От простейшего телескопа до «Джеймса Уэбба» всего за 400 лет

Сидя ночью на рыбалке, я рассматривал звездное небо. Большие и маленькие, яркие и тусклые - россыпь звезд переливалась по небосводу. Казалось, что их там десятки тысяч, а может миллионы. Сколько же их там? К моему большому удивлению оказалось, что человеческий глаз видит около 5 тысяч звезд. Даже люди с орлиным зрением видят немногим более и рассмотреть что-то без телескопа совершенно невозможно. И тут возникает вопрос: кто вообще придумал телескоп? Где это произошло и когда? Давайте окунемся в историю и посмотрим чего мы достигли.

Простейший телескоп состоит из двух линз, сделанных из стекла. Точно неизвестно, когда и где научились выплавлять стекло, но историки говорят, что в Древнем Египте более 5.5 тыс лет назад. Оно было черного, зеленого, синего цвета, одним словом цветным. А вот прозрачное стекло, подходящее для оптики, первыми научились изготавливать сирийские ремесленники примерно во втором столетии до н.э. Любопытно, но целых 16 веков человечество знало и умело выплавлять стекло и никто не додумался сделать элементарную подзорную трубу. И аж в 15 веке Леонардо да Винчи в своих черновиках делает первые зарисовки схемы телескопа, про которые мир узнает спустя 300 лет. Через столетие после да Винчи, в 1589 г. некий неаполитанец Джован Баттиста Порта публикует в семнадцатой книге трактата схемы построения линз, с помощью которых любой может видеть очень далеко. Он предложил расположить на расстоянии две линзы: объектив - выпуклая линза и окуляр - вогнутая рассеивающая линза. Однако ни Леонардо, ни Баттиста так и не приступили к практике постройки телескопа. Возможно, оба подсмотрели идею у восточных мореходцев и описали в своих трудах. Правда ли это, история умалчивает.

А вот история создания первого работающего телескопа туманна и противоречива, одни приписывают пальму первенства голландскому мастеру Захарию Янсену, другие его соотечественнику и коллеге Иоанну Липперсгею. Как додумался до устройства Янсен неизвестно, а вот Липперсгей утверждал, что подсмотрел идею у играющих детей - якобы они рассматривали башню церкви через две линзы. Он же и подал заявку на патент изобретения в 1608 году, но ему отказали по причине, что другие мастера тоже сделали такие устройства. Кто же был первым -оставалось неясным, пока в 1655 году городской совет Мидделбурга, проведя расследование с опросом свидетелей, заключил, что первые телескопы стали изготавливать городские ремесленники около 1605 года и поэтому ни один из них не является первооткрывателем телескопа. Однако, в 2008 году Янсен и Липперсгей поделили честь открытия телескопа. Произошло это в Нидерландах на праздновании 400-летия изобретения телескопа.

Почему же при вопросе о первом телескопе все сразу вспоминают про Галилео? Дело в том, что он первый направил телескоп в небо и открыл астрономию как науку. Все началось весной 1609 года - Галилео Галилей узнает об устройстве телескопа и собственноручно делает свой с трехкратным увеличением. Каково же было его изумление, когда на Луне он увидел кратеры, а на Солнце солнечные пятна. Продолжая свои наблюдения, он пишет книгу «Звёздный вестник», изданную в Венеции в 1610 году и произвевшую фурор в Европе. Слава телескопа разносится далеко за пределы Венеции и многие обеспеченные особы заказывают себе телескоп. Галилей становится самым знаменитым ученым. На волне успеха он собирает следующий телескоп с увеличением уже в 32 раза. С помощью его он открывает спутники Юпитера (Европу, Ио, Каллисто и Ганимед), кольца Сатурна (правда он так и не смог понять, что это кольца), подробно описывает Луну, открывает фазы Венеры, а изучая Млечный путь доказал, что он состоит из скопления множества звезд. Одним словом человек с фантастическим трудолюбием и незаурядными умственными способностями, сумевший с помощью такого примитивного телескопа сделать огромное количество открытий.

