Появление ахроматических линз
Если обратиться к истории, то можно обнаружить немало случаев, когда очередной прогресс в астрономии был непосредственно обусловлен научно-техническими достижениями соответствующей эпохи. Но можно найти и такие примеры, когда, напротив, достижения астрономии способствовали прогрессу в других областях науки и техники.
Как уже упоминалось, Ньютон пришел к ошибочному выводу, что невозможно полностью ликвидировать явление хроматической аберрации оптических линз. Придерживаясь этой точки зрения, он пришел к созданию телескопа рефлекторного типа. Однако' Грегори, первый изобретатель телескопа-рефлектора, к тому времени уже напечатал работу, в которой высказывалось предположение о том, что ахроматические линзы, то есть свободные от хроматической аберрации, можно изготовить путем подбора материалов с различными коэффициентами преломления.
В 1722 году Холл, применив комбинацию линз из незадолго перед этим изобретенного флинтгласа и из известного ранее кронгласа, открыл возможность создания ахроматического объектива. В сотрудничестве с оптиком Бастом он затем наготовил в 1788 году линзу объектива-ахромата диаметром 64 миллиметра с фокусным расстоянием 603 миллиметра.
Флинтглас обладает по сравнению с кронгласом более высокой степенью преломления световых лучей и большим различием в преломлении красного и голубого цветов. Трехгранная призма из, флинтгласа разлагает белый свет в более широкий спектр, чем та-кая же призма из кронгласа. Однако можно так рассчитать форму обеих призм, чтобы их комбинация взаимно скомпенсировала эффекты разложения ими света в спектр. Лучи света, проходя через такую комбинацию призм из флинтгласа и кронгласа, испытывали бы преломление, но не разлагались бы в спектр.
Подобным же образом этот метод можфг быть использован в случае с линзами. При некоторой комбинации выпуклой и вогнутой линз соответственно из кронгласа и флинтгласа можно добиться того, что их хроматические аберрации будут взаимно скомпенсированы, хотя в целом система будет действовать как выпуклая линза.
Разработка полноценной технологии изготовления телескопов с применением ахроматических объективов началась с работ англичанина Доллонда в 1758 году. Наладив на стекольном предприятии производство достаточно большого количества флинтгласа, он стал изготовлять ахроматические объективы неплохого качества, но все это осуществлялось еще довольно кустарными методами.
Изучение технологии изготовления флинтгласа хорошего качества, годного для применения в оптике, усиленно проводилось в Англии и во Франции, однако следует признать, что особого прогресса при этом так и не было достигнуто. В начале XIX века швейцарец Гинан, живший на юге Германии и специализировавшийся на изготовлении оптического стекла, изобрел способ производства блоков флинтгласа больших размеров и хорошего качества, основанный на тигельной плавке исходных ингредиентов для изготовления стекла при повышенных температурах.
Фраунгофер, усовершенствовав способ Ги-нана, смог достичь современного уровня технологии изготовления оптического стекла для промышленного изготовления ахроматических линз. Фраунгофер прежде всего стремился точно определить степень преломления в стекле каждого из цветов, затем проводил тщательные предварительные расчеты кривизны линз и только после этого в соответствии с полученными результатами производил шлифовку стекла.
Занимаясь опытами по разложению солнечного света в спектр, Волластон в 1802 году обнаружил в спектре Солнца темные ли-даи. Фраунгофер первым обратил внимание на то, что положения этих спектральных линий совершенно неизменны. Он же впервые применил для обозначения наиболее темных линий в солнечном спектре латинские буквы от А до Н, начиная от линий в красной части спектра. Особенно выделялись три темные линии: в красной области (С), в желтой (D) и в голубой (F). Фраунгофер тщательнейшим образом измерил углы преломления в стекле для света с длинами волн, соответствующими темным линиям, и произвел расчет коэффициентов преломления для этих длин волн с точностью до пятого знака десятичной дроби. Все это позволило ему достичь очень высокой точности при расчете ахроматических линз.
В противоположность металлическим рефлекторным телескопам, получившим развитие в тогдашней Англии, Фраунгофер преуспел в создании телескопов-рефракторов с ахроматическими линзами. В 1816 году он построил телескоп с ахроматическим объективом диаметром 176 миллиметров, а в 1823 году изготовил для русской обсерватории в Дерпте (ныне Тарту) линзовый телескоп с диаметром объектива 245 миллиметров. Поскольку этот ученый обращал большое внимание также и на разработку механической части телескопа, созданные им телескопы стали образцом передовой астрономической техники того времени. Незадолго перед смертью Фраунгофер изготовил для обсерватории в Эдинбурге линзовый объектив телескопа диаметром 490 миллиметров.
Технология изготовления оптического стекла; разработанная Фраунгофером, была применена на стекольных заводах Англии и Франции, и постепенно там были созданы условия для производства крупных блоков оптического стекла для больших телескопов. С тех пор создание телескопов с ахроматическими линзовыми объективами вместо телескопов-рефлекторов с металлическими зеркалами, имевшими низкий коэффициент отражения, стало основным направлением телескопостроения.
В дальнейшем заметных успехов в развитии технологии шлифовки линз добились американец Кларк, француз Анри, немец Штейнхейль и другие. В 1897 году в США на Иеркской обсерватории был смонтирован телескоп-рефрактор с диаметром объектива 1016 миллиметров и с фокусным расстоянием 18,9 метра. Толщина выпуклой линзы объектива в центре составляла 63,5 миллиметра, а у края — 19 миллиметров; вес ее равнялся 90 килограммам. Толщина вогнутой линзы в центре составляла 38,1 миллиметра, у края — 50,8 миллиметра, а ее вес равнялся 136 килограммам. Интервал между двумя линзами составлял 212,7 миллиметра. И по настоящее время этот телескоп является самым крупным телескопом-рефрактором в мире.
|
