Помоги проекту - поделись книгой:
Эти линии изображают световые лучи, идущие от краев наблюдаемых предметов.
Лучи, как видите, сходятся к глазу углом. Он имеет особое название — угол зрения. Сравните размеры углов, образованных лучами от спички и лучами от столба. Ясно, что они одинаковы.
Значит, видимая величина предмета зависит от угла зрения, иначе говоря, от того, под каким углом сходятся световые лучи в нашем глазу. Это ответ на первый вопрос.
Теперь ответим на второй. Луч света, переходя из воздуха в какое-либо другое прозрачное вещество, например, в воду, стекло, кварц, изменяет свой путь. Он, как говорят, преломляется.
Поэтому ложечка, опущенная в стакан с водой, кажется как бы сломанной. На самом деле она, разумеется, цела, только преломление световых лучей в воде исказило ее вид.
Тонкие плоские стекла, вставленные в оконные рамы, почти не искажают картину за окном. Но если вам попадется стекло неровное, с выпуклостями, неодинаковой плотности, то вы увидите через такое стекло предметы совершенно изуродованными. В этом виновато преломление лучей в неровностях стекла.
А что будет, если взять выпуклое, хорошо отшлифованное стекло? Посмотрите на рисунок, изображающий муху. Если выпуклого стекла нет, то лучи от мухи сходятся к глазу под маленьким углом, но стоит поднести близко к рассматриваемому предмету выпуклое стекло, — угол зрения раздвинется.
Мы знаем, чем больше угол зрения, тем большим нам кажется предмет. И муху сквозь выпуклое стекло мы увидим сильно увеличенной.
Итак, чтобы увидеть предмет большим, чтобы приблизить к глазу его изображение, надо с помощью стекол изменить угол зрения, сделать этот угол большим.
Как сделать лупу дальнозоркой
Выпуклое стекло называют по разному. Оптики и астрономы именуют его двояковыпуклой линзой, или лупой, или собирательным, или даже зажигательным стеклом.
Наверно вы пробовали собирать лупой солнечные лучи в пучок и яркой точкой на конце светового пучка прожигать бумагу. Так нередко поступали путешественники: не имея спичек, они добывали огонь с помощью лупы прямо из солнечного света.
Лупа благодаря своей форме, похожей на чечевицу, собирает лучи и оправдывает название собирательного, или зажигательного, стекла.
Чем выпуклее стекло, тем короче получается пучок солнечного света. У слабо выпуклых стекол, у таких, какие вставляются в очки, солнечные лучи соберутся в точку на расстоянии метра, а то и двух от стекла. Это расстояние называется в оптике фокусным расстоянием. Сильно выпуклые стекла называются короткофокусными, а почти плоские — длиннофокусными.
Но какую бы лупу мы ни взяли, все равно через нее можно разглядывать только предметы, находящиеся вблизи. Рассмотреть же сквозь лупу что-нибудь далекое не удается, лучи так путаются, что ничего не видно. Лупа близорука, вдаль через нее смотреть нельзя. А ведь планеты и звезды находятся очень далеко от нас. Чтобы лупу сделать дальнозоркой, надо надеть на нее очки, то есть добавить еще одно стекло, которое приблизит к лупе изображение далекого предмета. Тогда лупа покажет изображение сильно увеличенным.
Телескоп всегда делают из двух стекол. Одно из них, обращенное к предмету, называется объективом — это «очки», другое, находящееся возле глаза, окуляром — это лупа. Объектив и окуляр как бы деляг работу между собой. Объектив придвигает изображение к окуляру, а окуляр позволяет человеческому глазу рассматривать это изображение под большим углом зрения.
Если у вас есть фотоаппарат и лупа, то вы в одну минуту можете сделать себе телескоп. Достаньте ваш «Фотокор», раскройте и установите так, как будто собираетесь снимать далекий вид. Наведите на резкость, чтобы на матовом стекле получилось четкое изображение далеких предметов. Затем возьмите лупу и посмотрите на это изображение через нее. Лупа сильно увеличит его.
