К концу XVIII в. в распоряжении астрономов были довольно мощные телескопы – рефлекторы (с зеркалом в качестве элемента, собирающего свет) и рефракторы (с системой линз), а также хорошая теоретическая база. Небесная механика Ньютона была развита другими учеными, это позволило вести довольно точные расчеты движения планет, звезд и других космических тел.
Самый большой для своего времени телескоп построил Уильям Гершель, диаметры его зеркал были больше метра. При помощи этого грандиозного прибора Гершель расширил границы Солнечной системы, открыв седьмую по счету планету, Уран. Кроме того, ему принадлежит честь обнаружения спутников Урана и нескольких новых спутников Сатурна. Мощный телескоп позволил Гершелю обнаружить более двух тысяч новых туманностей, увидеть, что непонятные полосы на Юпитере – это облака, а снежная шапка Марса меняет размер в течение сезона.
Занимаясь исследованием солнечного спектра, астроном сделал случайное открытие – обнаружил инфракрасное излучение. Началось все с того, что он хотел найти цветной фильтр, при помощи которого можно было бы смотреть на Солнце без вреда для глаз. Он заметил, что под воздействием солнечного света фильтры нагреваются, причем с разной интенсивностью. Тогда он при помощи призмы разложил свет на спектр и термометром измерил температуру каждого цвета. Выяснилось, что самый горячий участок располагается за границей красного цвета. Значит, лучи нашего светила – это не просто свет, а еще и тепловое излучение, которое не видно невооруженным глазом. Этот вывод Гершеля заложил основы изучения инфракрасных лучей, что впоследствии позволило совершить многие астрономические открытия.
XIX в. был временем бурного развития астрономической науки. Для наблюдений использовалась фотография, фотометрия (раздел оптики, занимающийся измерением поля излучения), спектральный анализ, позволяющий определить химический состав небесных объектов, и многие другие передовые методы. Благодаря спектральному анализу ученые доказали, что все объекты Солнечной системы – Солнце, планеты, спутники – состоят из схожего вещества, а значит, имеют единую природу.
Многие астрономы были уверены, что открыты далеко не все планеты Солнечной системы, их гораздо больше семи. Долгое время считалось, что между Марсом и Юпитером есть еще одна планета; впоследствии выяснилось, что это пояс астероидов. Новая планета, Нептун, все же была обнаружена. Это произошло в 1846 г. Последняя из планет нашей системы, Плутон, попала в объективы телескопов уже в XX в., в 1930 г.
В 1842 г. Кристиан Доплер открыл физический эффект, позже названный его именем. Он вывел следующую закономерность: чем ближе к наблюдателю источник света, тем выше его наблюдаемая частота. Этот эффект позволил определять, в каком направлении движутся небесные объекты, а также рассчитывать их скорость и координаты.
Разделение Земли на часовые пояса, с учетом местного солнечного времени и вращения планеты вокруг оси, также произошло в XIX в. Это было одно из событий, связывающих космические законы с закономерностями жизни на Земле.
1.5. Инструменты астрономов: эволюция телескопов и новейшие методы дистанционного изучения космоса
Телескоп, созданный Галилеем, представлял собой простую трубку с линзами, которая позволяла приближать объекты в несколько раз. Приборы такого типа позже стали называть рефракторами. Сегодня нечто подобное телескопу Галилея можно увидеть в театре – театральные бинокли очень похожи на первые образцы, сделанные в XVII в. Галилеем.
Первые усовершенствования телескопа касались его размеров. Сначала он «рос» в ширину, астрономы пытались увеличить приближение объектов, используя более крупные линзы. Главным недостатком рефракторных телескопов была хроматическая аберрация – размытость, нечеткость изображения и появление на нем цветных пятен и полос. Чтобы ее уменьшить, телескопы стали делать более длинными; приборы могли достигать нескольких десятков метров. Революционное решение проблемы четкости нашел Исаак Ньютон: вместо собирающей свет линзы он стал использовать зеркало. Так в начале XVIII в. появился рефлекторный телескоп.
В конце XVIII в. были созданы двухлинзовые объективы для рефракторов, и проблема хроматической абберации была решена. Следующий прорыв состоялся через 100 лет, когда для зеркала рефлекторов стали использовать стекло. Это позволило строить телескопы с огромными зеркалами, дающими значительное увеличение. Начало XX в. ознаменовалось строительством крупных обсерваторий по всему миру, диаметр телескопов-рефлекторов в них достигал 2,5 м.