Кто изобрел телескоп первым? Устройство и виды телескопов

С чего все началось

Первые попытки создать телескоп приписываются великому Леонардо да Винчи. Патентов и упоминаний о рабочей модели нет, но ученые нашли остатки чертежей и описаний стекол для разглядывания луны. Возможно, это еще один миф об этом уникальном человеке.

Устройство телескопа пришло на ум Томасу Диггесу, который и пытался его создать. Он использовал выпуклое стекло и вогнутое зеркало. Само по себе изобретение могло работать, и, как покажет история, подобное устройство будет создано вновь. Но технически еще не было средств для воплощения этого замысла, создать рабочую модель ему так и не удалось. Наработки остались в тот период невостребованными, а Диггес вошел в историю астрономии за описание гелиоцентрической системы.

Кто изобрёл телескоп первым: загадка эпохи Возрождения

Несмотря на многочисленные версии, никто до сих пор точно не может назвать имя изобретателя первого телескопа. История свидетельствует о том, что первые инструменты (если говорить точнее, примитивные подзорные трубы) появились в 16 веке.

Английский астроном Томас Диггес.

В каком году изобрели телескоп? Известно, что первые попытки рассмотреть звёздное небо были предприняты английским астрономом Томасом Диггесом ещё в 1450 году. Он пытался использовать для этих целей линзу и зеркало, но попытка успехом не увенчалась.

 Итальянский художник Леонардо да Винчи.

Чуть позже великий итальянский художник Леонардо да Винчи изготовил первые чертежи линзового телескопа. Эта работа датируется 1509 годом. Дальше события разворачиваются ещё интереснее. Известно, что в начале 17 века в Нидерландах жили два талантливых мастера, которые занимались изготовлением очков. Их звали Захария Янсен и Иоганн Липперсгей. Янсен даже стал персонажем популярной истории о том, что местный герцог, вдохновлённый его подзорными трубами, даже заказал у него целую партию этих приспособлений для военных и моряков.

Голландский мастера немецкого происхождения Захария Янсен и Иоганн Липперсгей

Говорят, что Янсен и Липперсгей постоянно конкурировали друг с другом, но дать точную оценку того, кто из них был лучшим мастером, было непросто. Как бы там ни было, именно Липперсгей принял попытку запатентовать изобретение первой подзорной трубы, но поскольку она не была доведена до идеального рабочего состояния, его предложение было отклонено.

Телескопы, работающие по принципу преломления света на границе центров

Технология шлифования была известна еще в древности. Только первые линзы были сделаны не из стекла, а из обработанного и полированного кварца (диоксид кремния, SiO2), твердого материала, который довольно часто встречается в природе. Однако трудно выяснить, являются ли предметы, найденные археологами, украшениями или сознательными попытками сделать линзы.

Первое хорошо документированное в истории использование линз появляется в греческих и римских источниках.

Официальным началом телескопической астрономии можно считать деятельность месопотамского астронома Альхазена (Ибн аль-Хайсам), жившего в 11 веке. Он был величайшим физиком и считается отцом оптики, много занимался вопросами рефракции и расщепления света, и его работы оказали значительное влияние на развитие современного телескопа.

Также древние окуляры были обнаружены в археологических находках в Висби, Готланд (территория Швеции), и датируются второй половиной 11 века. Эти линзы имеют интересную форму – половина – почти идеальный эллипсоид, а другая сторона – плоская. Некоторые из них имели серебряную оправу и, вероятно, использовались в качестве подвесок.

В нескольких исследованиях, написанных между 1230 и 1235 годами, Роберт Гроссетест, основатель оксфордской философской и естественнонаучной школы, писал: Эта часть оптики, если ее хорошо понять, показывает нам, как мы можем сделать очень отдаленные объекты очень близкими, а крупные близкие объекты кажутся маленькими и мы можем сделать удаленные объекты нужного размера, чтобы можно было читать самые маленькие буквы с невероятных расстояний.

Широко признано, что в Европе очки, корректирующие дальнозоркость с помощью соответствующих линз, были изобретены в северной Италии на рубеже 13 и 14 веков.

Около 1450 года было обнаружено, что вогнутые линзы исправляют миопию. Таким образом, в середине пятнадцатого века два типа линз, необходимых для создания телескопа, были уже известны, и открытие телескопа, как вы можете догадаться, было лишь вопросом времени. Однако мир не обладает достаточными письменными или материальными источниками, чтобы можно было с уверенностью сказать, был ли уже построен соответствующий телескоп в то время.