Нетрудно догадаться, что матовое стекло излишне. Выньте его, а лупу держите на прежнем месте, — изображение станет яснее, четче и светлее. Вот и готов телескоп. В нем видно все вверх ногами. И настоящие телескопы показывают небесные светила перевернутыми, но это никого не смущает: во Вселенной нет ни верха, ни низа, и поэтому безразлично в каком положении рассматривать планеты и звезды
От чего зависят зоркость и увеличение телескопа
У кошки днем зрачки узенькие, как щелочки. Ночью они расширяются и делаются круглыми, большими; поэтому-то кошка и видит ночью очень хорошо. Так же устроены глаза у сов, у летучих мышей. И у людей ночью, в темноте, зрачки расширяются. Отверстие, через которое свет проникает в глаз, делается большим, и поэтому зоркость глаза увеличивается. Значит, зоркость зависит от величины зрачка — того отверстия, через которое поступает в глаз свет.
Это целиком относится и к телескопу. Чем больше его зрачок — объектив, тем он зорче. Поэтому линза в объективе должна быть возможно большей, чтобы собрать как можно больше световых лучей. А окуляр может быть очень маленьким, ведь его задача — лучи, собранные объективом, доставить нашему глазу. Поэтому окуляр не следует делать намного большим, чем зрачок нашего глаза.
Телескоп похож на воронку, у которой один конец широкий, а другой узенький. Телескоп — самая настоящая воронка для световых лучей. И, конечно, выгодно делать широкий его конец пошире, от этого зоркость телескопа возрастет, и все будет видно ясней и отчетливей.
Нетрудно даже подсчитать, во сколько раз телескоп зорче глаза. Наш зрачок имеет в поперечнике пять миллиметров, а небольшой любительский телескоп имеет объектив поперечником приблизительно сто миллиметров. Во сколько раз площадь объектива больше площади зрачка? Подсчитаем и получим: в четыреста раз.
Понимаете, какой могущественный инструмент телескоп! А есть гигантские трубы, у которых поперечник объектива равен двум с половиной метрам. В Америке строится телескоп с отверстием в пять метров. Зоркость этого астрономического гиганта будет в миллион раз больше зоркости глаза.
Не следует смешивать зоркость телескопа с его способностью увеличивать, приближать изображение далеких предметов. Оптика, наука об отражении и преломлении световых лучей, установила такой закон: телескоп увеличивает изображение во столько раз, во сколько фокусное расстояние объектива больше фокусного расстояния окуляра.
Значит, в объектив надо ставить слабо выпуклую линзу, почти плоскую, с длинным фокусным расстоянием, а в окуляр — маленькое стеклышко, сильно выпуклое, с коротким фокусным расстоянием. Такой телескоп будет давать большое увеличение.
Например, вы купили для объектива линзу с фокусным расстоянием в полтора метра. Для окуляра достали лупу с фокусным расстоянием в два сантиметра. Во сколько раз будет увеличивать ваш телескоп? Задача совсем простенькая: разделите 150 на 2. Делим, 150 : 2 = 75; значит, ваш телескоп будет увеличивать в 75 раз.
Если это увеличение покажется вам недостаточным, достаньте для окуляра другую лупу, еще более выпуклую, с расстоянием в полтора сантиметра. Тогда телескоп даст увеличение в сто раз.
Теперь вы знаете о телескопах вполне достаточно, чтобы построить себе хороший самодельный телескоп.
Но, изготовив его, останетесь не совсем довольны— изображение светил в вашем инструменте получится окрашенным. Вокруг каждого предмета будет светиться радужная каемка. Она, конечно, помешает наблюдать, но избежать ее нельзя. Это неминуемое зло простых самодельных телескопов. Чтобы избавиться от цветной каймы, в настоящих астрономических приборах объективы делают составными из двух-трех линз.
