Самым большим недостатком телескопа Галилея Рингвуд считает его малое поле зрения – всего 10′, или
1
3
D)m
m
Рис. 1.25. Телескопы Галилея, хранящиеся в Музее истории науки (Флоренция).
При наблюдении Луны телескоп показал себя неплохо. В него удалось разглядеть даже больше деталей, чем было зарисовано Галилеем на его первых лунных картах. «Возможно, Галилей был неважный рисовальщик или его не очень интересовали детали лунной поверхности?» – удивляется Рингвуд. А может быть, опыт изготовления телескопов и наблюдения с ними был у Галилея еще недостаточно велик? Мне кажется, что причина именно в этом. Качество стекол, отполированных Галилеем собственноручно, не может соперничать с качеством современных линз. Ну и, конечно, Галилей не сразу научился смотреть в телескоп. Имея 40-летний опыт визуальных наблюдений, я могу это утверждать.
Кстати, а почему создатели первых зрительных труб – голландцы – не совершили астрономических открытий? Предприняв наблюдения с театральным биноклем (увеличение 2,5–3,5 раза) и с полевым биноклем (увеличение 7–8 раз), вы заметите, что между их возможностями пролегает пропасть. Современный высококачественный 3-кратный бинокль позволяет (при наблюдении одним глазом!) с трудом заметить крупнейшие лунные кратеры; очевидно, что голландская труба с таким же увеличением, но более низким качеством не могла и этого. Полевой бинокль, дающий приблизительно те же возможности, что и первые трубы Галилея, показывает нам Луну во всей красе, со множеством кратеров. Усовершенствовав голландскую трубу, добившись в несколько раз более высокого увеличения, Галилей перешагнул через «порог открытий». С тех пор в экспериментальной науке этот принцип не подводит: если вам удастся улучшить ведущий параметр прибора в несколько раз, вы сделаете открытие.
Безусловно, самым замечательным открытием Галилея явилось обнаружение четырех спутников Юпитера и диска самой планеты. Вопреки ожиданиям, низкое качество телескопа не сильно помешало наблюдениям системы юпитеровых спутников. Рингвуд ясно видел все четыре спутника и смог, как и Галилей, каждую ночь отмечать их перемещение относительно планеты. Правда, не всегда удавалось одновременно хорошо сфокусировать изображение планеты и спутника: очень мешала хроматическая аберрация объектива. А вот что касается самого Юпитера, то Рингвуд, как и Галилей, не смог обнаружить никаких деталей на диске планеты. Слабоконтрастные широтные полосы, пересекающие Юпитер вдоль экватора, оказались полностью замыты в результате аберрации.
Рис. 1.26. Цейссовский театральный бинокль, оформленный в виде очков, – прямой потомок телескопа Галилея.
Очень интересный результат получил Рингвуд при наблюдении Сатурна. Как и Галилей, при увеличении в 33 раза он увидел лишь слабые вздутия («загадочные придатки», как писал Галилей) по бокам планеты, которые великий итальянец, конечно же, не мог интерпретировать как кольцо. Однако дальнейшие эксперименты Рингвуда показали, что при использовании других окуляров с большим увеличением все же можно различить более ясные признаки кольца. Сделай это в свое время Галилей, и открытие колец Сатурна состоялось бы почти на полстолетия раньше и не принадлежало бы Гюйгенсу (1656 г.).
Рис. 1.27. Полевой бинокль – потомок телескопа Кеплера.
Впрочем, наблюдения Венеры доказали, что Галилей быстро стал искусным астрономом. Оказалось, что в наибольшей элонгации фазы Венеры не видны, ибо слишком мал ее угловой размер. И только когда Венера приблизилась к Земле и в фазе 0,25 ее угловой диаметр достиг 45″, стала заметна ее серпообразная форма. В это время ее угловое удаление от Солнца уже было не так велико, и наблюдения оказались затруднены.
