Александр Марков - Путешествия к Луне

И, наконец, еще одна, неожиданная, возможно, даже преждевременная проблема, но лучше подумать об этом заранее, чем заслужить упреки потомков. Нам нужно позаботиться о сохранении природной среды на Луне. К счастью, от идеи атомных взрывов там вовремя отказались, но мусор туда мы поставляем регулярно. Все экспедиции доставили с Луны на Землю около 382 кг лунного вещества, а на поверхности Луны уже скопилось более 170 тонн мусора — в основном остатки «Аполлонов» и наших «Лунников». В свое время проблема вывоза мусора встала перед исследователями Антарктиды и покорителями Эвереста. Похоже, в будущем придется строить завод по утилизации мусора и на Луне: не везти же все это обратно на Землю! К счастью, пока это не самая актуальная задача.

1.5. Наблюдаем Луну с Земли

Луна — царица неба. Это знает каждый любитель астрономии. Какой бы оптический инструмент ни появился у желающего полюбоваться ночным небом, в первую очередь он направит его на Луну. Половина нашей книги посвящена «путешествиям к Луне» с телескопом. Прочитав главы 2–5, вы узнаете, кто и когда составил первые карты Луны, кто первым навел на нее телескоп. Обычно первенство в этом приписывают Галилею, хотя исторические изыскания говорят, что он мог и не быть самым — самым первым. Тем не менее именно Галилей был в числе первых двух — трех «астрономов с телескопом», и как никто другой он продемонстрировал возможности этого простого, но удивительно полезного прибора.

1.5.1. Телескоп Галилея

Отмечая 400–летие создания телескопа, мы должны вспомнить о тех временах. Как известно, Галилео Галилей занялся экспериментами с линзами в середине 1609 г., после того как узнал, что в Голландии для потребностей мореплавания была изобретена зрительная труба. Ее создали в 1608 г., возможно, независимо друг от друга голландские оптики Ганс Липперсгей, Яков Мециус и Захария Янсен. Всего за полгода Галилею удалось создать мощный астрономический инструмент и сделать ряд изумительных открытий.

Рис. 1.21. Очки появились за несколько столетий до телескопа.

Успех Галилея в совершенствовании телескопа нельзя считать случайным. Итальянские мастера стекла уже основательно прославились к тому времени: еще в XIII в. они изобрели очки. И именно в Италии была на высоте теоретическая оптика. Трудами Леонардо да Винчи она из раздела геометрии превратилась в практическую науку. «Сделай очковые стекла для глаз, чтобы видеть Луну большой», — писал он в конце XV в. Возможно, хотя этому и нет прямых подтверждений, Леонардо удалось изготовить телескопическую систему.

Рис. 1.22. Схема зрительной трубы (рисунок Леонардо да Винчи): cd — линза объектива, АВ — тубус-бленда объектива, EF — тубус окуляра, тп — хрусталик глаза наблюдателя, расположенный за линзой окуляра.

Оригинальное исследование по оптике линз, зеркал и призм провел в середине XVI в. итальянец Франческо Мавролик (1494–1575). Его соотечественник Джованни Батиста де ла Порта (1535–1615) посвятил оптике два великолепных произведения: «Натуральная магия» и «О преломлении». В последнем он даже приводит оптическую схему телескопа и утверждает, что ему удавалось видеть на большом расстоянии мелкие предметы. В 1609 г. он пытается отстаивать приоритет в изобретении зрительной трубы, но фактических подтверждений этому оказалось недостаточно. Как бы то ни было, работы Галилея в этой области начались на хорошо подготовленной почве. Но, отдавая должное предшественникам Галилея, будем помнить, что именно он сделал из забавной игрушки работоспособный астрономический инструмент.

Свои опыты Галилей начал с простой комбинации положительной линзы в качестве объектива и отрицательной линзы, дающей трехкратное увеличение, в качестве окуляра. Сейчас такая конструкция называется театральным биноклем. Это самый массовый оптический прибор после очков. Разумеется, в современных театральных биноклях В качестве объектива и окуляра применяются высококачественные просветленные линзы, иногда даже сложные, составленные из нескольких стекол. Они дают широкое поле зрения и отличное изображение. Галилей Же использовал простые линзы как для объектива, так и для окуляра. Его телескопы страдали Сильнейшей хроматической и Сферической аберрацией, т. е. давали размытое на краях и не Сфокусированное в различных цветах изображение.

Рис. 1.24. Телескоп Галилея — один из величайших научных инструментов всех времен. Сегодня каждый из нас может за вечер сделать такой же оптический инструмент и, взглянув на небо, ощутить себя Галилеем.

Рис. 1.23. Галилео Галилей

Однако Галилей не остановился, подобно голландским мастерам, на «театральном бинокле», а продолжил эксперименты с линзами и к январю 1610 г. создал несколько инструментов с увеличением от 20 до 33 раз. Именно с их помощью он совершил свои замечательные открытия: обнаружил спутники Юпитера, горы и кратеры На Луне, мириады звезд в Млечном Пути, и др. Уже в середине марта 1610 г. в Венеции на латинском языке вышел труд Галилея «Звездный вестник», где были описаны эти первые открытия телескопической астрономии. В сентябре 1610 г. ученый открывает фазы Венеры, а в ноябре обнаруживает признаки кольца у Сатурна, хотя и не догадывается об истинном смысле своего открытия («Высочайшую планету тройною наблюдал», — пишет он в анаграмме, пытаясь закрепить за собой приоритет открытия). Пожалуй, ни один телескоп последующих столетий не дал такого вклада в науку, как первый телескоп Галилея.

Однако те любители астрономии, кто пытался собирать телескопы из очковых стекол, нередко удивляются малым возможностям своих конструкций, явно уступающих по «наблюдательным возможностям» кустарному телескопу Галилея. Порой современные наблюдатели не могут обнаружить даже спутники Юпитера, не говоря уже о фазах Венеры.

Во Флоренции, в Музее истории науки (рядом со знаменитой картинной галереей Уффици) хранятся два телескопа из числа первых построенных Галилеем. Там же находится и разбитый объектив третьего телескопа: его видно на фотографии (рис. 1.25) в нижней части подставки, в центре дорогой виньетки. В начале нынешнего века эти телескопы были изучены (см. табл.). С ними были даже проведены астрономические наблюдения.

Оптические характеристики первых объективов и окуляров телескопов Галилея (размеры в мм)

Оказалось, что первая труба имела разрешающую способность 20" и поле зрения 15', а вторая — соответственно 10" и 15'. Увеличение первой трубы было 14–кратным, а второй — 20–кратным. Разбитый объектив третьей трубы с окулярами от первых двух труб давал бы увеличение в 18 и 35 раз. Итак, мог ли Галилей сделать свои изумительные открытия, используя столь несовершенные инструменты?

Именно таким вопросом задался англичанин Стивен Рингвуд и, чтобы выяснить ответ, создал точную копию лучшего телескопа Галилея (Ringwood, 1994). В октябре 1992 г. Стив Рингвуд воссоздал конструкцию третьего телескопа Галилея и в течение года проводил с ним всевозможные наблюдения. Объектив его телескопа имел диаметр 58 мм и фокусное расстояние 1650 мм. Как и Галилей, Рингвуд диафрагмировал свой объектив до диаметра апертуры D=38 мм, чтобы получить лучшее качество изображения при сравнительно небольшой потере проницающей способности. Окуляром служила отрицательная линза с фокусным расстоянием -50 мм, дающая увеличение в 33 раза. Поскольку в такой конструкции телескопа окуляр размещается перед фокальной плоскостью объектива, полная длина трубы составила 1440 мм.

Рис. 1.25. Телескопы Галилея, хранящиеся в Музее истории науки (Флоренция).

Самым большим недостатком телескопа Галилея Рингвуд считает его малое поле зрения — всего 10', или ⅓ лунного диска. Причем на краю поля зрения качество изображения очень низкое. При использовании простого критерия Рэлея, описывающего дифракционный предел разрешающей способности объектива, можно было бы ожидать качества изображения В 3,5–4,0". Однако хроматическая абберация снизила его до 10–20". Проницающая сила телескопа, оцененная по простой формуле (2 + 5×lgD) ожидалась около +9,9m. Однако в действительность не удалось обнаружить звезд слабее +8m.