Владимир Сурдин - Разведка далеких планет

• Название: Разведка далеких планет
• Автор: Владимир Сурдин
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2011
• ISBN: 978-5-9221-1288-8

Мечта каждого астронома — открыть новую планету. Раньше это случалось редко: одна — две за столетие. Но в последнее время планеты открывают часто: примерно по одной большой планете в неделю, ну а мелких — по сотне за ночь! В книге рассказано о том, как велись и ведутся поиски больших и маленьких планет в Солнечной системе и вдали от нее, какая техника для этого используется, что помогает и что мешает астрономам в этой работе. Рассказано, как дают планетам имена и какие открытия ждут нас впереди. В приложении приведены точные данные о планетах, созвездиях и крупнейших телескопах.

Книга предназначена старшеклассникам, учителям и студентам, а также всем любителям астрономии.

На лицевой стороне переплета: Меркурий, Венера и Луна над австралийским комплексом радиотелескопов АТСА (Australia Telescope Compact Array) близ города Наррабри, Новый Южный Уэльс. Фото: Graeme L. White и Glen Cozens.

На обратной стороне переплета: телескоп «Вильям Гершель» диаметром 4,2 м, установленный на о. Пальма (Канарские о-ва). Лазерный луч используется для работы системы адаптивной оптики.

На форзаце: возможно, так с высоты птичьего полета выглядит поверхность Тритона, крупнейшего спутника Нептуна. Справа — планета, слева вдали — Солнце. Рисунок: ESO/Calgada L.

На нахзаце: возможно, так выглядит поверхность Плутона, покрытая наледями замерзшего метана. Слева — Харон, справа — Солнце, которое светит там в 1000 раз слабее, чем на Земле. Рисунок: ESO/Calgada L.

---

Около 1663 г. Исаак Ньютон начал свои знаменитые опыты по отражению и преломлению света, в ходе которых он ясно понял различие между сферической и хроматической аберрацией. Однако он ошибочно полагал, что все вещества обладают одинаковой силой преломления, из чего заключил, что невозможно сделать линзовую систему, свободную от хроматической аберрации. (На самом деле — можно, если использовать линзы из разных сортов стекла.) Сделав такой вывод, Ньютон обратился к зеркальным системам, поскольку лучи любого цвета отражаются от зеркала одинаково. Вообще говоря, зеркальные телескопы предлагались и до Ньютона. Я уже упоминал об идеях Цукки и Мерсенна. Около 1664 г. Джеймс Грегори предложил телескоп с главным параболическим зеркалом и вспомогательным эллиптическим.

Эта схема была свободна не только от хроматической, но и от сферической аберрации. Однако изготовить столь сложные зеркальные поверхности Грегори не смог.

Ньютон разработал методы шлифовки и полировки сложных зеркал. В 1668 г. он построил первый телескоп — рефлектор длиной всего 16 см с параболическим зеркалом диаметром 3,1 см. Упростив схему Грегори, он с помощью маленького плоского зеркала вывел фокус главного зеркала наружу сквозь отверстие в трубе телескопа. Такая конструкция тоже свободна от сферической аберрации. Ньютон делал зеркала из оптической бронзы или спекулума — сплава меди с оловом, имевшего блеск, сравнимый с блеском серебра. К сожалению, этот сплав из‑за присутствия меди быстро тускнеет и требует переполировки. Но его использовали для астрономических зеркал вплоть до 1850 г., когда изобрели метод серебрения стекла.

Таблица 3.1

Открытия спутников планет в XVII‑XIX вв.

Автор открытия Год Планета Спутник Блеск Радиус, км Галилео Галилей, 1610 Юпитер Ио 5,0m 1822 Симон Марий Европа 5.3 1561 Ганимед 4.6 2634 Каллисто 5.7 2410 Христиан Гюйгенс 1655 Сатурн Титан 8,3 2 575 Джованни Кассини 1671 Япет 10-12 736 1672 Рея 9,7 764 1684 Тефия 10,2 533 Диона 10,4 562 Вильям Гершель 1787 Уран Титания 13.9 788 Оберон 14.1 761 1789 Сатурн Мимас 12.9 198 Энцелад 11.7 252 Уильям Ласселл 1846 Нептун Тритон 13,5 1353 У. и Дж. Бонд, У. Ласселл 1848 Сатурн Гиперион 14,4 135 Уильям Ласселл 1851 Уран Ариэль 13,7 579 Умбриэль 14,5 585 Асаф Холл 1877 Марс Фобос 11.3 11 Деймос 12.4 6 Эдуард Барнард 1892 Юпитер Амальтея 14,1 83 Уильям Пикеринг 1899 Сатурн Феба 16,5 107