Братья-соперники
Можно ли построить телескоп, увеличивающий в миллион раз? Отольем из стекла огромную, слабо выпуклую длиннофокусную линзу для объектива, изготовим трубу подлиннее, подберем маленький короткофокусный окуляр, и телескоп, увеличивающий во много тысяч раз, готов.
Так раньше и думали. Даже пытались строить такие телескопы. Делали трубы в пятьдесят метров длиной. Но такие трубы прогибались от собственного веса, как удочки, и в них, конечно, нарушался ход лучей, изображение получалось искаженное. Ученые пытались сделать надежные металлические крепления, но телескопы получались громоздкие, как железнодорожный мост, управлять такой махиной было невозможно.
Тяжесть телескопа и всех его частей, и особенно стекол, — основное и непреодолимое препятствие. Представьте себе огромную стеклянную линзу в форме чечевицы, утолщенную в середине и тонкую по краям. Как бы ни было стекло крепко и прочно, края этой линзы начнут гнуться, и она будет провисать под действием собственной тяжести. А через прогнувшееся стекло астроном увидит не звезды, а какие-то уродливые запятые. Проку от такого телескопа, разумеется, не будет.
Есть и другое препятствие. Отлить большую линзу очень трудно. Нужно получить кусок идеально чистого стекла, совершенно одинакового состава, одинаковой плотности, без каких-либо искривлений или других недостатков. Трудно отлить такое стекло, а еще труднее из куска этого стекла выточить линзу, затем отшлифовать и укрепить ее в оправе. Нигде нельзя допустить даже самой маленькой, самой ничтожной неровности.
Еще в 1912 году, до первой мировой войны, Пулковская обсерватория заказала знаменитой английской фирме Гребб большой телескоп с объективом, имеющим поперечник в 41 дюйм, или 103 сантиметра. Фирма заказ приняла. Но прошло больше десяти лет, а объектив все еще не был готов. Так и не выполнила фирма нашего заказа, потому что он оказался для нее слишком трудным. Делать линзу для телескопа поручили молодой советской оптической промышленности.
Не сразу удалось изготовить линзу на нашем заводе: несколько пробных отливок постигла неудача. Но, в конце концов, на оптическом заводе в Ленинграде изготовили кусок прекрасного оптического стекла для линзы телескопа Пулковской обсерватории.
Стекло это было передано в Государственный оптический институт в Ленинграде для шлифовки. Но в 1941 году, когда немецкие фашисты напали на нашу Родину, Оптический институт должен был эвакуироваться на восток, для того чтобы разрабатывать и давать нашей Красной Армии новые боевые оптические приборы.
Неоконченный объектив остался лежать в Ленинграде, надежно спрятанный в глубоком подвале.
Кончилась война. Из подвала был извлечен неоконченный объектив. Скоро он займет свое место в восстановленной Пулковской обсерватории. Новый пулковский телескоп будет по величине третьим в мире.
Вот список самых больших телескопов:
Иеркский в США, близ Чикаго — 102,0 см.
Ликский в США, в Калифорнии — 91,5 см.
Будущий пулковский — 81,0 см.
Потсдамский 80,0 см.
Самый большой телескоп — иеркский — имеет объектив поперечником в сто два сантиметра.
Длина трубы иеркского телескопа-рефрактора равна девятнадцати метрам. Свой огромный стеклянный глаз телескоп поднимает выше четырехэтажного дома. Вес всего прибора — шестьдесят тысяч килограммов, а вес объектива — четыреста килограммов. Если иеркский телескоп направить круто вверх, то у него начинает прогибаться и оседать линза объектива, и, следовательно, изображение получится искаженным. Поэтому астрономы не поднимают его слишком высоко. И все-таки увеличение этот гигант дает только в три тысячи раз.
Кроме телескопов с линзами, или, как их называют астрономы, рефракторов, существует и другой тип телескопа. Это родной брат рефрактора — телескоп зеркальный, или рефлектор. У рефлекторов вместо линзы объективом служит большое вогнутое зеркало. Вогнутое зеркало, как огромная воронка, собирает лучи в пучок и посылает их к объективу.