Телескоп Галилея страдал большим недостатком – хроматические аберрации. Они сильно снижали четкость картинки. Понадобилось полстолетия, чтобы улучшить этот параметр. Был солнечный день, когда 25 летний Исаак Ньютон рассматривал разложение света на цвета через призму, как у него мелькнула мысль, что в линзе происходит двойное преломление света и он разлагается на спектры, а что если вместо линзы поставить зеркало? Сказано – сделано. В итоге, в 1668 году появляется первый в истории рефлектор Ньютона. Длиной он был 15 см и диаметром 33 мм. Хотя изображение было нечетким и блеклым, телескоп все же позволял увидеть спутники Юпитера, называемые Галилеевы. К постройке следующего телескопа он отнесся более щепетильно, гораздо лучше отполировав зеркало, он получил изображение с 40 кратным увеличением отличного качества. Этот телескоп так понравился Карлу II, что он зачисляет Ньютона в ряды Королевского общества. Рефлектор Ньютона стал предметом гордости Англии и признан как лучший телескоп на тот момент.

В последующие годы разразилась ”война телескопов”. Размеры зеркал росли, они становились все дороже и ненадежней. Апогеем стал огромный телескоп «Левиафан» с зеркалом диаметром 183 см. Но из-за проблем с эксплуатацией главного зеркала, которое постоянно меняло форму из-за перепадов температур, он почти не отличался качеством изображения от своих меньших аналогов. Что касается обычных телескопов рефракторов , то после открытия технологии изготовления линз из двух сортов стекла, убирающая аберрации почти полностью, их также пытались укрупнить. Так в 1897 году в Йеркской обсерватории открылся крупнейший, причем до сих пор, телескоп с главной линзой 102 см в диаметре. Все остальные попытки превзойти его завершились провалом. Линзы были настолько тяжелы, что прогибались под своим весом.

В ХХ веке, с открытием новых технологий отливки стекла, начался бум зеркальных телескопов. С постройкой в 1917 г. 2.54-метрового телескопа Хукера, американцы забирают пальму первенства у европейцев себе. Кстати на нем работал знаменитый Эдвин Хаббл, открывший космологический закон, описывающий расширение Вселенной. Чуть позже в 1948 г. в Паломарской обсерватории вводится в строй 5 метровый телескоп Джорджа Хейла. И тут вступает в гонку Советский Союз. В ответ на 5 метровый телескоп строится 6 метровый в 1975 году. Называется он БТА - большой телескоп азимутальный. Правда по качеству он был практически равен паломарскому. Это был самый большой телескоп в мире с монолитным зеркалом до 1998 года, когда был открыт первый из четырех телескопов комплекса VLT c диаметром 8.2 м. Среди оптических телескопов европейский VLT является самым большим на Земле по общей площади зеркал, и имеет наибольшую разрешающую способность в мире.

И все же, несмотря на изобретение активной оптики и фасеточных зеркал, главным препятствием заглянуть дальше в космос является атмосфера Земли. С развитием ракетостроения и цифровых технологий, у человечества появилась возможность запустить телескоп в космос. Самым знаменитым оптическим телескопом в мире является «Хаббл», который был выведен на орбиту 24 апреля 1990 года, с помощью шаттла «Дискавери». Проработав на орбите более 30 лет, он сделал несколько миллионов снимков и на основе данных его наблюдений сделано тысячи открытий, в том числе удостоенные Нобелевской премии. И это несмотря на сравнительно небольшой размер зеркала 2.4 метра.

На смену «Хабблу» 25 декабря 2021 года с космодрома Куру был успешно запущен космический телескоп «Джеймс Уэбб". Благодаря новейшей аппаратуре и большому 6.5 м сегментированному зеркалу, он поможет ученым заглянуть на миллиарды лет в прошлое, увидеть Вселенную какой она была через 200 млн лет от Большого взрыва и рассмотреть как появлялись самые первые звезды. Новый телескоп работает не в видимом диапазоне, а в инфракрасном. Дело в том, что по сравнению с видимым излучением, инфракрасные волны значительно длиннее и практически не рассеиваются космической пылью, поэтому мы можем заглянуть куда дальше за межзвездные облака и туманности. Первые снимки полученные были продемонстрированы в июле 2022 года. Они получились потрясающе четкими. Посмотреть сравнение снимков с разных телескопов можно на интерактивном сайте, созданном американским астрономическим обществом WorldWide Telescope. Сегодня «Уэбб» самый мощный инструмент в мировой науке. Вот так за четыре столетия, благодаря великим ученым мы проделали сложный путь от примитивного телескопа до космического, который поможет нам раскрыть многие тайны Вселенной.