Самым же любопытным в исторических изысканиях Рингвуда, пожалуй, явилось разоблачение одного старого заблуждения по поводу наблюдений Галилеем Солнца. До сих пор считалось общепринятым, что в телескоп системы Галилея невозможно наблюдать Солнце, спроецировав его изображение на экран, ибо отрицательная линза окуляра не может построить действительного изображения объекта. Только изобретенный немного позже телескоп системы Кеплера из двух положительных линз дал такую возможность. Считалось, что впервые наблюдал Солнце на экране, помещенном за окуляром, немецкий астроном Кристоф Шейнер (1575–1650). Он одновременно и независимо от Кеплера создал в 1613 г. телескоп аналогичной конструкции.
А как наблюдал Солнце Галилей? Ведь именно он открыл солнечные пятна. Долгое время существовало убеждение, что Галилей наблюдал дневное светило глазом в окуляр, пользуясь облаками как светофильтрами или подкарауливая Солнце в тумане низко над горизонтом. Считалось, что потеря Галилеем зрения в старости частично была спровоцирована именно его наблюдениями Солнца. Однако Рингвуд обнаружил, что и телескоп Галилея может давать вполне приличную проекцию солнечного изображения на экран, причем солнечные пятна видны очень отчетливо. Позже в одном из писем Галилея Рингвуд обнаружил подробное описание наблюдений Солнца путем проекции его изображения на экран. Странно, что этого обстоятельства не отмечали раньше.
Думаю, что каждый любитель астрономии не откажет себе в удовольствии на несколько вечеров «стать Галилеем». Для этого нужно всего лишь сделать галилеев телескоп и попытаться повторить открытия великого итальянца. В детстве я делал из очковых стекол кеплеровы трубы, а лет 15 назад не удержался и соорудил инструмент, похожий на телескоп Галилея. В качестве объектива я использовал насадочную линзу диаметром 43 мм силой в +2 диоптрии, а окуляр с фокусным расстоянием около -45 мм взял от старинного театрального бинокля. Телескоп получился не очень мощный, с увеличением всего в 11 раз, но и у него поле зрения оказалось маленькое, диаметром около 50′, а качество изображения неровное, значительно ухудшающееся к краю. Однако изображения стали значительно лучше при диафрагмировании объектива до диаметра 22 мм, а еще лучше – до 11 мм. Яркость изображений, разумеется, понизилась, но наблюдения Луны от этого даже выиграли.
Как и ожидалось, при наблюдении Солнца в проекции на белый экран мой телескоп действительно давал изображение солнечного диска. Отрицательный окуляр увеличил эквивалентное фокусное расстояние объектива в несколько раз (принцип телеобъектива). Поскольку не сохранилось сведений о том, на каком штативе Галилей устанавливал свой телескоп, я наблюдал, удерживая трубу в руках, а в качестве опоры для рук использовал ствол дерева, забор или раму открытого окна. При 11-кратном увеличении этого было достаточно, но при 30-кратном, мне кажется, у Галилея могли быть проблемы.
Можно считать, что исторический эксперимент по воссозданию первого телескопа удался. Теперь мы знаем, что телескоп Галилея был довольно неудобным и скверным прибором с точки зрения современной астрономии. По всем характеристикам он уступал даже нынешним любительским инструментам. У него было лишь одно преимущество – он был первым, а его создатель Галилей «выжал» из своего инструмента все, что возможно. За это мы чтим Галилея и его первый телескоп.
1.5.2. Прогулки по Луне
Мало кому пришлось и немногим еще придется в ближайшие годы погулять по Луне. Но ведь экскурсия на соседнюю планету может быть и виртуальной. Сегодня «путешествовать» по Луне можно с помощью компьютера, не выходя из дома: детальная масштабируемая карта Луны доступна в интернете (http://www.google.com/moon) и на оптических дисках. Разумеется, это большое удобство – «отправиться к далекой планете» в теплых тапочках и с чашкой чая. Но можете мне поверить: «прогулка по Луне» на свежем воздухе с помощью телескопа даст вам ни с чем не сравнимое удовольствие. Разумеется, чем больше и дороже телескоп, тем интереснее будет прогулка. Но Луна тем и привлекательна, что для первых визитов к ней годится любой оптический прибор. Впрочем, первый «визит» к Луне можно предпринять, даже не вооружая глаз оптикой.