Рефлектор на пятьдесят лет моложе рефрактора. Он изобретен английским профессором-математиком Грегори в 1661 году.
В сущности, устройство братьев-телескопов имеет много общего. Только у рефрактора собирает лучи линза, а у рефлектора — вогнутое зеркало. С момента изобретения рефлектора между братьями-телескопами началось соперничество, так как у каждого из них есть свои преимущества и свои недостатки.
Строитель первых больших телескопов
Семья Гершеля неизвестно по каким причинам покинула родную Моравию и переехала в Германию. Отец был музыкант, он играл на гобое. В Германии он поступил в ганноверскую гвардию, в полковой оркестр. Шла семилетняя война. Служба в германской армии была тяжелой. У Гершеля росло десять человек детей, о которых надо было позаботиться. Поэтому после боя под Гастенбеком Гершель-отец оставил полковой оркестр и решил уехать из Германии, где ему так трудно жилось, и попытать счастья в Англии.
Отец рассчитывал, что в Англии ему будет легче устроиться учителем музыки или музыкантом в каком-либо оркестре. Но в Англии дела тоже пошли не очень удачно, и отец-Гершель вскоре умер. Сыну Вильяму остались в наследство гобой и несколько книг по астрономии. Старый музыкант в свободные минуты любил читать о звездах, о Солнце, о движениях далеких миров.
В семье Гершелей все были музыкантами. Особенно отличался среди них сын Вильям, отлично игравший на скрипке и гобое.
Вильям устроился учителем музыки в курортном городке Бате. Там он был занят целый день. Утром он играл в капелле на органе, потом приходили ученики, и только поздно вечером Вильям раскрывал заветные книги отца, и мысль его уносилась в безбрежные просторы Вселенной. Увлечение отца астрономией передалось сыну. Вильям хотел изучить небо и мечтал иметь собственный хотя бы маленький телескоп. Как-то в лавке старьевщика Вильям Гершель разыскал прибор, но остался им недоволен, — это был слабый и плохой телескоп.
Купить большой телескоп Гершелю было не по средствам, и он решил построить его сам. Сестру Каролину он усадил клеить огромную картонную трубу, брат Александр вытачивал из дерева разные части, а сам Вильям шлифовал зеркало. Гершель решил строить рефлектор — телескоп с вогнутым зеркалом, потому что этот прибор был дешевле и его легче было построить своими силами.
Картон оказался плохим, неподходящим материалом для трубы. Картонная труба была непрочной. После нескольких опытов ее выбросили. Гершель стал строить другой телескоп. В спальне поставили большой токарный станок, в приемной — верстак. Столяр делал деревянную трубу. Александр точил на станке мелкие части телескопа, Гершель шлифовал зеркало. В свободные дни он работал не отрываясь, и, случалось, что по шестнадцати часов не отходил от станка. Каролина приносила обед и кормила брата с ложечки. А он, не отнимая рук от зеркала, все шлифовал и шлифовал его.
Когда в работе наступал перерыв, вся семья брала музыкальные инструменты: Вильям — гобой, Александр — виолончель, а Каролина пела. В этой дружной семье умели славно работать и весело отдыхать.
Прошло немало времени упорной работы, прежде чем телескоп был готов. Теперь все ночи напролет Вильям Гершель проводил у телескопа, осматривая небо. Он видел бесчисленное множество звезд: двойные и тройные, серебристые туманности, подобные облачкам, и странные скопления звезд, похожие на рой блестящих пчел… Невиданный мир, населенный синими, желтыми, красными, зелеными и ослепительно белыми звездами, открылся ему.
Гершель с увлечением простаивал ночи напролет у своего телескопа. Его сестра, верный друг и помощник, при свете небольшого фонаря записывала каждое слово Вильяма, каждое его наблюдение. Так они работали все ясные ночи напролет.
