1. Вступительные замечания.
До того времени, пока Галилей впервые навел свою трубу на небо, человечество видело на небе, кроме Солнца и Луны, только точки звезд и планет, — одни более, другие менее яркие, и лишь могло следить за их движениями и их взаимным расположением. То же остается и современному любителю, лишенному трубы или бинокля. Уже хороший бинокль может дать возможность, напр., заняться систематическими наблюдениями переменных звезд. Но хорошие бинокли очень дороги, и все же ни в какой бинокль нельзя увидать, напр., колец Сатурна. И Потому всякому, заинтересовавшемуся астрономией, нужна, в конце концов, зрительная труба. Но зрительные трубы, к сожалению, также дороги, и их теперь трудно достать; поэтому мы можем рекомендовать построить себе зрительную трубу самому.
Часто думают, что астрономы, употребляя, могущественные телескопы, пользуются и огромными увеличениями — в -тысячи раз. Но это не верно. Такие увеличения употребляются чрезвычайно редко (главным образом, для разделения теснейших двойных звезд), при особенно благоприятных атмосферных условиях. Обычное же среднее увеличение на больших .рефракторах 500 — 600 раз, на средних — 200 — 5G0 и
на малых — 100 — 200 pas. Таким образом, если ограничиться увеличением от 50 до, самое большее, 100 раз, то возможно построить трубу, дающую такое увеличение, с ничтожной затратой труда и средств. Мы, конечно, не думаем обучать здесь читателя шлифованию ахроматических объективов или вогнутых зеркал, а предлагаем соорудить трубу из готовых стекол, которые можно легко достать. Изготовление такой трубы в довоенное время не превышало стоимости 1 1/2 — 2 руб.
Такую трубу легко приготовить из очковых стекол. Мы уже предвидим весьма естественный скептицизм читателя к трубе из неахроматического стекла от очков, но постараемся рассеять этот скептицизм как по отношению к не-ахроматичности объектива, так и по отношению к плохим изображениям, какие получались, напр., в трубе Галилея при рассматривании Сатурна даже на прекрасном небе Флоренции. Труба Галилея увеличивала в 32 раза, имела окуляром уменьшительное стекло, как в театральном бинокле; окуляр этот был вделан в трубу неподвижно а, главное, она была построена по совершенно произвольному отношению фокусной длины к диаметру объектива. И, тем не менее, даже и такая, крайне несовершенная труба открыла, можно сказать, человечеству вселенную. Конечно, в век скорострельных магазинных ружей прибегать к кремневому оружию как-будто нерационально. Но не следует забывать, что и такое крем--, невое ружье — все же оружие, и человек, имеющий в своих руках даже такое ружье, несомненно является вооруженным по сравнению с тем, у кого ничего нет" в руках.
* Подвижная окулярная трубка изобретена Кейлером.
В течение 150 лет со времени изобретения телескопа объективом его была простая одиночная линза. Такая линза имеет, главным образом, два недостатка: сферическую аберрацию и хроматическую аберрацию. Первая из этих аберраций состоит, как известно, в том, что падающие на линзу параллельные лучи сходятся в фокусе, не в одну точку, а так, что лучи, проходящие через края линзы, собираются ближе к стеклу, а лучи, проходящие через центр линзы дальше от нее. Однако, этот недостаток в старинных трубах, имевших очень большую фокусную длину, был столь незначителен, что с ним можно было совершенно не считаться. Хроматическая же аберрация, происходящая, как известно, оттого, что всякая линза не только преломляет свет, но и одновременно разлагает его на составные радужные цвета, наподобие призмы, является самым вредным и неприятным недостатком, больше всего нарушающим отчетливость изображения. Хроматическая аберрация простой линзы не может быть уменьшена ниже величины, присущей стеклу с низкой дисперсией, т. е. стеклу со сравнительно небольшой цветоразлагающей способностью, каким является кронглас, или обыкновенное зеркальное стекло. В этом стекле действие аберрации таково, что лучи красного цвета собираются в фокус примерно на ‘/во всей фокусной длины дальше от линзы, чем лучи синего цвета. А так как человеческий глаз всего чувствительнее к лучам желтозеленым, которые кажутся для него наиболее яркими, то в. фокусе этих лучей линза не соберет красные и синие в одну точку, а даст некоторый «кружок рассеяния», диаметром равный -щ- диаметра объектива: если, напр., объектив имееть диаметр в 3 сантим., то диаметр каждого кружка рассеяния будет 0,25 мм.
Грубо говоря, изображение будет образовано из цветных точек, на подобие того, как получается. изображение какого-нибудь рисунка при помощи автотипии, т. е. цинкографии, снятой через сетку, у которой величина точек равна V* мм. Оттиск с такого клише на хорошей бумаге и на некотором расстоянии производит почти такое же впечатление, как и фотографический снимок; но достаточно еамой слабой лупы, чтобы увидеть, что весь он состоит из точек. Поэтому изображение, даваемое простой линзой, в этрм случае может выдерживать увеличение, не разлагаясь на составляющие его цвета, лишь самое слабое, — в 1 1/2 — 2 раза. Большее же увеличение может быть получено лишь при возрастании фокусной длины объектива. Поэтому-то астрономы ХУII и ХУIII веков и строили телескопы по 100 и более футов длины.
