Впоследствии, когда развитие оптического стекловарения позволило создавать вполне удовлетворительное стекло с заданными свойствами, появился ахроматический рефрактор. Его объектив состоит из двух линз — положительной и отрицательной, выполненных из разных сортов стекла с различными показателями преломления. При этом хроматизм линз взаимно уничтожается — к сожалению, не полностью. Тем не менее ахроматические рефракторы уже не столь чудовищно длинны, как их однолинзовые предшественники. Нормальным считается относительное фокусное расстояние (отношение диаметра объектива к его фокусному расстоянию), равное 1:15 или даже немного больше.
Однако еще в 1616 году французский математик Н. Цукки предложил заменить собирающую линзу объектива на вогнутое зеркало. В 1663 году Джеймс Грегори придумал схему зеркального телескопа-рефлектора, названную впоследствии его именем. В 1668 году Исаак Ньютон изготовил зеркальный телескоп своей собственной системы, а в 1672 году была предложена оптическая система Кассегрена. Последние две системы остаются популярными и в наши дни, а модификация телескопа Кассегрена, известная под именем системы Ричи- Кретьена, оказалась настолько удачной, что крупнейшие современные телескопы, например два телескопа им. Кека с 9,8-м зеркалом каждый, построены именно по этой оптической схеме (рис. 5).
В телескопе Ньютона главное зеркало параболическое (при малом относительном отверстии годится и сфера), а вторичное, отбрасывающее пучок света за пределы трубы, — плоское. В телескопе Грегори вторичное зеркало имеет форму вогнутого эллипсоида вращения, а в телескопе Кассегрена — выпуклого гиперболоида. В телескопе Ричи-Кретьена оба зеркала — гиперболические.
21
— Часть I —
Сейчас для зеркал используют стекло или, еще лучше, ситалл, на оптически точную поверхность которого напыляют тонкий слой алюминия. Но так было не всегда. Технология напыления и даже более ранняя технология химического серебрения зеркал появились относительно (по сравнению с веками истории наблюдательной астрономии) недавно. Первоначально зеркала изготавливались из особой астрономической бронзы. Рецепт ее держался мастерами в секрете. Выдающийся астроном и телеско- построитель Уильям Гершель (1738-1822) произвел сотни опытов, прежде чем выплавил подходящую бронзу, пригодную для шлифовки и полировки астрономических зеркал. Крупнейший из построенных им телескопов был для того времени настоящим монстром: диаметр зеркала 1,25 м, фокусное расстояние 12 м, масса главного зеркала свыше 1,2 т.
А что же рефракторы? Наибольший из них имеет диаметр объектива 102 см. «Звездный час» рефракторов пришелся на конец XIX века, после чего они «сдали» нишу крупнейших
22
— Чем и как изучают Вселенную —
инструментов рефлекторам. Уж очень рефракторы длинны! Пулковский рефрактор при 75-см объективе имеет длину около 13 м. При объективе диаметром 5 м, вполне рядовом для крупных современных рефлекторов, рефрактор имел бы длину трубы под юо м! Нечего и говорить, что купол для такого телескопа, не говоря уже о монтировке, никогда не будет построен. Кроме того, прогиб стекла под собственным весом превысил бы допустимую величину, а скомпенсировать его оказалось бы технически невозможно.
Кстати о прогибах. Идеальная, с точки зрения астронома, поверхность оптики должна иметь уровень возможных отклонений не более 1/8 длины световой волны (критерий Рэлея). Для волны длиной 555 нм, соответствующей максимальной чувствительности сетчатки человеческого глаза, отклонение реальной оптической поверхности от идеальной не должно превышать 0,07 мкм. Для телескопов, работающих в ультрафиолетовом диапазоне, допуск еще строже. Получить поверхность такой точности само по себе не просто, однако надо еще добиться, чтобы прогиб главного зеркала телескопа под собственным весом укладывался в эту величину. Приходится конструировать схемы его «разгрузки» на множество точек. Даже скромное 150-мм зеркало любительского телескопа для разгрузки на 3 равноудаленные от центра точки должно иметь толщину не менее 20 мм — в противном случае придется использовать разгрузку на 6 или 9 точек. Что уж говорить о многотонных крупных зеркалах! В 6-м 40-т зеркале БТА со временем проявился еще один неприятнейший дефект: изменение фигуры зеркала из-за текучести стекла, которое, как известно, материал аморфный и может «течь», подобно жидкости, особенно под действием больших нагрузок. В крупных телескопах более поздней постройки применяют значительно более легкие и тонкие зеркала, лежащие на подвижных штырях, управляемых компьютером (адаптивная оптика). Самые же крупные телескопы, уже существующие или только проектируемые, нередко имеют составные зеркала по типу пчелиных сот