Изобретение зеркального телескопа
Считая хроматическую аберрацию неустранимой, Ньютон разработал проект отражательного телескопа — рефлектора, в котором в качестве объектива вместо линзы служило вогнутое, отражающее свет зеркало. Построенный им телескоп-рефлектор имел диаметр зеркала 34 миллиметра, фокусное расстояние 159 миллиметров, кратность — 38. В качестве материала для зеркала Ньютон использовал сплав меди, мышьяка и цинка, а полировал зеркало с помощью олова. Продемонстрировав действие своего телескопа членам Лондонского королевского общества, Ньютон был избран его членом. Зеркальный телескоп Ньютона хранится теперь в музее в Лондоне.
В телескопе-рефлекторе параллельные лучи света, падающие на главное вогнутое зеркало, отразившись от него, собираются в пучок и фокусируются в противоположном их приходу направлении. Если расположить окуляр вблизи точки фокусирования и попытаться посмотреть в него, то нам будет мешать собственная голова, заслоняющая приходящие в телескоп лучи. Ньютон непосредственно перед точкой: фокуса расположил плоское зеркало, повернутое под углом 45° к оси главного зеркала, и таким образом отвел фокусирующийся световой пучок в перпендикулярном направлении.
Такое приспособление позволяло получить точку фокуса в том месте оптической системы, где размещение окуляра и наблюдателя не мешало бы прохождению лучей, поступающих на главное зеркало. Эта оптическая система телескопа-рефлектора была названа системой Ньютона. Хотя несколько неестественным выглядело расположение наблюдателя под углом 90° к направлению на наблюдаемый объект, телескоп системы Ньютона отличался простотой и стал широко использоваться для астрономических наблюдений.
Главное вогнутое зеркало шлифовалось таким образом, чтобы его поверхность имела параболическую форму: только в этом случае пучок падающих на зеркало параллельных лучей собирается в одну точку. При сферической поверхности главного зеркала фокусное расстояние «его центральной части будет больше фокусного расстояния краев зеркала и параллельные лучи не соберутся в одной точке. Здесь мы сталкиваемся с явлением аберрации, вызванной сферической поверхностью. С помощью же параболической поверхности удается собрать параллельные лучи со всей поверхности зеркала в одну точку, поскольку центральная часть такого зеркала имеет несколько большую вогнутость и, следовательно, меньшее фокусное расстояние, чем сферическая поверхность.
Главное достоинство телескопа-рефлектора заключается в полном отсутствии хроматической аберрации, благодаря чему, например, изображение звезды получается исключительно резким. Следует отметить, что Ньютон не был первым, кого осенила идея заменить линзу объектива отражающим зеркалом. В 1661 году Грегори предложил проект зеркального телескопа собственной конструкции, который теперь называют телескопом системы Грегори. Однако ему не удалось добиться выполнения заказа на необходимые оптические детали, и свой телескоп он не построил.
В телескопе системы Грегори лучи света, отразившись от параболической поверхности главного зеркала и пройдя точку фокуса, начинают снова расходиться, но затем вновь отражаются назад к главному зеркалу с помощью вогнутой эллиптической поверхности второго зеркала небольшого диаметра. В центральной части главного зеркала имеется небольшое отверстие, пройдя которое, лучи опять фокусируются, но уже позади главного зеркала, где и помещается окуляр. В результате достигается естественное расположение наблюдателя — напротив наблюдаемого объекта, на который направлен телескоп. Важной особенностью телескопа подобной системы является то, что с помощью специальной добавочной линзы в нем .можно получить прямое изображение. В XVIII веке изготовление телескопов системы Грегори получило широкое распространение, и именно их главным образом применяли при проведении астрономических наблюдений.
Через несколько лет после создания Ньютоном своего телескопа было опубликовано сообщение о создании зеркального телескопа Кассегреном, который в отличие от Грегори предложил использовать вторичное зеркало с выпуклой гиперболической поверхностью. Поскольку в телескопе системы Кассегрена вторичное зеркало располагалось на пути световых лучей, когда они еще не достигали точки фокуса главного зеркала, изображение получалось прямым, а не перевернутым, и при этом труба телескопа оказывалась меньшей длины. Все это выгодно отличало телескоп системы Кассегрена от телескопа системы Грегори.
В 1721 году Хэдли завершил создание телескопа-рефлектора системы Ньютона с диаметром зеркала 15 сантиметров и фокусным расстоянием 1,5 метра. Этот телескоп обладал такими же возможностями, как и «воздушный телескоп» Гюйгенса с его малым диаметром объектива и огромной длиной в 37 метров. Тем самым была убедительно доказана эффективность зеркального телескопа в качестве инструмента для астрономических наблюдений.
Использовавшийся в те времена для изготовления зеркал сплав меди и олова, называвшийся зеркальным сплавом, обладал отражательной способностью не более 60%.
Однако такой коэффициент отражения был у зеркала только в момент его изготовления, а затем быстро снижался. Поэтому астрономы вынуждены были довольно часто производить повторную полировку поверхности зеркала. К тому же, прежде чем сфокусироваться, свет отражался от зеркальных поверхностей дважды, а из-за этого его интенсивность сильно уменьшалась.
Гершель предложил еще одну оптическую систему для телескопа-рефлектора, в которой вовсе отсутствовало вторичное зеркало, а фокус зеркала находился вне трубы, сбоку от нее, что достигалось специальным расположением оптической оси зеркала под некоторым углом к оси трубы. Смотреть в такой телескоп приходилось в противоположную от объекта сторону, к тому же изображение получалось перевернутым. Однако, несмотря на эти неудобства, количество света в такой системе увеличилось вдвое (из-за однократности отражения), что вполне компенсировало указанные недостатки (рис. 17).
В 1783 году Гершель построил телескоп собственной системы с диаметром зеркала 475 миллиметров и фокусным расстоянием 7 метров. С его помощью ему удалось открыть много двойных звезд, произвести подсчеты числа звезд разной яркости на небе и изучить строение Млечного Пути. В 1789 году Гершель создал еще больший телескоп — с диаметром зеркала 1,22 метра и фокусным расстоянием 12 метров (рис. 18).
 Рис. 18. Гравюра с изображением телескопа Гершеля 1789 года
В последующем астрономы также задавались целью изготовлять телескопы как можно с большим диаметром зеркала, которые позволили бы увидеть все более слабые звезды. В 1861 году Росс построил телескоп диаметром 1,84 метра и фокусным расстоянием 16,5 метра, а в 1865 году Расселом был создан телескоп с диаметром зеркала 1,2 метра и фокусным расстоянием 11,3 метра. Эти крупные телескопы, представлявшие собой большие и сложные устройства, стали определенным достижением науки и техники того времени и помогли сделать ряд открытий в области астрономии.
|
