Первый телескоп год. Оптические телескопы и их использование. Возвращение к основам

Кто изобрел первый оптический телескоп , с помощью которого астрономы проводят свои исследования и наблюдения? Самый первый оптический телескоп изобрел и создал профессор Падуанского университета Галилео Галилей. Произошло это в далеком 1609 году. Галилей создал телескоп с возможностью 30 кратного увеличения объектов и состоял из 1245 миллиметровой трубы, 53 миллиметрового объектива и окуляра в 25 диоптрий. Несмотря на несовершенную оптическую схему и более чем скромную возможность увеличения (тридцатикратное), первый телескоп Галилея был по настоящему революционным изобретением для астрономии того времени. Благодаря изобретению Галилея было открыто и исследовано множество астрономических объектов как самим изобретателем, так и его последователями. Галилей смог сделать очень интересные открытия - увидеть пятна на Солнце и горы на Луне,обнаружить звезды в Млечном пути и спутники Юпитера, изучить фазы Венеры.

Принцип работы телескопа Галилея основывался на свойствах выпуклых линз, выполняющих роль объектива. В первом телескопе роль окуляра выполняла линза диаметром примерно 3 см, а в качестве объектива была выбрана плоско-выпуклая линза диаметром около 4 миллиметров с 50 см фокусным расстоянием. Но вскоре Галилей усовершенствовал свое изобретение и соорудил телескоп помощнее - диаметр линзы 5,8 сантиметров,а фокусное расстояние - 150 см. Тем не менее этот оптический телескоп не позволял улучшить качество изображения и с его помощью Галилею удалось достичь увеличение расстояния примерно в 33 раза. Но благодаря изобретенному телескопу, Галилей смог сделать множество открытий в астрономии.

Польскому астроному Гевелию удалось не только увеличить мощность оптического телескопа, но значительно улучшить качество изображения. А уже в 1663 году оптик Грегори разработал схему телескопа нового поколения, в котором зеркала заменили оптические линзы. Все современные телескопы являются зеркальными (на поверхность стекла путем вакуумного напыления наносится тончайший слой серебра).

Польский астроном Ян Гевелий выяснил,что путем увеличения у объектива фокусного расстояния можно существенно улучшить качество изображений. Телескоп Гевелия имел уникальную для того времени конструкцию - 50-ти метровая труба телескопа подвешивалась на столбе с помощью канатов. А вскоре астроному Озу удалось сконструировать мощный телескоп, который имел 600-кратное увеличение! Но к сожалению телескоп Озу был весьма неудобным - он не имел трубы и объектив размещался на расстоянии 100 метров от окуляра на столбе,а сам окуляр надо было держать в руках и наблюдать через него.

Наука не стояла на месте. Вскоре появился первый телескоп рефлектор - родоначальник современных зеркальных телескопов. Впервые схему телескопа-рефлектора создал изобретатель Джеймс Грегори в 1663 году, а в 1668 году известный ученый Исаак Ньютон построил телескоп, где вместо линз использовались зеркала.

А уже в 1672 году известный оптик католический священник Лоран Кассегрен (фр. Laurent Cassegrain) создал схему двухзеркального телескопа, где одно зеркало имело форму выпуклого гиперболоида, а второе было параболическим.

Доподлинно не известно имя человека, который первым изобрел телескоп . Известно, что в XVI веке пытался изобрести телескоп Леонардо да Винчи, однако никаких письменных доказательств не сохранилось. Некоторые ученые обнаружили первые упоминания о телескопе в трудах английского философа Роджера Бэкона, проживавшего в XIII веке. На этом основании они утверждают, что он был первым изобретателем телескопа. В своей «Диоптрике» Декарт утверждает, что зрительную трубу совершенно случайно изобрел в начале XVII века в Нидерландах Яков Мециус — человек, далекий от науки. Независимо от Мециуса свой вариант подзорной трубы представил в 1608 году бельгийский мастер по изготовлению очков Иоанн Липперсгейм. Созданная им подзорная труба позволяла наблюдать за удаленными предметами.

