Зоркий помощник астронома

«Ведь каждый день пред нами солнце ходит,
Однако ж прав упрямый Галилей».
Эти строки великий поэт Александр Сергеевич Пушкин посвятил итальянскому ученому Галилео Галилею, вклад которого в науку огромен. В помощь к своим фундаментальным исследованиям Галилей первым изготовил полноценный телескоп, а главное! применил его в астрономических наблюдениях, приведших к множеству открытий. Именно с него началось совершенствование оптического инструмента астронома, помогающего приоткрыть устройство вселенной.
Этот рассказ о развитии и совершенствовании телескопов – зорких помощников астрономов во все времена, от зрительных труб Галилея до космической системы имени Хаббла.

По легенде сын голландского мастера по изготовлению очковых стекол Липперсгея во время игр с отцовской продукцией взял в каждую руку по стеклу и приставил оба кулака к одному глазу одновременно. Башня ратуши, на которую он посмотрел через две линзы, пугающе шагнула ему на встречу. Впечатленный мальчик помчался рассказывать об открытии отцу. Липперсгей не потерялся и соорудил зрительную трубку приближающую предметы, а также попытался запатентовать свое изобретение, однако авторского свидетельства так и не получил. Но слухи об открытии пошли по всей Европе, вдохновляя других мастеров. Уже к концу 1608 года разными авторами было изготовлено несколько прототипов телескопа.

Галилей заинтересовался изобретением и значительно усовершенствовал конструкцию прибора. Изготовленная им зрительная труба представляла собой комбинацию очковых линз, называемую сегодня – рефрактор. Но главное он применил ее для конкретного дела – астрономических наблюдений и это сразу дало результат. Открытие колец Сатурна, спутников Юпитера и сферичности луны только несколько примеров того, в чем Галилею помог телескоп.

В прочем первые зрительные трубы имели много недостатков. Одним из самых существенных был хроматизм (окрашивание изображения цветными ореолами). Чтобы ослабить хроматизм астрономам пришлось использовать объективы с большим фокусным расстоянием, это превратило телескопы в огромные неподъемные устройства не удобные в использовании.
Проблему решил Исаак Ньютон, он избавился от хроматизма, фокусируя лучи с помощью вогнутого зеркала, т.е. изобрел рефлектор. Сделанный Ньютоном в 1704 году прибор имел зеркало диаметром 30 мм, изготовленное из сплава меди, олова и мышьяка.

Изображение рефлектор дает четкое, но хорошее зеркало особенно большого диаметра сложная в изготовлении деталь. И, тем не менее, как говорится процесс пошел - в 1720 году англичанам удалось построить первый функциональный рефлектор диаметром в 15 сантиметров, а в 1781 году с помощью нового телескопа английский музыкант Вильям Гершель открыл планету Уран. Успех раззадорил астронома-любителя начать изготовление рефлекторов большего размера и результатом его трудов стало зеркало диаметром 122 см.
Работал Гершель не зря, в свой новый телескоп он разглядел ранее не известные шестой и седьмой спутники Сатурна.

При всех своих преимуществах металлические зеркала рефлекторных телескопов оказались не слишком практичны - дороги в производстве, а также тускнели от времени. Тем более, что с развитием технологий открылись возможности модернизировать классическую рефракторную схему – в 1758 году с изобретением двух новых сортов стекла: легкого - крон и тяжелого - флинт, появилась возможность создания двухлинзовых объективов. И уже концу 18 века компактные и удобные двухлинзовые телескопы - рефракторы стали успешно конкурировать с рефлекторами, а в 19-м веке начался расцвет рефракторной астрономии, выражавшийся в постоянном росте диаметра объективов, от 24 сантиметров в 1824 году до рекордных 102 см в 1897-м.

Однако, это уже близко к габаритному пределу такой схемы и поэтому появление новых зеркал из посеребренного стекла, позволило рефлекторным телескопам взять окончательный реванш.
Дальше зеркала рефлектора стали покрывать алюминием, а диаметр их только рос - в Калифорнии в 1948 году был смонтирован рефлектор-гигант диаметром более пяти метров, который долгое время оставался крупнейшим в мире.
В 1976 году ученые СССР построили 6-метровый телескоп БТА - Большой Телескоп Азимутальный. До конца 20 века БТА считался крупнейшим в мире телескопом и до сего дня он остается крупнейшим в мире телескопом, имеющим литое цельное зеркало.