Но это рассуждение, построенное целиком на основах геометрической оптики, как показал английский ученый проф. А. Е. Конради, не соответствует вполне строго тому, что наблюдается на самом деле. Действительная способность даже однолинзового неахроматического объектива много выше того, что можно было бы ожидать из выводов лишь геометрической оптики, благодаря тому счастливому для практического оптика факту, что свет состоит, как известно, из волн, имеющих хоть и малую, но все же определенную длину.. По этой же причине даже самый совершенный телескоп не может дать изображение звезды в виде точки, а непременно даст некоторый светлый кружок, диаметр которого все-таки имеет определенные размеры. И чем совершеннее телескоп, тем кружок это!? меньшего размера. Для того, чтобы обыкновенный, неахроматический объектив давал еще достаточно хорошее, не окрашенное изображение, способное выдерживать увеличение, тот же проф. А. Е. Конради нашел, что объектив этот должен удовлетворять формуле: F=964*, где Af — диаметр объектива, выраженный в дюймах, и F — его фокусная длина, — тоже в дюймах. Таким образом объектив, диаметром, напр., в 4 дюйма, должен иметь фокусную длину в 128 футов. Это очень блиэко подходит к пропорциям старинных телескопов. Выраженная в сантиметрах, эта формула примет такой вид: F=38,4 А*, т. е. объектив, диаметром в 4 см, будет иметь фокусную длину больше 6 метров.
Таким образом мы видим, что объективом для предполагаемой нашей трубы должна быть простая очень слабо увеличивающая, т. е. длиннофокусная линза, и такой линзой лучше всего может служить очень слабое очковое стекло.
Из элементарных учебников физики мы знаем, что всякая собирательная линзакакой являются и очковые стекла для дальнозорких — дает изображение очень отдаленного предмета, от которого лучи, падающие на линзу, можно считать параллельными, обратное и уменьшенное. Это последнее, конечно, справедливо, но лишь по отношению к действительной величине предмета, а не к той, каким этот предмет кажется нашему глазу, т. е. не по отношению к угловой величине предмета. Это угловая величина, уже при объективе с фокусной длиной в 24 см, равна ¦ угловой величине предмета. И если взять стекло с такой фокусной длиной-и поместить его в трубку длиной в 25 см с одного конца, а с другого конца приложить к трубе кусок матового стекла или промасленной бумаги, то получившееся на этом экране обратное изображение очень отдаленного предмета, если рассматривать, это изображение с расстояния ясного эрения, т. е. 25 см, будет такой же величины, как и кажущаяся нам величина этого предмета, видимого простым глазом. Это легко проверить, если смотреть одновременно одним гЛа-. эом на изображение на матовом стекле, а другим непосредственно на самый предмет. Если же фокусная длина линзы возрастает, то вместе с нею возрастает и величина изображения предмета, и линза с фокусом в 50 см дает изображение уже в два раза большее, линза с фокусом в 1 метр — в 4 раза бблыпее и т. д.
Из сказанного ясно, что чем длиннее фокус объектива трубы, тем сильнее такая труба увеличивает, независимо от применяемого к ней окуляра. Поэтому в большие рефракторы можно, напр., видеть кольцо Сатурна и даже его спутников без помощи окуляров, и такой длиннофокусный рефрактор, как рефрактор в Трептоу, близ Берлина, имеющий 21 метр фокусной длины, дает изображение Солнца на экране без всякого окуляра величиной около 19 сантиметров в диаметре.
Таким образом длиннофокусная труба не только достаточно ахроматична, но и сильно увеличивает, взятая без окуляра. Однако, труба с объективом, диаметром в 1 см и фокусной длиной в 38,4 см, конечно, не будет светосильной, так как яркость изображения, как известно из физики, прямо пропорциональна квадрату диаметра объектива и обратно пропорциональна плоскостному увеличению трубы — стало-бцть, наша труба будет несколько страдать от излишнего увеличения за счет уменьшения окраски и светосилы. В сущности ахроматический объектив из двух стекол, кронгласа и флинтгласа изобретенный Долландом в 1757 г., вовсе не являясь
строго ахроматичным, так как в нем ахроматизированы, т. е. сведены к одному фокусу, лишь два, цвета (обыкновенно желтый и голубой), дал, главным образом, возможность укоротить огромную длину прежних труб почти в 40 раз, что чрезвычайно повысило и светосилу, и удобство обращения с ними. И хотя предлагаемая нами труба, как мы сказали, будет пригодна лишь для наблюдения более или менее ярких объектов, тем не менее, мы рекомендуем ее устройство, так как, проверив на опыте все изложенное здесь, вполне убедились в том, что такая труба из очковых стекол может дать многое; даже некоторое отступление от формулы проф. Кон-ради в сторону увеличения отверстия объектива все еще не вводит заметной окраски, если не злоупотреблять очень сильными увеличениями или применять к окуляру желтозеленый светофильтр. KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