Данное изобретение не могло оставить без внимания выдающегося физика и астронома Галилео Галилея. В 1609 году Галилей сконструировал зрительную трубу, состоявшую из свинцовой трубки и двух стеклянных линз на ее концах. С одной стороны линзы были плоские, зато с другой — одна линза была вогнутая, а другая — выпукло-сферическая. Хотя Галилей и не был изобретателем зрительной трубы, он первый создал ее на научной основе, используя известные оптике знания. Он создал мощный инструмент для дальнейших научных исследований и открытий. Используя данное изобретение в области астрономии, он первый увидел ночное небо, Луну и звезды через телескоп, что позволило ему в дальнейшем сделать немало потрясающих открытий. На поверхности Луны он обнаружил горы и долины, в созвездии Плеяд он обнаружил более 30 звезд вместо числившихся ранее 7, а в созвездии Ориона он насчитал 80 звезд вместо 8. Наблюдая за Юпитером, он предположил, что эта планета имеет свои спутники, а по размерам она в несколько раз больше Земли. Венера вращается вокруг Солнца, а Солнце — вокруг своей оси. И все эти удивительные открытия были сделаны благодаря телескопу. Правда, Галилей называл свое изобретение «окуляром».

«Телескопом» его впервые назвал филолог Демесиани, что переводится с греческого, как «смотрю в даль». В 1610 году выдающийся немецкий астроном и математик Иоганн Кеплер усовершенствовал конструкцию астрономической зрительной трубы, объектив и окуляр которой были двояковыпуклыми. Это изобретение используется и в современных телескопах-рефракторах. Свою теорию зрительных труб и оптических приборов Кеплер подробно изложил в своем капитальном труде «Диоптрика». В 1613 году астроном Шейнер построил телескоп по схеме Кеплера. Первый телескоп Галилея давал увеличение предмета в 14 раз, второй — почти в 20 раз, третий — в 34.6 раза. Многие ученые начали сооружать более мощные телескопы, что давало стократное увеличение предмета, длина трубки достигала 40 и более метров. Самый мощный телескоп, дающий 600-кратное увеличение, создал в 1664 году астроном Оз. Самым большим недостатком этого приспособления оказалась длина трубки, она достигала 98 м и затрудняла проводить наблюдения.

Решить эту проблему удалось после предложенной в 1672 году выдающимся английским ученым Исааком Ньютоном новой конструкции телескопа. В конструкции нового телескопа-рефлектора в роли объектива было использовано вогнутое металлическое зеркало. Усовершенствованием телескопов-рефлекторов занимался русский ученый М. В. Ломоносов. Он создал отражательный телескоп-рефлектор, а также «ночезрительную трубу», позволявшую вести в ночное время наблюдение. До середины XIX века одним из лучших считался уникальный телескоп-рефлектор Уильяма Гершеля. Он использовал зеркало, диаметр которого составил 122 см. В середине XIX века другим английским астрономом был предложен новый зеркальный телескоп. Телескоп Уильяма Парсонса был еще более внушительных размеров, так его диаметр равнялся 183 см, а фокусное расстояние — 18м. В настоящее время нашли широкое применение как рефракторные, так и зеркальные приборы. Правда, ученые предпочитают использовать телескопы-рефлекторы (зеркальные).

Любой человек, который когда-либо интересовался астрономией, знает, что телескоп - это прибор, предназначенный для наблюдения небесных светил. В частности, под телескопом понимается оптическая телескопическая система, применяемая не обязательно для астрономических целей.

Существуют телескопы для всех диапазонов электромагнитного спектра: оптические телескопы, радиотелескопы, рентгеновские телескопы, гамма-телескопы. Кроме того, детекторы нейтрино часто называют нейтринными телескопами. Также, телескопами могут называть детекторы гравитационных волн.

Оптические телескопические системы используют в астрономии (для наблюдения за небесными светилами), в оптике для различных вспомогательных целей: например, для изменения расходимости лазерного излучения. Также, телескоп может использоваться в качестве зрительной трубы, для решения задач наблюдения за удалёнными объектами.

Первые шаги

Самые первые чертежи простейшего линзового телескопа были обнаружены в записях Леонардо Да Винчи датируемых 1509-м годом. Сохранилась его запись: «Сделай стекла, чтобы смотреть на полную Луну» («Атлантический кодекс»). В последнее время изобретение первого телескопа приписывают Гансу Липпершлею из Голландии. Но мало кто знает, что задолго до него Томас Диггес, астроном, который в 1450 году попытался увеличить звезды с помощью выпуклой линзы и вогнутого зеркала.