Выберите момент, близкий к полнолунию. Во-первых, вы увидите освещенным почти весь лунный диск. А во-вторых, наблюдать другие объекты в такую ночь почти не имеет смысла: яркий свет полной Луны подавляет слабое свечение звезд и планет. Чтобы быть точным, скажу, что полная Луна в зените создает на поверхности Земли освещенность в 0,25 лк, при которой без труда можно читать крупный типографский шрифт. А безлунное звездное небо освещает Землю с интенсивностью всего лишь в 0,001 лк, то есть в сотни раз слабее.
Рис. 1.28. Рисунок Луны (фаза 0,87), выполненный автором без помощи оптических приборов 7.09.1994.
Для нас, жителей средних широт, имеет значение и сезон года. Наблюдать полную Луну в телескоп удобнее зимой. В это время она значительно дольше видна над горизонтом и поднимается существенно выше к зениту, что делает более тонким слой воздуха между Луной и телескопом. Невооруженным глазом Луну можно наблюдать в любой сезон, но, пожалуй, лучше летом: погода комфортнее и Луна не так высока и поэтому не сильно ослепляет ваше ночное зрение.
Даже не очень зоркий глаз видит своеобразный рисунок на поверхности Луны, так называемый лунный лик (рис. 2.1): крупные темные моря причудливо расположились так, что напоминают добродушное человеческое лицо – глаза, нос, рот… Люди с богатой фантазией утверждают, что выражение этого «лица» меняется: оно кажется им то улыбающимся (у молодой Луны после первой четверти), то испуганным (у старой Луны). Множество красивых мифов и сказаний возникло у разных народов мира в связи с этим обстоятельством. Но вот что странно: среди графического наследия дотелескопических веков мы не находим рисунков или скульптурных изображений лунного лика. А ведь составить грубую карту Луны может каждый из нас без телескопа, даже не имея 100-процентного зрения, как показал опыт автора (рис. 1.28). В целом рисунок верно отражает расположение лунных морей, хотя малые моря Восточного полушария – моря Ясности, Спокойствия, Нектара, Изобилия и Кризисов – слились в одну Я-образную фигуру.
Угловой диаметр лунного диска для земного наблюдателя составляет около 30′. Если принять разрешающую способность зоркого невооруженного глаза равной 1′, то карта Луны, составленная без телескопа, окажется мозаикой размером 30x30 и будет содержать около 700 элементов. Такое изображение Луны мы изготовили искусственно, взяв телескопический снимок лунного диска и ухудшив его качество до разрешения в 1′ (рис. 5.2 слева).
Рис. 1.29. Этот прекрасный снимок Луны получен с помощью старенького телескопа-рефлектора Celestron С8 и цифровой зеркалки Pentax. (Фото с сайта http://en.wikipedia.org/wiki/Astrophotography).
Астрономам дотелескопической эпохи практически удалось достичь этого идеала. Посмотрите на рисунок 5.2 (справа), сделанный английским ученым Вильямом Гильбертом (1540–1603). На нем легко угадывается расположение лунных морей, даже тех, которые не заметны на левом фото. Мельчайшие детали на карте Гильберта действительно имеют размер около 1′.
Вы тоже можете представить себя древним астрономом и попытаться разглядеть мелкие детали на Луне без телескопа. Разумеется, вы без труда отождествите большое темное пятно на ее левом полушарии – Океан Бурь. Приоткрытый «рот» лунного лика, примыкающий к Океану справа снизу – это Море Облаков, а «тень под губой» – Море Влажности. Правый (слева от нас) «глаз» – самое большое образование ударного происхождения на нашем спутнике – Море Дождей. Диаметр этого исполинского бассейна около 1000 км! Другой «глаз» Луны образуют Море Ясности и Море Спокойствия, сливающиеся на наш невооруженный взгляд в одно продолговатое пятно.
Рис. 1.30. На фоне фотографии Луны, искусственно размытой до углового разрешения в 1′, показаны объекты из списка Пикеринга.
