чотири століття телескопів

26 липня 1609 року англійський вчений-універсал Томас Херріот направив підзорну трубу на Місяць і замалював її поверхню. Цю дату можна вважати днем народження оптичної астрономії

Найбільші нинішні телескопи - гіганти, оснащені високотехнологічними детекторними комплексами і пристроями для корекції світлових потоків, проте їх принципові оптичні схеми здебільшого були винайдені ще в XVII столітті. У цьому сенсі телескоп - прилад досить консервативний, незважаючи на суперсучасну оснастку на кшталт гігапіксельних цифрових матриць, мультизрачкових спектрографів високої роздільної здатності та комп'ютерного коригування атмосферних спотворень хвильового фронту. Проте за чотирьохсотлітній термін оптичні телескопи подолали гігантський шлях.

Голландські труби

Найперші телескопи були копіями підзорних труб, винайдених голландськими майстрами на початку XVII століття. Вони мали всього дві лінзи - випуклий довгофокусний об'єктив і увігнутий короткофокусний окуляр. Така труба дає пряме, тобто неперевірнуте зображення, яке має максимальну чіткість, якщо відстань між окуляром і об'єктивом (довжина труби) дорівнює різниці їх фокусних відстаней (збільшення труби дорівнює відношенню фокусних відстаней об'єктива і окуляра).

Перший телескоп Херріота забезпечував шестиразове збільшення. Пізніше вчений виготовив ще кілька труб - аж до 20 − 30-разових. З їх допомогою він провів детальні спостереження сонячних плям і досить точно визначив тривалість сонячної доби. На жаль, Херріот не вважав за потрібне публікувати свої численні наукові роботи, які могли прославити його ще за життя. Він виконав фундаментальні алгебраїчні дослідження, що сильно випередили його час, а також відкрив закон заломлення світла задовго до того, як це зробили Віллеброд Снелліус і Рене Декарт (не виключено, що цей закон був відомий багдадському вченому X століття Ібн Сахлу; у всякому разі, на це вказує одне з креслень у його нещодавно знайденому трактаті «Про спалювальні дзеркали і лінзи»). Про те, що Херріот був першим астрономом-телескопістом, мало хто знає і понині.

Втім, Херріот недовго залишався монополістом. Восени 1609 року великий італієць Галілео Галілей і німецький астроном Симон Маріус направили свої інструменти в небо. Маріус користувався готовою трубою голландського виробництва, в той час як Галілей освоїв шліфування лінз і особисто виготовив чотири труби, причому вважається, що найбільша забезпечувала більш ніж 30-кратне збільшення. У березні 1610 року він випустив книгу Sidereus nuncius («Зоряний вісник»), де розповів про телескопічні спостереження Місяця, Юпітера і Чумацького шляху (зокрема, в січні він відкрив чотири найбільших супутники Юпітера, хоча пізніше Маріус стверджував, що зробив це дещо раніше). Саме з цієї праці вчені (та й вся освічена публіка) дізналися про можливості, які відкрили телескопи. Тож оптична астрономія як новий напрямок у науці про небесні явища почалася саме з Галілея. На честь ювілею цієї великої події ми зараз і відзначаємо Міжнародний астрономічний рік.

Конструкція Кеплера

У труб голландської конструкції були слабкі місця - низька яскравість зображення і вузьке поле зору, яке ще більше звужувалося при зростанні збільшення (що було прямим наслідком застосування увігнутих окулярів). Як виправити ці недоліки, здогадався першовідкривач законів планетних рухів Йоганн Кеплер. Свою ідею він виклав у праці Dioptrice («Діоптрика»), що побачила світ у 1611 році. Кеплер запропонував використовувати як окуляр випуклу лінзу, відсунуту від фокусу об'єктива на довжину власної фокусної відстані - причому не в напрямку до об'єктива, а геть від нього. Довжина такого телескопа дорівнює сумі (а не різниці, як у «голландського» попередника) фокусних відстаней об'єктива і окуляра, а формула для збільшення, природно, залишається тією ж самою. Він дає перевернуте зображення, але для спостерігачів небес це не представляє ніяких труднощів. Кеплерівська конструкція забезпечує розширене поле зору і велику яскравість - а це величезні плюси. Перший такий телескоп зробив у 1613 році чудовий німецький геометр, астроном і фізик Крістоф Шейнер, один з найбільш блискучих вчених, яких подарував світу орден єзуїтів. В астрономічну практику кеплерівські труби увійшли лише наприкінці 1630-х років.

Шейнер вніс ще одне важливе удосконалення. Він здогадався, що телескоп можна наводити на потрібну точку небосводу поворотом навколо двох взаємно перпендикулярних осей, одна з яких орієнтована під прямим кутом до площини екватора, і в 1620-х запропонував прообраз екваторіальної монтування (див. врізку), що сильно спростило компенсацію добового вра "