Однако у него не хватило терпения доработать устройство, и полу-изобретение вскоре было благополучно забыто. Сегодня Диггеса помнят за описание гелиоцентрической системы. Скорее всего, заслуга Липпершлея состоит в том, что он первый сделал новый прибор телескоп популярным и востребованным. А также именно он подал в 1608 году заявку на патент на пару линз, размещенный в трубке. Он назвал устройство подзорной трубой. Однако его патент был отклонен, поскольку его устройство показалось слишком простым.

К концу 1609 года небольшие подзорные трубы, благодаря Липпершлею, стали распространены по всей Франции и Италии. В августе 1609 года Томас Харриот доработал и усовершенствовал изобретение, что позволило астрономам рассмотреть кратеры и горы на Луне.

Время перемен.

Сами телескопы превратились в большие неподъемные трубы по размеру и, конечно, были не удобны в использовании. Тогда для них изобрели штативы. Телескопы постепенно улучшали, дорабатывали. Однако его максимальный диаметр не превышал нескольких сантиметров -- не удавалось изготавливать линзы большого размера.

Заслуга эта целиком и полностью принадлежит Исааку Ньютону, именно он сумел дать новую жизнь телескопам с помощью зеркала. Его первый рефлектор имел диаметр всего четыре сантиметра. А первое зеркало для телескопа диаметром 30 мм он сделал из сплава меди, олова и мышьяка в 1704 году. Изображение стало четким. Кстати, его первый телескоп до сих пор бережно хранится в астрономическом музее Лондона.

Но еще долгое время оптикам никак не удавалось делать полноценные зеркала для рефлекторов.

Прорыв в телескопостроении

Годом рождения нового типа телескопа принято считать 1720 год, когда англичане построили первый функциональный рефлектор диаметром в 15 сантиметров. Это был прорыв. В Европе появился спрос на удобоносимые, почти компактные телескопы в два метра длиной. О 40-метровых трубах рефракторов стали забывать.

А фундаментальный принцип Ньютона с применением одного вогнутого зеркала использовался в Специальной астрофизической обсерватории в России с 1974 года. Расцвет рефракторной астрономии произошел в 19 веке, тогда диаметр ахроматических объективов постепенно рос. Если в 1824 году диаметр был еще 24 сантиметра, то в 1866 году его размер вырос вдвое, в 1885 году диаметр стал составлять 76 сантиметров (Пулковская обсерватория в России), в к 1897 году изобретен йеркский рефрактор. Можно посчитать, что за 75 лет линзовый объектив увеличивался со скоростью одного сантиметра в год.

Другой, ставший не менее известным, астроном-любитель английский землевладелец лорд Росс изобрел рефлектор с зеркалом с диаметром в 182 сантиметра. Благодаря телескопу, он открыл ряд неизвестных спиральных туманностей. Телескопы Гершеля и Росса обладали множеством недостатков. Объективы из зеркального металла оказались слишком тяжелыми, отражали лишь малую часть падающего на них света и тускнели. Требовался новый совершенный материал для зеркал. Этим материалом оказалось стекло. Французский физик Леон Фуко в 1856 году попробовал вставить в рефлектор зеркалом из посеребренного стекла. И опыт удался. Уже в 90-х годах астроном-любитель из Англии построил рефлектор для фотографических наблюдений со стеклянным зеркалом в 152 сантиметра в диаметре. Очередной прорыв в телескопостроении был очевиден.

Этот прорыв не обошелся без участия русских ученых. Я.В. Брюс прославился разработкой специальных металлических зеркал для телескопов. Ломоносов и Гершель, независимо друг от друга, изобрели совершенно новую конструкцию телескопа, в которой главное зеркало наклоняется без вторичного, тем самым уменьшая потери света.

Немецкий оптик Фраунгофер поставил на конвейер производство и качество линз. И сегодня в Тартуской обсерватории стоит телескоп с целой, работающей линзой Фраунгофера. Но рефракторы немецкого оптика также были не без изъяна - хроматизма.

