Извечные тайны неба

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.