Телескоп — оружие астронома
Первая задача астронома — уловить излучение небесных тел и прежде всего световое. В какой-то мере эту задачу способен выполнить наш глаз. Глаз человека — великолепный оптический прибор, созданный природой. С помощью зрения человек воспринимает около 80—85% всей внешней информации. Академик С. И. Вавилов пришел к выводу, что глаз человека способен улавливать ничтожные порции света — всего около десятка фотонов. С другой стороны, глаз может выдерживать воздействие мощных световых потоков, например, от Солнца, прожектора или электрической дуги.
Кроме того, человеческий глаз представляет собой весьма совершенную широкоугольную оптическую систему с большим полем зрения. Тем не менее, у глаза с точки зрения требований астрономических наблюдений имеются и весьма существенные недостатки. Главный из них состоит в том, что он собирает слишком мало света. Поэтому, глядя на небо невооруженным глазом, мы видим далеко не все. Мы различаем, например, всего немногим более двух тысяч звезд, в то время как их там миллиарды миллиардов. Поэтому в астрономии произошла настоящая революция, когда на помощь глазу пришел телескоп.
Первые зрительные трубы были созданы в самом начале XVII столетия. Уже в 1609 г. Галилео Галилей па-правил такую трубу на небо. Он сделал целый ряд выдающихся открытий и положил начало телескопическим наблюдениям Вселенной.
Телескоп — это инструмент, собирающий свет далеких небесных тел. Чем больше площадь объектива, тем большее количество света он собирает. Даже, простейший телескоп Галилея собирал света в 144 раза больше, чем глаз человека, а крупнейший до настоящего времени телескоп современности — пятиметровый рефлектор на горе Паломар в США — собирает света в миллион раз больше, чем глаз.
Чувствительность современных мощных телескопов столь велика, что с их помощью можно увидеть пламя свечи, удаленной на несколько тысяч километров.
Поскольку телескопические наблюдения занимают чрезвычайно важное место в изучении Вселенной, современная конструкторская мысль непрерывно работает над созданием все более мощных оптических инструментов и всемерным расширением их возможностей.
В нашей стране создан самый крупный в Европе зеркальный телескоп с поперечником 260 см. С этим инструментом, которому присвоено имя академика Шайпа, уже в течение нескольких лет успешно работают на Крымской астрофизической обсерватории. Телескоп представляет собой внушительное сооружение высотой около 18 м и весом свыше 60 т. В настоящее время создан еще один инструмент такого же типа для Бюраканской обсерватории в Армении. Со временем подобными телескопами будут оснащены и другие советские обсерватории.
Кроме того, советскими учеными в Ленинграде ведутся работы по созданию гигантского телескопа с зеркалом, имеющим в поперечнике шесть метров. Это будет величайший астрономический инструмент в мире. Наряду с инструментами, так сказать, «общего» назначения создаются и специальные телескопы, например телескопы, предназначенные для наблюдения Солнца. По своей конструкции такие солнечные инструменты даже нельзя назвать телескопами в обычном смысле слова. Привычная труба у них вовсе отсутствует. Изображение Солнца улавливается специальным зеркалом — целостатом и с помощью системы промежуточных зеркал направляется на экран или на фотопластинку, или во входное отверстие анализирующего прибора. Наиболее совершенный инструмент подобного рода — пашенный солнечный телескоп — построен на Крымской астрофизической обсерватории.
Телескопы наших дней, как небо от Земли, отличаются от своих, далеких предков времен Галилея, Ньютона и Гер шел я: Это — сложнейшие высокоточные устройства, управление которыми до предела автоматизировано. Так, например, большой крымский телескоп оборудован 160 электрическими машинами различного назначения, пультами управления, счетно-решающими устройствами, следящими системами и т. п.
Однако наблюдателю приходится самому наводить телескоп в определенную точку неба — такое положение сегодня уже не удовлетворяет астрономов. Ведь иногда подобную кропотливую и требующую высокой точности операцию в течение ночи приходится производить много раз. На это уходит много драгоценного времени, которое можно было бы использовать для наблюдений.
Нельзя ли автоматизировать работу телескопов полностью? Над этим вопросом задумались ученые Пулковской обсерватории совместно с сотрудниками конструкторского бюро астроприборов Санкт-Петербургского оптико-механического объединения. В результате родился проект нового телескопа-автомата: автоматического зеркального телескопа — инструмента, который с полным правом можно назвать «мечтой астронома». Это будет автоматизированный комплекс, состоящий из телескопа с зеркалом поперечником, электронно-вычислительного устройства и системы наведения и слежения.