Лишь к концу 19 века изобрели новый метод производства линз. Стеклянные поверхности начали обрабатывать серебряной пленкой, которую наносили на стеклянное зеркало путем воздействия виноградного сахара на соли азотнокислого серебра.

Эти принципиально новые линзы отражали до 95% света, в отличие от старинных бронзовых линз, отражавших всего 60% света. Л. Фуко создал рефлекторы с параболическими зеркалами, меняя форму поверхности зеркал. В конце 19 века Кросслей, астроном-любитель, обратил свое внимание на алюминиевые зеркала.

Купленное им вогнутое стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см сразу было вставлено в телескоп. Сегодня телескопы с подобными громадными зеркалами устанавливаются в современных обсерваториях. В то время как рост рефрактора замедлился, разработка зеркального телескопа набирала обороты. С 1908 по 1935 года различные обсерватории мира соорудили более полутора десятков рефлекторов с объективом, превышающих йеркский. Самый большой телескоп установлен в обсерватории Моунт-Вильсон, его диаметр 256 сантиметров. И даже этот предел совсем скоро был превзойден вдвое. В Калифорнии смонтирован американский рефлектор-гигант, на сегодня его возраст более пятнадцати лет.
Более 30 лет назад в 1976 году ученые СССР построили 6-метровый телескоп БТА - Большой Телескоп Азимутальный. До конца 20 века БРА считался крупнейшим в мире телескопом Изобретатели БТА были новаторами в оригинальных технических решениях, таких как альт-азимутальная установка с компьютерным ведением. Сегодня это новшества применяются практически во всех телескопах-гигантах. В начале 21 века БТА оттеснили во второй десяток крупных телескопов мира. А постепенная деградация зеркала от времени - на сегодня его качество упало на 30% от первоначального - превращает его лишь в исторический памятник науке.
К новому поколению телескопов относятся два больших телескопа 10-метровых близнеца KECK I и KECK II для оптических инфракрасных наблюдений. Они были установлены в 1994 и 1996 году в США. Их собрали благодаря помощи фонда У. Кека, в честь которого они и названы. Он предоставил более 140 000 долларов на их строительство. Эти телескопы размером с восьмиэтажный дом и весом более 300 тонн каждый, но работают они с высочайшей точностью. Принцип работы - главное зеркало диаметром 10 метров, состоящее из 36 шестиугольных сегментов, работающих как одно отражательное зеркало. Установлены эти телескопы в одном из оптимальных на Земле мест для астрономических наблюдений - на Гаваях, на склоне потухшего вулкана Мануа Кеа высотой 4 200 метра.

Steegle.com - Google Sites Tweet Button

В начале XVII в. сразу несколько изготовителей очков в голландском городе Мидцельбурге объявляли себя изобретателями «приборов дальнего видения». Наиболее обоснованными представляются притязания Ханса Литшерсгся, который в 1608 г. пытался получить привилегаю на изготовление зрительных труб. Липперсгей будто бы увидел однажды, как его дети шрают с выпуклой и вогнутой линзами, рассматривая церковную колокольню.

Сложив обе линзы, они смогли увидеть в подробностях флюгер на самом верху. Липперсгей вставил обе линзы в цилиндрический футляр и так создал первую подзорную трубу. Это вдохновило в 1609 г. итальянского ученого Галилео Галилея на постройку собственного телескопа, с помощью которого он сделал много важных астрономических открытий: описал детали лунного ландшафта, увидел кольца Сатурна и четыре крупных спутника Юпитера.

Прямое и перевернутое изображение

Телескоп Галилея был весьма компактен, поскольку геометрическая длина трубы равнялась разнице фокусных расстояний окуляра и объектива. Лучи света проходят через окуляр прежде, чем достигнут фокуса объектива, в результате чего получается прямое, неперевернутое изображение. По этому принципу до сих пор конструируются театральные бинокли. Телескоп же, сконструированный в 1611 г. немецким астрономом Иоганном Кеплером, состоит из двух собирающих линз, а длина трубы равна сумме их фокусных расстояний. Такой прибор даст перевернутое изображение, однако для астрономических наблюдений это не существенно. Дополнительные оборачивающие линзы или призмы, помещенные в подзорную трубу, позволяют получить прямое изображение, что очень желательно, например, на охоте, зато уменьшают евстосильность, весьма затрудняя наблюдение далеких созвездий.

