Семья Солнца

После Гершеля астроном Росс и некоторые другие пытались строить большие рефлекторы, но они были хуже телескопов с линзами. В борьбе между братьями-соперниками в прошлом столетии победа оставалась на стороне телескопа-рефрактора, а зеркальные телескопы были оставлены, как худшие.

В начале этого века дело существенно изменилось. Астрономы убедились, что рефракторы достигли своего совершенства, дальше расти они не могут. Волей-неволей пришлось вспомнить о младшем брате. И оказалось — недостатки зеркальных инструментов можно отчасти сгладить тщательной обработкой зеркала и точнейшей отделкой.

И вот уже в наши годы снова начали строить громадные зеркальные телескопы.

Тридцатидюймовый Пулковский рефрактор, уничтоженный немецкими варварами.

За сорок лет уже построено двадцать рефлекторов с зеркалами более метра в поперечнике. Один из них установлен в Крыму, в Симеизской обсерватории. Диаметр зеркала симеизского прибора — сто два сантиметра. По величине, как видите, он немногим уступает гершелевскому гиганту. Но среди остальных рефлекторов-сверстников он считается маленьким.

Самые большие телескопы в мире — это недавно построенный рефлектор на горе Паломар (диаметр пятьсот восемь сантиметров) и рефлектор на горе Вильсон (двести пятьдесят четыре сантиметра).

В 1939 году зеркало для паломарского великана было уже готово.

История изготовления этого зеркала очень интересна. В 1932 году для опыта отлили сравнительно небольшое зеркало полутора метров в поперечнике. Посмотрели, что получилось. Зеркало оказалось удачным. Отлили трехметровое, и оно вышло не хуже первого. После этого построили особо большую печь, в которой плавили стекло для линзы-великана. Рядом соорудили другую печь, в ней должны были охлаждать готовую стеклянную отливку.

Если бы инженеры решили отлить сплошное зеркало, то оно весило бы сорок тысяч килограммов. Подобную махину было бы трудно сдвинуть с места и еще труднее перевезти. Поэтому отлили стеклянный диск сверху гладкий, а снизу похожий на пчелиные соты. Но такое зеркало весит все же восемнадцать тысяч килограммов.

Стодюймовый рефлектор астрономической обсерватории на горе Вильсон в США.

В начале 1934 года стеклянный сплав был готов. Подъемный кран стал передвигать стальные ковши с расплавленным стеклом и заливать в заранее приготовленную форму. Форма не выдержала, от нее оторвалось несколько выступов, и они всплыли на поверхность жидкого стекла, как пенки. Их выловили. Но стекло было загрязнено, пришлось начинать новую варку.

Через полгода снова сварили стекло, на этот раз вполне удачно, и 2 декабря 1934 года зеркало отлили и поместили в соседнюю печь для охлаждения. Там зеркало постепенно и медленно остывало целый год.

Двухсотдюймовый рефлектор астрономической обсерватории на горе Паломар в США.

В это время случилось наводнение, и вода чуть-чуть не подошла к печи с драгоценным зеркалом. Вскоре разразилось землетрясение, но и оно, к счастью, не повредило стекла.

Завод, где готовили это зеркало, находится близ Нью-Йорка, а гора Паломар, где строят обсерваторию, — в Калифорнии. От завода до обсерватории пять тысяч километров пути. Зеркалу предстояло совершить длительное путешествие. Но инженеры упустили из виду, что железная дорога проходит несколько туннелей, прорытых сквозь горы. Прежде чем отправить зеркало в путешествие через туннели, пришлось поехать и измерить их. К счастью, оказалось, что зеркало пройдет. Будь оно хоть на несколько сантиметров больше, туннели пришлось бы переделывать или совершать рискованное путешествие вокруг Америки по морю.