Новый телескоп сможет работать сам, без всякого участия человека. Для этого надо только ввести в электронный мозг инструмента заранее составленную программу, записанную па магнитную пленку. После этого автоматические устройства в нужный момент направят телескоп в определенную точку неба и произведут все необходимые измерения, а затем обработают полученные данные. Окончательные результаты машина будет выдавать либо на магнитной пленке либо печатать с помощью специального автоматического приспособления.
Конструкторы телескопа предусмотрели также возможность отключения автоматики и управления инструментом с пульта, расположенного в особом застекленном помещении.
Но и в этом случае ученый, работающий на новом телескопе, будет находиться в значительно лучших условиях, чем во время наблюдений на обычных инструментах. Он сможет производить все измерения, оставаясь у пульта и не приближаясь к телескопу, а управляя им с помощью специальных кнопок. Здесь же на пульте разместится контрольный телевизионный экран, на котором астроном сможет видеть тот самый участок неба, на который в данный момент направлен телескоп.
«Командный пункт» будет оборудован специальной установкой для кондиционирования воздуха, поддерживающей в помещении постоянную температуру. Это обеспечит необходимые условия для падежной работы сложных электронных устройств, а также избавит астрономов от ряда неудобств, связанных с тем, что в башне телескопа должна быть та же самая температура, что и снаружи.
Новый телескоп предполагается построить в двух экземплярах — для Крымской и Абастуманской обсерваторий. С помощью этих инструментов будут проводиться наблюдения световых потоков звезд. Эти исследования имеют важное значение для науки — они позволяют полнее выявить физические характеристики звезд и тем самым ближе подойти к ответу на волнующий вопрос о строении этих небесных тел.
В принципе современные крупные телескопы способны давать колоссальные увеличения в тысячи и даже в десятки тысяч раз. Но практически астрономы никогда такими увеличениями не пользуются. Даже у самых мощных инструментов уже 800-кратные увеличения оказываются бесполезными.
Чем больше увеличение, тем меньше поле зрения и тем ниже яркость изображения. Астрономическим наблюдениям мешает и наличие атмосферы (об этом мы еще будем говорить дальше). Но одним из главных препятствий к достижению больших телескопических увеличений является так называемая дифракция света. Это явление связано с тем, что свет обладает не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Когда световая электромагнитная волна проходит через сравнительно небольшое отверстие, то в результате взаимодействия с его краями направление ее распространения несколько отклоняется от прямой линии. Это и есть дифракция.
Дифракция — неизбежный спутник телескопических наблюдений. Ведь любые, даже самые большие телескопы имеют ограниченные размеры. Поэтому на краях оправ объективов и в особенности окуляров всегда происходит дифракция. В результате телескопическое изображение звезды выглядит не точкой, как должно быть по законам геометрической оптики, а светлым кружком, опоясанным рядом чередующихся светлых и темных колец. Чем больше увеличение, тем сильнее дифракция. Л при слишком больших увеличениях изображение совершенно «размазывается» и на него накладываются причудливые дифракционные фигуры.
Качество телескопа и значительной степени зависит и от того, насколько велики в нем световые потери.
Любой предмет мы видим лишь потому, что он отражает некоторую часть падающих на пего световых лучей. Если бы, например, кусок стекла полностью пропускал весь световой поток, он был бы невидим. Обычное стекло отражает около 4% падающего света. Это явление и приводит к потерям в телескопических системах.
Как это часто бывает в пауке, способ борьбы с подобными потерями был найден благодаря счастливой случайности. Было замечено, что старый, потускневший от времени объектив пропускает значительно больше света, чем новый...
Ученым не только удалось выяснить причину этого, казалось бы, необъяснимого явления, но и применить его практически. Был разработан специальный способ искусственного увеличения светосилы оптических стекол, получивший название «просветления» оптики. Сущность его состоит в следующем. На поверхность объектива наносится особым способом тончайшая прозрачная пленка. Толщина ее подбирается с таким расчетом, чтобы отраженный свет определенной длины волны, взаимодействуя с падающим, полностью уничтожался. При этом энергия отраженного света, разумеется, не исчезает, а добавляется к проходящему. Подобный прием почти полностью устраняет потери на отражение. Применяя различные пленки, можно добиться полной прозрачности объектива для определенных интервалов длин волн.
С просветленной оптикой хорошо знакомы современные кино- и фотолюбители. Многие, вероятно, замечали, что поверхности объективов фотоаппаратов и кинокамер отливают голубым и даже фиолетовым цветом (голубая оптика). Этот оттенок как раз и придают оптическим стеклам просветляющие пленки.
|
|
Читайте в рубрике «Астрономические наблюдения»: |