Взгляд в бесконечность

В 1663 г. шотландец Джеймс Грегори открыл принцип зеркального телескопа (рефлектора). В его системе главное зеркало собирает пучок света, а вспомогательное зеркало меньшего размера отражает лучи в фокус главного зеркала, где и возникает изображение. Первый ахроматический телескоп-рефрактор создал в 1729 г. английский астроном-любитель Честер Мур Холл. В XIX и XX вв., с совершенствованием теоретической базы и появлением специальных стекол, телескопы стали намного мощнее.

1614 г.: Демисциан изобрел слово «телескоп» (от греческого «теле» — «даль» и «скопейн» — «смотреть»).

1645 г.: Антон Мария Ширлей де Рейта построил один из первых телескопов.

1789 г.: Витьям Гершель сконструировал офомный зеркальный телескоп с диаметром зеркала 122 см.

1894 г.: Эрнст Аббе создал первый удобный в применении нолевой бинокль.

Трудно сказать, кто первый изобрел телескоп. Известно, что еще древние употребляли увеличительные стекла. Дошла до нас и легенда о том, что якобы Юлий Цезарь во время набега на Британию с берегов Галлии рассматривал в подзорную трубу туманную британскую землю. Роджер Бэкон, один из наиболее замечательных ученых и мыслителей XIII века, в одном из своих трактатов утверждал, что он изобрел такую комбинацию линз, с помощью которой отдаленные предметы при рассматривании их кажутся близкими.

Так ли это было в действительности - неизвестно. Бесспорно, однако, что в самом начале XVII века в Голландии почти одновременно об изобретении подзорной трубы заявили три оптика - Липперсгей, Мециус и Янсен. Рассказывают, что будто бы дети одного из оптиков, играя с линзами, случайно расположили две из них так, что далекая колокольня вдруг показалась близкой. Как бы там ни было, к концу 1608 года первые подзорные трубы были изготовлены и слухи об этих новых оптических инструментах быстро распространились по Европе.

В Падуе в это время уже пользовался широкой известностью Галилео Галилей, профессор местного университета, красноречивый оратор и страстный сторонник учения Коперника. Услышав о новом оптическом инструменте, Галилей решил собственноручно построить подзорную трубу. Сам он рассказывает об этом так:

«Месяцев десять тому назад стало известно, что некий фламандец построил перспективу, при помощи которой видимые предметы, далеко расположенные от глаз, становятся отчетливо различимы, как будто они находятся вблизи. Это и было причиной, по которой я обратился к изысканию оснований и средств для изобретения сходного инструмента. Вскоре после этого, опираясь на учение о преломлении, я постиг суть дела и сначала изготовил свинцовую трубу, на концах которой я поместил два оптических стекла, оба плоских с одной стороны, с другой стороны одно стекло выпукло-сферическое, другое вогнутое».

Этот первенец телескопической техники давал увеличение всего в три раза. Позже Галилею удалось построить более совершенный инструмент, увеличивающий в 30 раз. И тогда, как пишет Галилей, «оставив дела земные, я обратился к небесным».

7 января 1610 года навсегда останется памятной датой в истории человечества. Вечером этого дня Галилей впервые направил построенный им телескоп) на небо. Он увидел то, что предвидеть заранее было невозможно. Луна, испещренная горами и долинами, оказалась миром, сходным хотя бы по рельефу с Землей. Планета Юпитер предстала перед глазами изумленного Галилея крошечным диском, вокруг которого обращались четыре необычные звездочки - его спутники. Картина эта в миниатюре напоминала Солнечную систему по представлениям Коперника. При наблюдениях в телескоп планета Венера оказалась похожей на маленькую Луну. Она меняла свои фазы, что свидетельствовало о ее обращении вокруг Солнца. На самом Солнце (закрыв глаза темным стеклом) Галилей увидел черные пятна, опровергнув тем самым общепринятое учение Аристотеля о «неприкосновенной чистоте небес». Эти пятна смещались по отношению к краю Солнца, из чего Галилей сделал правильный вывод о вращении Солнца вокруг оси.

