Феликс Зигель - Астрономы наблюдают
Как и древние астрономы, современные астрометристы непрерывно стараются уточнить значения фундаментальных постоянных, в первую очередь постоянной прецессии, впервые вычисленной еще Гиппархом. Все то небесное, чем занимаются астрометристы, имеет самое прямое отношение к Земле. Именно из астрометрических измерений можно узнать точную форму нашей Земли, характер движения Луны и планет и многое другое, без чего не могла бы существовать геодезия, картография и многие «земные» науки. Без астрометрии не было бы и космонавтики, так как именно по астрометрическим данным рассчитываются траектории космических летательных аппаратов.
Воздав должное астрометрии, мы обратимся теперь к инструментам, благодаря которым существует и развивается астрофизика — интереснейший из разделов астрономии.
Фотография в астрономии
Как известно, фотография была изобретена французами Ньепсом и Дагерром в сороковых годах прошлого века. Этому предшествовал эксперимент Ньепса, еще в 1822 году впервые получившего при помощи объектива изображение предмета на асфальтовом растворе. Однако «закрепить» это необычное изображение ему не удалось. Лишь в 1835 году Дагерр открыл существование скрытого изображения в слое йодистого серебра, которое он проявлял парами ртути. Первые его снимки, или, как их называли, дагерротипы требовали экспозиции в минуты и даже десятки минут. Однако это не помешало еще в 1841 году получить первый дагерротип Луны. На нем хорошо различались главные формы лунного рельефа.
Четыре года спустя на Гарвардской обсерватории Бонд начал систематически фотографировать Солнце, Луну и звезды. Позже этот успешный опыт распространили и на другие небесные тела. Уже в 1874 году был опубликован первый подробный фотоатлас Луны.
В конце прошлого века в практику астрофотографии вошли броможелатинные пластинки высокой чувствительности, а в 1891 году Липман изобрел цветную фотографию. Хотя первые киносъемочные аппараты братьев Люмьер появились еще в 1895 году, киносъемки в астрономии стали регулярными лишь в последние два-три десятилетия.
Пионерам астрофотографии приходилось преодолевать немалые трудности. Так, например, во время солнечного затмения 1887 года немецкий астроном Фогель собирался фотографировать Солнце на «мокрых» пластинках, заливаемых светочувствительной полужидкой массой (раствором хлористого серебра в коллодии) перед самой съемкой. За несколько минут до начала затмения Фогель залил пластинки коллодием, но труха, обрушившаяся с потолка, застряла в коллодии и съемка была сорвана. В наши дни такие истории выглядят курьезом — современная техника изготовления фотопластинок и пленок очень высока, а приборы, предназначенные для фотографирования небесных тел, весьма совершенны. Для снимков космоса нередко используют пластинки и пленки, чувствительные к невидимым глазом ультрафиолетовым или инфракрасным лучам. Специальные фотокамеры, с помощью которых получают снимки небесных тел, называются астрографами. В отличии от объективов обычных рефракторов, объективы астрографов изготовляют так, чтобы в их главном фокусе сводились воедино не желтые и зеленые, а синие и фиолетовые лучи, то есть как раз те, к которым особенно чувствительна фотопластинка. С другой стороны, принимаются все меры, чтобы объективы астрографов не давали аберраций на умеренных расстояниях от оптической оси. Поэтому объективы астрографов, как правило, состоят не из одной или двух, а из многих линз. Так, например, в фотокамерах Петцваля объектив состоит из четырех линз, а в «планарах» и «биотарах» Цейса — даже из шести!
В малых инструментах фотокамера крепится на тубусе рефрактора, который при фотографировании играет роль гида. В старом здании Московской обсерватории уже много десятилетий действует 15-дюймовый двойной астрограф (рис. 31). Две внешне почти одинаковые сдвоенные трубы укреплены на экваториальной установке. Одна из них представляет собой обычный рефрактор, другая — длиннофокусную фотокамеру. Объектив этой камеры имеет диаметр 38 см и светосилу 1: 100. Поле зрения при этом получается значительным, около трех градусов в поперечнике. Такие стандартные или «нормальные» астрографы есть и на других обсерваториях. Иногда употребляют также тройные и даже четверные астрографы. Наряду с ними широко используют короткофокусные астрографы, поле зрения которых имеет иногда в поперечнике 20–30 градусов. С такими камерами можно фотографировать целые созвездия.