Для первого пятиметрового зеркала построили особый открытый вагон, на него поставили чехол-коробку с зеркалом. Низ коробки едва не задевал шпалы, а верх только-только проходил под сводами туннеля. Паровоз, который тащил вагон с зеркалом, двигался со скоростью не более сорока километров в час. Ведь стекло не должно было испытывать ни тряски, ни толчков. Зеркало, упакованное в коробке, было столь велико, что рядом с ним паровоз походил на муравья, который тащит большую ношу.

Переезд был завершен благополучно. В Калифорнии начали зеркало шлифовать.

В 1946 году исполнилось двенадцать лет со дня начала постройки моунт-паломарского телескопа. Любую электростанцию, любой завод можно построить в три-четыре года, а телескоп с пятиметровым зеркалом оказался сложнее всякого другого сооружения.

Рост телескопа с линзами остановился на диаметре в сто два сантиметра. Больше он не растет — никто не решается изготовлять линзы большего диаметра. Телескоп-рефлектор перерос старшего брата в пять раз.

А дальше как быть? Ведь так хочется проникать все глубже и глубже в беспредельные дали Вселенной. Хочется открывать новые тайны мироздания. Нельзя же останавливаться на достигнутом, — это ведь недостойно человеческого гения.

Одно время думали, что техника в этой области зашла в тупик, существующие телескопы-рефлекторы достигли предела, усовершенствовать их нельзя; но это оказалось не так.

Менисковый телескоп

В дни Великой Отечественной войны, в тяжелый 1941 год, советский ученый доктор технических наук Дмитрий Дмитриевич Максутов изобрел новый тип телескопа и изготовил его первый опытный образец. Он не велик, установлен на простом штативе, но каждый, кто посмотрит в него, поражается удивительно четким и ясным изображением. Телескоп Максутова дает значительное увеличение — необычное для инструментов такого размера.

В чем же секрет нового телескопа?

Вогнутое зеркало обладает одним и весьма серьезным недостатком. Оно дает расплывчатое нерезкое изображение, — лучи, попадающие на край такого зеркала, после отражения сходятся не в фокусе, а в точках, более близких к зеркалу. Это и портит всю картину.

Недостаток старались устранить, тщательно шлифовали зеркало, придавая ему форму, отличную от формы шара, но полного успеха не достигали. Природный порок оставался.

Если не удается исправить погрешность зеркала шлифовкой, то нельзя ли подобрать для него очки, как их подбирают для людей, которые плохо видят. Но для этого надо найти линзу такой формы, чтобы она исправляла неполную сходимость лучей в фокусе вогнутого зеркала.

Лучи, падающие на края вогнутого зеркала, после отражения сходятся ближе фокуса.

Лучи, прошедшие близ края мениска, преломляются так, что их продолжения сходятся дальше фокуса.

Лучи, прошедшие через мениск и отраженные от вогнутого зеркала, сходятся точно в фокусе.

В качестве таких очков изобретатель выбрал мениск — вогнуто выпуклую линзу, по форме напоминающую блюдце. В мениске лучи, прошедшие около его края, рассеиваются так, что их продолжения сходятся не в фокусе, а в точках, более далеких от мениска, то есть ошибка в сходимости лучей происходит не так, как у вогнутого зеркала, а совершенно наоборот.

Если же соединить зеркало с мениском, то они свои недостатки друг у друга уничтожат. Ну все равно, как два повара, — один любит пересолить, а другой недосолить. Если заставить их работать вместе, так посолено будет в меру. Так и мениск с зеркалом. Свои погрешности они взаимно исправляют. Изображение получается четким и резким. Мениск поместили в верхней части трубы, а вогнутое зеркало, как обычно, внизу. Труба оказалась закрытой наглухо с обоих концов. Ни ветер, ни пыль не могут проникать внутрь трубы, не могут портить зеркало и искажать изображение. В зеркальных телескопах струйки воздуха чрезвычайно мешали наблюдениям. Мениск, закрыв доступ в телескоп наружного воздуха, устранил этот недостаток.