В темные прозрачные ночи в поле зрения галилеевского телескопа было видно множество звезд, недоступных невооруженному глазу. Некоторые туманные пятна на ночном небе оказались скопищами слабо светящихся звезд. Великим собранием скученно расположенных звездочек оказался и Млечный Путь - беловатая, слабо светящаяся полоса, опоясывающая все небо.

Несовершенство первого телескопа помешало Галилею рассмотреть кольцо Сатурна.

Вместо кольца он увидел по обе стороны Сатурна два каких-то странных придатка и в своем «Звездном вестнике» - дневнике наблюдений - Галилеи был вынужден записать, что «высочайшую планету» (то есть Сатурн) он «тройною наблюдал».

Открытия Галилея положили начало телескопической астрономии. Но его телескопы (рис. 11), утвердившие, окончательно новое коперниканское мировоззрение, были очень несовершенны. Уже при жизни Галилея им на смену пришли телескопы несколько иного типа. Изобретателем нового инструмента был уже знакомый нам Иоганн Кеплер. В 1611 году в трактате «Диоптрика» Кеплер дал описание телескопа, состоящего из двух двояковыпуклых линз. Сам Кеплер, будучи типичным астрономом-теоретиком, ограничился лишь описанием схемы нового телескопа, а первым, кто построил такой телескоп и употребил его для астрономических целей, был иезуит Шейнер, оппонент Галилея в их горячих спорах о природе солнечных пятен.

Рассмотрим оптические схемы и принцип действия галилеевского и кеплеровского телескопов . Линза А, обращенная к объекту наблюдения, называется объективом, а та линза В , к которой прикладывает свой глаз наблюдатель - окуляром. Если линза толще посередине, чем на краях, она называется собирательной или положительной, в противном случае - рассеивающей или отрицательной. Заметим, что в телескопе самого Галилея объективом служила плоско-выпуклая линза, а окуляром - плоско-вогнутая. По существу, галилеевский телескоп был прообразом современного театрального бинокля, в котором используются двояковыпуклые и двояковогнутые линзы. В телескопе Кеплера и объектив и окуляр были положительными двояковыпуклыми линзами.

Представим себе простейшую двояковыпуклую линзу, сферические поверхности которой имеют одинаковую кривизну. Прямая, соединяющая центры этих поверхностей, называется оптической осью линзы. Если на такую линзу падают лучи, идущие параллельно оптической оси, они, преломляясь в линзе, собираются в точке оптической оси, называемой фокусом линзы. Расстояние от центра линзы до ее фокуса называют фокусным расстоянием. Нетрудно сообразить, что чем больше кривизна поверхностей собирательной линзы, тем меньше ее фокусное расстояние. В фокусе такой линзы всегда получается действительное изображение предмета.

Иначе ведут себя рассеивающие, отрицательные линзы. Падающий на них параллельно оптической оси пучок света они рассеивают и в фокусе такой линзы сходятся не сами лучи, а их продолжения. Потому рассеивающие линзы имеют, как говорят, мнимый фокус и дают мнимое изображение.

На рис. 12 показан ход лучей в галилеевском телескопе. Так как небесные светила, практически говоря, находятся «в бесконечности», то изображения их получаются в фокальной плоскости, то есть в плоскости, проходящей через фокус F и перпендикулярной к оптической оси. Между фокусом и объективом Галилей поместил рассеивающую линзу, которая давала мнимое, прямое и увеличенное изображение MN.

Главным недостатком галилеевского телескопа было очень малое поле зрения - так называют угловой поперечник кружка неба, видимого в телескоп. Из-за этого наводить телескоп на небесное светило и наблюдать его Галилею было очень трудно. По той же причине галилеевские телескопы после смерти их изобретателя в астрономии не употреблялись и их реликтом можно считать современные театральные бинокли.

В кеплеровском телескопе (см. рис. 12) изображение CD получается действительное, увеличенное и перевернутое. Последнее обстоятельство, неудобное при наблюдениях земных предметов, в астрономии несущественно - ведь в космосе нет какого-то абсолютного верха или низа, а потому небесные тела не могут быть повернутыми телескопом «вверх ногами».