Из нового поколения отражательных телескопов крупнейшие на сегодняшний день два 10-метровых близнеца KECK I и KECK II в США. Эти телескопы размером с восьмиэтажный дом и весом более 300 тонн каждый, но работают они с высочайшей точностью. Эти телескопы имеют тонкие составные зеркала. Главное зеркало диаметром 10 метров, состоит из 36 шестиугольных сегментов, работающих как одно отражательное зеркало

Кроме того эти телескопы имеют адаптивную оптику (деформируемые зеркала). Установлены эти телескопы в одном из лучших на Земле мест для астрономических наблюдений - на Гавайях, на склоне потухшего вулкана Мануа Кеа высотой 4 200 м.
Адаптивная оптика используется для того чтобы устранить искажения, вносимые в изображения атмосферой, которая никогда не бывает спокойной. Конструктивно адаптивная оптическая система состоит из датчика, измеряющего искажения от колебания атмосферы, корректора волнового фронта (пъзэлементов, встроенных в зеркала) и системы управления, реализующей связь между датчиком и корректором. Применение адаптивной оптики позволяет увеличить разрешение телескопа до 12 раз

На горе Армасонес в Чили уже начато строительство еще большего или, если прямо перевести название чрезвычайно большого телескопа с сегментным зеркалом диаметром 39,3 м, состоящий из 798 шестиугольных сегментов диаметром 1,4 метра и толщиной 50 мм. Зеркало позволит собирать в 15 раз больше света, чем любой из существующих на сегодняшний день телескопов. Телескоп будет оснащен уникальной адаптивной оптической системой из 5 зеркал, способной компенсировать турбулентность земной атмосферы и получать изображения с большей степенью детализации, чем орбитальный телескоп «Хаббл».

Кстати вести наблюдения в телескоп непосредственно глазами - не всегда лучший метод. С появлением фотографии стали использовать накапливающие свет фотопластинки, которые в 80-х заменили на ПЗС матрицу и это помогло совершить множество открытий: малых планет (астероидов), комет, звезд, галактик и других небесных объектов.
Чтобы снизить искажения, возникающие из-за прохождения света через земную атмосферу, обсерватории размещают в горах, но снизить не значит исключить. Прорывом для астрономии, в апреле 1990 г., стал вывод на орбиту космического телескопа с зеркалом диаметром 2,4 м. Названого в честь известного астронома Эдвина Хаббла. С помощью телескопа Хаббл были более точно определены темпы расширения Вселенной, открыты многие новые звёзды и туманности, открыта тёмная материя, до того существовавшая только в расчётах отдельных физиков.

Хаббл функционирует на земной орбите до настоящего времени, но ему на смену готовят новую орбитальную обсерватория - космический телескоп имени Джеймса Уэбба. «Джеймс Уэбб» будет обладать составным зеркалом диаметром 6,5 метров с площадью собирающей поверхности 25 м², скрытым от инфракрасного излучения со стороны Солнца и Земли тепловым экраном. Телескоп будет размещён на орбите в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля.
Проект представляет собой результат международного сотрудничества 17 стран, во главе которых стоит NASA, со значительным вкладом Европейского и Канадского космических агентств. Текущие планы предусматривают, что телескоп будет запущен с помощью ракеты «Ариан-5» в марте 2021 года. В этом случае первые научные исследования начнутся осенью 2021 года.

В настоящее время насчитываются десятки оптических систем, которые можно разделить на три основных подкласса:
1. Линзовые (рефракторы)
2. Зеркальные (рефлекторы)
3. Зеркально-линзовые (катадиоптрики).

Производство многих самых разнообразных телескопов и аксессуаров для них размещено в Китае. А это открыло для любителей астрономии возможность за приемлемые деньги приобрести себе самое разное оборудование в зависимости от своих интересов.