20
Чем и как изучают Вселенную
датель с окуляром в руках «ловил» изображение небесного тела. Как ни удивительно, при помощи таких инструментов в XVII веке были получены выдающиеся результаты.
Впоследствии, когда развитие оптического стекловарения позволило создавать вполне удовлетворительное стекло с заданными свойствами, появился ахроматический рефрактор. Его объектив состоит из двух линз положительной и отрицательной, выполненных из разных сортов стекла с различными показателями преломления. При этом хроматизм линз взаимно уничтожается к сожалению, не полностью. Тем не менее ахроматические рефракторы уже не столь чудовищно длинны, как их однолинзовые предшественники. Нормальным считается относительное фокусное расстояние (отношение диаметра объектива к его фокусному расстоянию), равное 1:15 или даже немного больше.
Однако еще в 1616 году французский математик Н. Цукки предложил заменить собирающую линзу объектива на вогнутое зеркало. В 1663 году Джеймс Грегори придумал схему зеркального телескопа-рефлектора, названную впоследствии
его именем. В 1668 году Исаак Ньютон изготовил зеркальный телескоп своей собственной системы, а в 1672 году была предложена оптическая система Кассегрена. Последние две системы остаются популярными и в наши дни, а модификация телескопа Кассегрена, известная под именем системы Ричи- Кретьена, оказалась настолько удачной, что крупнейшие современные телескопы, например два телескопа им. Кека с 9,8-м зеркалом каждый, построены именно по этой оптической схеме (рис. 5).
В телескопе Ньютона главное зеркало параболическое (при малом относительном отверстии годится и сфера), а вторичное, отбрасывающее пучок света за пределы трубы, плоское. В телескопе Грегори вторичное зеркало имеет форму вогнутого эллипсоида вращения, а в телескопе Кассегрена выпуклого гиперболоида. В телескопе Ричи-Кретьена оба зеркала гиперболические.
21
Часть I
Сейчас для зеркал используют стекло или, еще лучше, ситалл, на оптически точную поверхность которого напыляют тонкий слой алюминия. Но так было не всегда. Технология напыления и даже более ранняя технология химического серебрения зеркал появились относительно (по сравнению с веками истории наблюдательной астрономии) недавно. Первоначально зеркала изготавливались из особой астрономической бронзы. Рецепт ее держался мастерами в секрете. Выдающийся астроном и телеско- построитель Уильям Гершель (1738-1822) произвел сотни опытов, прежде чем выплавил подходящую бронзу, пригодную для шлифовки и полировки астрономических зеркал. Крупнейший из построенных им телескопов был для того времени настоящим монстром: диаметр зеркала 1,25 м, фокусное расстояние 12 м, масса главного зеркала свыше 1,2 т.
А что же рефракторы? Наибольший из них имеет диаметр объектива 102 см. «Звездный час» рефракторов пришелся на конец XIX века, после чего они «сдали» нишу крупнейших
22
Чем и как изучают Вселенную
инструментов рефлекторам. Уж очень рефракторы длинны! Пулковский рефрактор при 75-см объективе имеет длину около 13 м. При объективе диаметром 5 м, вполне рядовом для крупных современных рефлекторов, рефрактор имел бы длину трубы под юо м! Нечего и говорить, что купол для такого телескопа, не говоря уже о монтировке, никогда не будет построен. Кроме того, прогиб стекла под собственным весом превысил бы допустимую величину, а скомпенсировать его оказалось бы технически невозможно.
Кстати о прогибах. Идеальная, с точки зрения астронома, поверхность оптики должна иметь уровень возможных отклонений не более 1/8 длины световой волны (критерий Рэлея). Для волны длиной 555 нм, соответствующей максимальной чувствительности сетчатки человеческого глаза, отклонение реальной оптической поверхности от идеальной не должно превышать 0,07 мкм. Для телескопов, работающих в ультрафиолетовом диапазоне, допуск еще строже. Получить поверхность такой точности само по себе не просто, однако надо еще добиться, чтобы прогиб главного зеркала телескопа под собственным весом укладывался в эту величину. Приходится конструировать схемы его «разгрузки» на множество точек. Даже скромное 150-мм зеркало любительского телескопа для разгрузки на 3 равноудаленные от центра точки должно иметь толщину не менее 20 мм в противном случае придется использовать разгрузку на 6 или 9 точек. Что уж говорить о многотонных крупных зеркалах! В 6-м 40-т зеркале БТА со временем проявился еще один неприятнейший дефект: изменение фигуры зеркала из-за текучести стекла, которое,
как известно, материал аморфный и может «течь», подобно жидкости, особенно под действием больших нагрузок. В крупных телескопах более поздней постройки применяют значительно более легкие и тонкие зеркала, лежащие на подвижных штырях, управляемых компьютером (адаптивная оптика). Самые же крупные телескопы, уже существующие или только проектируемые, нередко имеют составные зеркала по типу пчелиных сот
23
из десятков сравнительно небольших шестиугольных зеркал, причем вся система управляется, естественно, тоже компьютером. Такое техническое решение снимает целый ряд проблем, включая финансовую: дело в том, что стоимость изготовления сплошного зеркала пропорциональна примерно кубу его диаметра...