Первое из двух главных преимуществ телескопа - это увеличение угла зрения, под которым мы видим небесные объекты. Как уже говорилось, человеческий глаз способен в отдельности различать две части предмета, если угловое расстояние между ними не меньше одной минуты дуги. Поэтому, например, на Луне невооруженный глаз различает лишь крупные детали, поперечник которых превышает 100 км. В благоприятных условиях, когда Солнце затянуто облачной дымкой, на его поверхности удается рассмотреть самые крупные из солнечных пятен. Никаких других подробностей невооруженный глаз на небесных телах не видит. Телескопы же увеличивают угол зрения в десятки и сотни раз.

Второе преимущество телескопа по сравнению с глазом заключается в том, что телескоп собирает гораздо больше света, чем зрачок человеческого глаза, имеющий даже в полной темноте диаметр не больше 8 мм. Очевидно, что количество света, собираемого телескопом, во столько раз больше того количества, которое собирает глаз, во сколько площадь объектива больше площади зрачка. Иначе говоря, это отношение равно отношению квадратов диаметров объектива и зрачка.

Собранный телескопом свет выходит из его окуляра концентрированным световым пучком. Наименьшее его сечение называется выходным зрачком . В сущности, выходной зрачок - это изображение объектива, создаваемое окуляром. Можно доказать, что увеличение телескопа (то есть увеличение угла зрения по сравнению с невооруженным глазом) равно отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра. Казалось бы, увеличивая фокусное расстояние объектива и уменьшая фокусное расстояние окуляра, можно достичь любых увеличений. Теоретически это так, но практически все выглядит иначе. Во-первых, чем больше употребляемое в телескопе увеличение, тем меньше его поле зрения. Во-вторых, с ростом увеличения становятся все заметнее движения воздуха. Неоднородные воздушные струи размазывают, портят изображение и иногда то, что видно при малых увеличениях, пропадает для больших. Наконец, чем больше увеличение, тем бледнее, тусклее изображение небесного светила (например, Луны). Иначе говоря, с ростом увеличения хотя и видно больше подробностей на Луне, Солнце и планетах, но зато уменьшается поверхностная яркость их изображений. Есть и другие препятствия, мешающие применять очень большие увеличения (например, в тысячи и в десятки тысяч раз). Приходится искать некоторый оптимум и потому даже в современных телескопах, как правило, наибольшие увеличения не превосходят нескольких сотен раз.

При создании телескопов со времен Галилея придерживаются следующего правила: выходной зрачок телескопа не должен быть больше выходного зрачка наблюдателя. Легко сообразить, что в противном случае часть света, собранного объективом, будет напрасно потеряна. Очень важной величиной, характеризующей объектив телескопа, является его относительное отверстие, то есть отношение диаметра объектива телескопа к его фокусному расстоянию. Светосилой объектива называется квадрат относительного отверстия телескопа. Чем «светосильнее» телескоп, то есть чем больше светосила его объектива, тем более яркие изображения объектов он дает. Количество же света, собираемого телескопом, зависит лишь от диаметра его объектива (но не от светосилы!). Из-за явления, именуемого в оптике дифракцией, при наблюдениях в телескопы яркие звезды кажутся небольшими дисками, окруженными несколькими концентрическими радужными кольцами. Разумеется, к настоящим дискам звезд дифракционные диски никакого отношения не имеют.

В заключение сообщим читателю основные технические данные о первых галилеевских телескопах. Меньший из них имел диаметр объектива 4 см при фокусном расстоянии 50 см (его относительное отверстие было равно 4/50 = 0,08). Он увеличивал угол зрения всего в три раза. Второй, более совершенный телескоп, с помощью которого Галилей совершил свои великие открытия, имел объектив диаметром 4,5 см при фокусном расстоянии 125 см и давал увеличение в 34 раза. При наблюдениях в этот телескоп Галилей различал звезды до 8-й звездной величины, то есть в 6,25 раз более слабые, чем те, которые еле видит на ночном небе невооруженный глаз.

Таково было скромное начало развернувшегося позже «чемпионата» телескопов - длительной борьбы за усовершенствование этих главных астрономических инструментов.