Днем же Гершель играл на органе, давал уроки или становился к шлифовальному станку и готовил новое, еще лучшее зеркало для своего телескопа. В своем дневнике Гершель с гордостью упоминает, что за пятнадцать лет жизни в Бате он отшлифовал четыреста тридцать зеркал разного размера.
Напряженный и упорный труд музыканта-астронома принес награду. В ночь на 13 марта 1781 года Гершель заметил на небе слабенькую светлую точку. Она довольно быстро двигалась среди звезд. Дня через два Гершель обнаружил, что новое светило, действительно, далеко ушло от своего первоначального места. Сомнений не оставалось: светлую точку нельзя было считать звездой. Другой астроном, Андерс Лексель, подтвердил, что открытое светило не звезда. Это была доселе неизвестная планета. Впоследствии планете Гершеля дали имя Уран.
Открытие Урана принесло Гершелю славу. Вся Англия узнала о странном музыканте, который занимается астрономией и нашел новую планету. Английский король Георг III, услышав о Гершеле, немедленно пригласил его занять должность королевского астронома.
Гершель оставил музыку и всецело посвятил себя любимой науке — астрономии. Жалованье, полагавшееся королевскому астроному, было нищенски мало, но Гершель нашел способ жить безбедно и добывать себе необходимые средства. Он открыл мастерскую, строил в ней телескопы и продавал их любителям.
В 1785 году Гершель принялся строить свой последний телескоп. Он соорудил огромнейшую трубу, длиною в двенадцать метров. Вогнутое зеркало будущего телескопа должно было иметь в поперечнике сто двадцать сантиметров и весить тысячу килограммов.
После четырех лет упорной работы, 28 августа 1789 года телескоп-гигант был готов. В тот же вечер Гершель стал разглядывать в новый телескоп планету Сатурн и увидел возле нее еще одного, дотоле неизвестного спутника — шестую луну Сатурна. Затем он нашел у Сатурна седьмого спутника.
Если бы Гершель сделал только эти открытия, то он уже заслужил бы мировую славу.
Но дело в том, что эти открытия Гершеля были лишь случайным добавлением к его основной работе по исследованию мира звезд.
В свои гигантские телескопы Гершель видел так много звезд, что даже пересчитать их не мог.
Он поэтому решил исследовать звездное небо не сплошь, а по квадратам. Он исследовал не весь квадратик, а только его середину и переходил к следующему. Так он обошел все небо. Он как бы черпал звезды в разных направлениях.
Из этих наблюдений Гершель определил, что звезды не разбросаны по небу как попало, а составляют плоскую, вроде жернова или велосипедного колеса, фигуру.
Гершель открыл также, что часто звезды скапливаются в каком-либо месте, как рой пчел, и образуют звездные облака или кучи.
Некоторые звезды вращаются одна вокруг другой, как планеты вокруг Солнца.
Гершель доказал также, что Солнце быстро несется в пространстве между звезд.
Многие громадные, дотоле неизвестные миры показал Гершель человечеству и этим заслужил себе бессмертную славу замечательного ученого и глубокого мыслителя.
Гершель работал с увлечением. Правда, королевского астронома нередко отрывали от наблюдений любопытные придворные английского короля. Они любили беседовать с ученым, приставали к нему с расспросами, влезали на вышку и, разумеется, мешали астроному.
Во время работы с большим телескопом Гершель заметил, что огромное зеркало очень быстро портится и прогибается под собственной тяжестью. Гершелю приходилось постоянно перешлифовывать зеркало, но это помогало не надолго; когда он состарился, то не мог уже, как прежде, много часов подряд шлифовать зеркало на станке. В конце концов Гершель забросил свой телескоп-великан и стал наблюдать небо в другие телескопы поменьше.
Последние дни своей жизни Гершель провел, не выходя из кабинета.
Великий астроном умер 21 августа 1822 года. Телескоп пережил его на семнадцать лет. Он стоял, покинутый и забытый, с потускневшим зеркалом.
Поделиться книгой: