Телескоп - зброя астронома
Перше завдання астронома — вловити випромінювання небесних тіл і світлове. Якоюсь мірою це завдання здатне виконати наше око. Око людини – чудовий оптичний прилад, створений природою. З допомогою зору людина сприймає близько 80-85% усієї зовнішньої інформації. Академік С. І. Вавілов дійшов висновку, що око людини здатне вловлювати нікчемні порції світла - всього близько десятка фотонів. З іншого боку, око може витримувати вплив потужних світлових потоків, наприклад від Сонця, прожектора або електричної дуги.
Крім того, людське око є дуже досконалою ширококутною оптичною системою з великим полем зору. Тим не менш, в ока з точки зору вимог астрономічних спостережень є й суттєві недоліки. Головний з них полягає в тому, що він збирає надто мало світла. Тому, дивлячись на небо неозброєним оком, бачимо далеко ще не все. Ми розрізняємо, наприклад, трохи більше двох тисяч зірок, тоді як їх там мільярди мільярдів. Тому в астрономії відбулася справжня революція, коли на допомогу очеві прийшов телескоп.
Перші зорові труби були створені на початку XVII століття. Вже 1609 р. Галілео Галілей па-правил таку трубу на небо. Він зробив цілу низку видатних відкриттів і започаткував телескопічні спостереження Всесвіту.
Телескоп - це інструмент, що збирає світло далеких небесних тіл. Чим більше площа об'єктива, тим більше світла він збирає. Навіть найпростіший телескоп Галілея збирав світла в 144 рази більше, ніж око людини, а найбільший телескоп сучасності — п'ятиметровий рефлектор на горі Паломар у США — збирає світла в мільйон разів більше, ніж око.
Чутливість сучасних потужнихтелескопів настільки велика, що з їхньою допомогою можна побачити полум'я свічки, віддаленої на кілька тисяч кілометрів.
Оскільки телескопічні спостереження займають надзвичайно важливе місце у вивченні Всесвіту, сучасна конструкторська думка безперервно працює над створенням все більш потужних оптичних інструментів та усіляким розширенням їх можливостей.
У нашій країні створено найбільший у Європі дзеркальний телескоп із діаметром 260 см. Із цим інструментом, якому присвоєно ім'я академіка Шайпа, вже протягом кількох років успішно працюють на Кримській астрофізичній обсерваторії. Телескоп являє собою значну споруду висотою близько 18 м і вагою понад 60 т. В даний час створено ще один інструмент такого ж типу для Бюраканської обсерваторії у Вірменії. Згодом подібними телескопами буде оснащено й інші радянські обсерваторії.
Крім того, радянськими вченими в Ленінграді ведуться роботи зі створення гігантського телескопа із дзеркалом, що має у поперечнику шість метрів. Це буде найбільший астрономічний інструмент у світі. Поруч із інструментами, як кажуть, «загального» призначення створюються й спеціальні телескопи, наприклад телескопи, призначені спостереження Сонця. За своєю конструкцією такі сонячні інструменти навіть не можна назвати телескопами у звичайному значенні слова. Звична труба у них зовсім відсутня. Зображення Сонця вловлюється спеціальним дзеркалом - целостатом і за допомогою системи проміжних дзеркал прямує на екран або на фотопластинку, або у вхідний отвір приладу, що аналізує. Найбільш досконалий подібний інструмент — ріллий сонячний телескоп — побудований на Кримській астрофізичній обсерваторії.
Телескопи наших днів, як небо від Землі, відрізняються від своїх далеких предківчасів Галілея, Ньютона і Гер йшов я: Це — найскладніші високоточні пристрої, управління якими до краю автоматизовано. Так, наприклад, великий кримський телескоп обладнаний 160 електричними машинами різного призначення, пультами управління, лічильно-розв'язуючими пристроями, системами, що стежать і т.п.
Однак спостерігачеві доводиться самому наводити телескоп у певну точку піднебіння — таке становище сьогодні вже не задовольняє астрономів. Адже іноді подібну копітку операцію, що вимагає високої точності, протягом ночі доводиться робити багато разів. На це йде багато дорогоцінного часу, який можна було б використовувати для спостережень.
Чи не можна автоматизувати роботу телескопів? Над цим питанням замислилися вчені Пулковської обсерваторії разом із співробітниками конструкторського бюро астроприладів Санкт-Петербурзького оптико-механічного об'єднання. У результаті народився проект нового телескопа-автомата: автоматичного дзеркального телескопа — інструмента, який можна назвати «мрією астронома». Це буде автоматизований комплекс, що складається з телескопа з дзеркалом діаметром, електронно-обчислювального пристрою та системи наведення та стеження.
Новий телескоп зможе працювати сам, без жодної участі людини. Для цього треба тільки ввести в електронний мозок інструменту заздалегідь складену програму, записану па магнітну плівку. Після цього автоматичні пристрої у потрібний момент направлять телескоп у певну точку піднебіння і зроблять всі необхідні вимірювання, а потім опрацюють отримані дані. Остаточні результати машина видаватиме або на магнітній плівці або друкуватиме за допомогою спеціального автоматичного пристрою.
Конструктори телескопа передбачили такожможливість відключення автоматики та керування інструментом з пульта, розташованого в особливому заскленому приміщенні.
Але й у цьому випадку вчений, який працює на новому телескопі, перебуватиме у значно кращих умовах, ніж під час спостережень на звичайних інструментах. Він зможе виконувати всі вимірювання, залишаючись біля пульта і не наближаючись до телескопа, а керуючи ним за допомогою спеціальних кнопок. Тут же на пульті розміститься контрольний телевізійний екран, на якому астроном зможе бачити ту ділянку неба, на яку в даний момент направлений телескоп.
«Командний пункт» буде обладнано спеціальною установкою для кондиціювання повітря, що підтримує постійну температуру. Це забезпечить необхідні умови для відмінкової роботи складних електронних пристроїв, а також позбавить астрономів від ряду незручностей, пов'язаних з тим, що в вежі телескопа має бути та сама температура, що й зовні.
Новий телескоп передбачається збудувати у двох примірниках — для Кримської та Абастуманської обсерваторій. За допомогою цих інструментів проводитимуться спостереження світлових потоків зірок. Ці дослідження мають важливе значення для науки - вони дозволяють повніше виявити фізичні характеристики зірок і тим ближче підійти до відповіді на хвилююче питання про будову цих небесних тіл.
У принципі, сучасні великі телескопи здатні давати колосальні збільшення в тисячі і навіть у десятки тисяч разів. Але практично астрономи ніколи не користуються такими збільшеннями. Навіть у найпотужніших інструментів вже 800-кратні збільшення виявляються марними.
Чим більше збільшення, тим менше поле зору і нижче яскравість зображення. Астрономічним спостереженням заважає наявність атмосфери (про це ми ще говоритимемо далі).Але однією з головних перешкод для досягнення великих телескопічних збільшення є так звана дифракція світла. Це пов'язано з тим, що світло має не тільки корпускулярні, а й хвильові властивості. Коли світлова електромагнітна хвиля проходить через порівняно невеликий отвір, то в результаті взаємодії з його краями напрямок її поширення дещо відхиляється від прямої лінії. Це і є дифракція.
Дифракція – неминучий супутник телескопічних спостережень. Адже будь-які, навіть найбільші телескопи мають обмежені розміри. Тому на краях оправ об'єктивів і особливо окулярів завжди відбувається дифракція. У результаті телескопічне зображення зірки виглядає не точкою, як має бути за законами геометричної оптики, а світлим гуртком, підперезаним рядом світлих і темних кілець, що чергуються. Чим більше збільшення, тим сильніша дифракція. При великих збільшеннях зображення абсолютно «розмазується» і на нього накладаються химерні дифракційні фігури.
Якість телескопа значною мірою залежить і від того, наскільки великі в ньому світлові втрати.
Будь-який предмет ми бачимо лише тому, що він відображає деяку частину світлових променів, що падають на нього. Якби, наприклад, шматок скла повністю пропускав весь світловий потік, він був би невидимий. Звичайне скло відбиває близько 4% падаючого світла. Це і призводить до втрат у телескопічних системах.
Як це часто буває в павуці, спосіб боротьби з подібними втратами було знайдено завдяки щасливому випадку. Було помічено, що старий, потьмянілий від часу об'єктив пропускає значно більше світла, ніж новий.
Вченим не тільки вдалося з'ясувати причину цього, здавалося б, незрозумілого явища, а й застосувати йогопрактично. Було розроблено спеціальний спосіб штучного збільшення світлосили оптичного скла, який отримав назву «просвітлення» оптики. Сутність його полягає у наступному. На поверхню об'єктива наноситься особливим способом найтонша прозора плівка. Товщина її підбирається з таким розрахунком, щоб відбите світло певної довжини хвилі, взаємодіючи з падаючим, повністю знищувалося. При цьому енергія відбитого світла, зрозуміло, не зникає, а додається до того, що проходить. Подібний прийом майже повністю усуває втрати відображення. Застосовуючи різні плівки, можна досягти повної прозорості об'єктива для певних інтервалів довжин хвиль.
З просвітленою оптикою добре знайомі сучасні кіно- та фотоаматори. Багато хто, ймовірно, помічав, що поверхні об'єктивів фотоапаратів і кінокамер відливають блакитним і навіть фіолетовим кольором (блакитна оптика). Цей відтінок таки надають оптичним склам просвітлюючі плівки.