Заметим, что любой рефлектор можно использовать как астрограф, если окулярная часть в нем будет заменена фотопластинкой или пленкой. Вполне годятся для такой цели и зеркально-линзовые системы, например, камеры Шмидта. Словом, семейство астрографов очень многочисленно и разнообразно. Чем же привлекательна для астрономов фотография?.
Есть ряд преимуществ фотографии по сравнению с визуальными наблюдениями. Перечислим лишь главнейшие из них.
Прежде всего это интегральность, то есть способность накапливать световую энергию, поступающую от небесного тела. Глаз такой способностью не обладает. Сколько ни смотри на небо, в конце наблюдения увидишь столько же звезд, как и вначале. Скорее даже из-за утомления глаз постепенно зоркость их притупится.
Рис. 31. Двойной астрограф Московской обсерватории.Совсем иначе ведет себя фотопластинка. Чем больше экспозиция (конечно, до известного предела!), тем более слабые звезды получаются на снимке. Так, например, на двойном астрографе Московской обсерватории за час экспозиции фиксируются звезды до 16-й звездной величины.
Конечно, беспредельно увеличивать экспозицию нельзя. Наступает момент, когда фон ночного неба, кажущийся темным, а на самом деле слабосветящийся, равномерно «затемнит» негатив и тем самым завуалирует изображения звезд. Предельная экспозиция для нормальных астрографов близка к 17 часам, но для короткофокусных камер она гораздо короче.
Моментальность — это второе достоинство фотографии. На снимке можно зафиксировать явления, совершающиеся так быстро, что глаз не успевает их как следует рассмотреть. Таковы, например, метеоры, детали которых видны лишь на фотографиях.
На снимках неба иногда неожиданно обнаруживают незнакомую комету, спутник, астероид или новую звезду. По фотографиям изучают колебания блеска звезд, их смещение на небосводе (из-за собственного движения в пространстве), изменения в форме солнечной короны. Во всех этих случаях проявляется документальность фотографии и не случайно поэтому на многих обсерваториях созданы «стеклянные библиотеки» из многих тысяч негативов. В таких библиотеках, существующих уже много десятков лет, светом записаны эпизоды истории мироздания.
Когда наблюдаешь визуально Луну или участок звездного неба, трудно сосредоточить внимание глаза сразу на всех деталях. Особенно это относится к таким кратковременным событиям, как появление солнечной короны во время полного солнечного затмения. Фотопластинка этим недостатком не обладает. Она бесстрастно фиксирует всю панораму и потому это ее свойство называется панорамностью.
К преимуществам фотографии надо добавить и объективность, тогда как всякие визуальные наблюдения, как правило, отягощены личными ошибками наблюдателя (например, в его рисунках поверхности планеты).
Мы уже отмечали, что цветочувствительность фотопластинок значительно шире, чем у человеческого глаза. Подбирая сорта эмульсии или применяя разнообразные светофильтры, удается фотографировать то, что глазу просто недоступно. Тем самым значительно расширяются возможности изучения Вселенной.
Пусть не подумает читатель, что наши глаза во всем плохи. Кое в чем и они имеют преимущества над фотопластинками. Так, например, при фотосъемке планет быстрые движения воздуха «замывают» изображения, тогда как глаз в отдельные моменты спокойствия атмосферы видит на диске планеты множество неуловимых для пластинки деталей. Трудно фотографировать слабые телеметеоры, неожиданно появляющиеся в поле зрения телескопа. И здесь глаз фиксирует то, что недоступно пластинке. Дефекты пластинок иногда скрывают очень интересные объекты.
И все-таки визуальные наблюдения, как правило, отошли в прошлое. Фотография в современных обсерваториях применяется практически всюду и везде.
Прирученная радуга
Когда Солнце находится над горизонтом примерно на высоте 17°, в противоположной части небосвода при некоторых условиях (обычно на фоне дождевой тучи) возникает разноцветная искривленная прозрачная полоса, именуемая радугой. Образуется она в результате дисперсии, т. е. разложения белого солнечного света на составные цвета при прохождении этого света сквозь мельчайшие водяные капельки. Много веков люди любовались радугой, не подозревая, что дисперсия света может стать ключом к познанию физической природы небесных тел.