Рефлектор иной системы, также свободной от сферической аберрации, предложил в 1672 г. француз Гийом Н. Кассегрен, о котором мало что известно. И хотя Ньютон резко критиковал эту конструкцию, она широко используется до сих пор. Главное зеркало в ней параболическое, а вторичное зеркало выпуклое гиперболическое. Свет выходит сквозь центральное отверстие в главном зеркале.

Для XVIII в. характерен быстрый прогресс в изготовлении рефлекторов. Английский оптик Джон Хэдли (Гадлей, 1682–1744) первым использовал оптический метод контроля формы зеркала. Шотландский оптик и астроном Джеймс Шорт (1710–1768) построил множество прекрасных телескопов по схеме Грегори. А Вильям Гершель с помощниками создал в 1789 г. крупнейший по тем временам телескоп с зеркалом диаметром 126 см и фокусным расстоянием 12 м; с этим «Великим 40–футовым» мы уже познакомились в главе 2. Заметим, что в нем впервые было реализовано наблюдение в главном фокусе, смещенном к краю апертуры (система Ломоносова — Гершеля). После изобретения фотографии наблюдение в главном фокусе стало нормой.

Но и до появления фотопластинки большие рефлекторы уверенно демонстрировали свое главное преимущество — высокую проницающую способность, то есть позволяли замечать тусклые объекты. Вильям Гершель с помощью своего любимого «Большого 20–футового» диаметром 18 дюймов в 1787 г. открыл спутники Урана — Титанию и Оберон, имеющие блеск около 14m. До этого астрономы замечали спутники с блеском не слабее 11m, и вдруг — скачок сразу на три звездные величины (табл. 3.1). Результат Гершеля немного улучшил другой любитель астрономии — английский пивовар Уильям Ласселл (1799–1880), построивший близ Ливерпуля рефлектор диаметром 24 дюйма. И это было вполне закономерно: используя зеркало почти вдвое большей площади, он и продвинутся к вдвое более тусклым объектам. При этом Ласселл повторил рекорды Галилея, Кассини и Гершеля — открыл 4 спутника (он обнаружил Гиперион независимо от американских астрономов отца и сына Бондов). Любопытно, что вслед за Гершелем и лордом Россом Ласселл в 1855 г. тоже построил огромный 48–дюймовый рефлектор. Понимая, что Англия — не лучшее место для астрономических наблюдений, Ласселл установил свой гигантский инструмент в прекрасном районе — на острове Мальта. Однако, как и его предшественники, он не обнаружил новых спутников. Для этого требовался новый технологический рывок.

Фактически прорыв Гершеля не был превзойден в течение столетия. Лишь в самом конце XIX в. американский астроном Уильям Пикеринг смог продвинуться еще на две звездных величины, обнаружив спутник Сатурна Фебу, но дело тут было не в качестве телескопа: Феба стала первым спутником, открытым с помощью фотографии. Вообще говоря, этот факт обескураживает: фотоэмульсия обладает неоспоримым преимуществом перед нашим зрением: она может долго накапливать свет тусклых звезд. Почему же в течение полувека развития фотографии глаз выдерживал конкуренцию с фотокамерой?

Глаз и телескоп

Вначале этой главы мы уже говорили об особенностях зрения. Если продолжить сравнение нашего глаза с оптической техникой, созданной человеком, то придется перевести разговор со старых фотоаппаратов на современные видеокамеры. Наши глаза, как хорошая камера, имеют собственный «процессор», передающий в мозг уже частично проанализированную и исправленную картину увиденного. У электронных устройств есть система стабилизации изображения, делающая незаметным дрожание рук оператора — глаз тоже имеет систему, которая стремится сделать незаметными для нас дрожание головы и глазного яблока, смазывающее «картинку». Эта же система работает при визуальном наблюдении в телескоп: наше зрение компенсирует атмосферное дрожание и размытие изображения, чего фотокамера делать не умеет. Точнее, не умела до недавних пор, но об этом чуть позже.