Будем считать, что эти детали лунного «лицо» видит каждый человек. Но астроном-наблюдатель должен обладать особой зоркостью и умением видеть, которое приходит с опытом. Например, можете ли вы различить белую полоску, разделяющую Море Ясности и Море Спокойствия? Это горная цепь Гем. А замечаете вы светлое пятно между Морем Дождей и Океаном Бурь? Это кратер Коперник с его лучевой системой. Заметить эти детали под силу не каждому. Своеобразный тест на зоркость предложил американский астроном, известный наблюдатель Луны и планет Уильям Генри Пикеринг (1858–1938). Тест Пикеринга служит для оценки зрительных способностей наблюдателя и состоит в том, чтобы разглядеть на Луне невооруженным глазом как можно больше малозаметных деталей. Всего в списке их 12, и каждый следующий объект увидеть труднее, чем предыдущий. Детальное описание списка Пикеринга вы без труда найдете в интернете в статье Олега Угольникова (2001), а здесь мы кратко ее перескажем.
Проверку своих наблюдательных способностей по «шкале Пикеринга» лучше всего проводить во время вечерних или утренних сумерек, поскольку глубокой ночью Луна выглядит слишком яркой и искать мелкие детали на ее поверхности становится трудно, а днем мелкие детали теряются на ярком фоне неба.
Начнем с самого простого объекта: найдите яркое пятно в Океане Бурь неподалеку от границы с Морем Дождей. Это кратер Коперник с его системой светлых лучей – первый объект списка Пикеринга. Следом за ним идет Море Нектара. Чтобы отыскать его, переведите взгляд на восточное полушарие Луны. Вернувшись на западное полушарие, к югу от Океана Бурь вы обнаружите темное пятнышко – Море Влажности. Если вы сумели выделить его на фоне окружающих морей, значит, вы прошли третий этап теста Пикеринга.
Четвертая цель находится к западу от первой (имеются в виду лунные координаты; на нашем небе это означает «к востоку»). Ваша задача – рядом с Коперником увидеть лучевую систему кратера Кеплер; это светлое пятнышко поменьше и послабее, чем Коперник. А теперь вернитесь на юг, к Морю Влажности. Сможете ли вы разглядеть на его северной стороне светлую возвышенность в районе кратера Гассенди, отделяющую Море Влажности от Океана Бурь? Если эта «высота» взята, то перенесите взгляд в северо-восточную часть диска и отыщите горную систему Гем, которая светлым мысом разделяет Море Ясности и Море Спокойствия. Итак, половина пути пройдена! До этой отметки доберутся практически все, кто будет внимательно рассматривать наш естественный спутник. Но вторая половина пути значительно сложнее!
Море Паров имеет большой размер и было бы легко заметным, но оно теряется на фоне трех исполинских темных пятен – Океана Бурь, Моря Дождей и Моря Ясности. Если вы заметили Море Паров, то прошли седьмую ступень теста Пикеринга. А следующая цель находится в Море Облаков. Вам предстоит отыскать светлую область, окружающую кратер Любинецкий. Эта задачка окажется под силу не каждому наблюдателю!
Ну, а для того чтобы вы смогли продвинуться еще дальше по «тропе Пикеринга», вам потребуется не только отменная острота зрения, но и отличная прозрачность атмосферы. Только в этом случае можно попытаться разглядеть на восточном крае Океане Бурь темную область – Залив Центральный, расположенный точно в центре лунного диска. Только не спутайте эту область с Морем Паров! Десятый объект располагается в восточном полушарии Луны, к юго-западу от Моря Нектара. Это едва заметная темная область рядом с кратером Сак-робоско. Она находится прямо над одним из светлых лучей, идущих от кратера Тихо, и видна лишь как небольшое, едва заметное потемнение окружающего фона.
Рис. 1.31. Фотомозаика из снимков европейского зонда «Смарт-1» области южного полюса Луны. На врезке и стрелкой показан кратер Шеклтон в разные моменты лунных суток. На дно этого кратера никогда не заглядывает Солнце, это «холодная ловушка», где долго может сохраняться водяной лед. Именно там собираются основать одну из научных баз будущие исследователи Луны.