С другой стороны мы имеем хорошо документированные доказательства, что оптические и зеркальные телескопы были известны в Англии уже во второй половине 16-го века. Письма Яна Ди и Томаша Диггса от 1570 и 1571 годов соответственно описывают использование этих оптических конструкций отцом Томаша, Леонардом Диггсом. Независимое подтверждение этого факта можно найти и в других записях того периода.

Первые телескопы состояли из фокусирующей линзы и рассеивающей линзы. Благодаря множеству практических применений, значительное их количество быстро распространилось по всей Европе.

Кстати, всем студентам-астрономам можно порекомендовать сконструировать такой дешевый и простой телескоп своими руками – самый простой способ – с помощью линз для очков и цилиндрической трубки. Это будет абсолютно фатальный инструмент с точки зрения качества оптики, но с дидактической и когнитивной точки зрения почему бы не попробовать.

Первый патент

Первым запатентовал телескоп голландский офтальмолог Иоанн Липперсгей в 1608 году. Свои изобретения он поставлял голландскому правительству, вероятно, они были нужны армии и флоту, потому что моряки быстро осознали неоценимую роль телескопа на борту корабля.

Телескоп Липперсгейя, реплика

Видимо, принцип работы телескопа Липперсгей обнаружил, когда двое его детей, играя в мастерской, соединили две линзы одну за другой. Внимание Иоанна привлекли их крики от увиденного.

XVII век в истории наблюдений за звездами

Время и развитие науки позволяло создавать более мощные телескопы, которые давали видеть много больше. Астрономы начали использовать объективы с большим фокусным расстоянием. Сами телескопы превратились в большие неподъемные трубы по размеру и, конечно, были не удобны в использовании. Тогда для них изобрели штативы.

В 1641 году свою первую обсерваторию построил Ян  Гевелий . Телескопы-рефракторы того времени имели серьёзный недостаток — хроматическую аберрацию. Чтобы избавиться от неё, Гевелий строил телескопы огромных размеров, самый большой из них имел 45 метров в длину.

Телескоп Яна Гевелия

Это был «воздушный телескоп» без трубы и без жёсткой связи объектива и окуляра. Телескоп подвешивался на столбе при помощи системы канатов и блоков. Для управления такими телескопами использовались специальные команды из отставных матросов, знакомых с обслуживанием такелажа.

Телескопы постепенно улучшали, дорабатывали. Однако его максимальный диаметр не превышал нескольких сантиметров — не удавалось изготавливать линзы большого размера.К 1656 году Христиан Гюйенс сделал телескоп, увеличивающий в 100 раз наблюдаемые объекты, размер его был более 7 метров, апертура около 150 мм.

Этот телескоп уже относят к уровню сегодняшних любительских телескопов для начинающих. К 1670-х годам был построен уже 45-метровый телескоп, который еще больше увеличивал объекты и давал больший угол зрения.

Виды приборов

В зависимости от конструктивных особенностей, существует несколько типов телескопов. Каждый из них применяют для характерного ряда исследований:

• Рефракторы, или диоптрические приборы. Для собирания света в них присутствует объектив, образуемый системой линз. Суть действия заключается в рефракции (преломление света) Свет от небесных объектов попадает в объектив, который создает уменьшенное изображение предмета в фокусе линзы. Так наблюдатель может рассматривать изображение в окуляр. Телескопы такого вида обычно используются для фотографических, спектральных, визуальных и других исследований.
• Рефлекторы. Также их называют зеркальными телескопами. Такой прибор представляет собой телескоп, где в качестве объектива выступает вогнутое зеркало сферической или параболической формы. Рефлекторы используются для наблюдений туманностей и галактик.
• Катадиоптрические, или зеркально-линзовые. Отличаются от других видов тем, что в конструкции присутствует и зеркало, и линза одновременно. В роли объектива служит зеркало в форме сферы. Линзы выполняют функцию устранения всех возможных погрешностей. Катадиоптрические телескопы используют для наблюдений планет, Луны, объектов далекого космоса.

Рефрактор Галилея (1609г)

Несмотря на то, что телескоп был изобретён другим человеком, Галилео Галилей (Galileo Galilei) усовершенствовал его, значительно увеличив его возможности. Помимо этого, Галилей первым понял, что телескоп можно использовать не только для зрительного приближения далёких объектов на Земле, но и для изучения неба.
На картинке изображён Галилей, демонстрирующий один из своих телескопов правителям Венеции в августе 1609г. В течение нескольких лет после этого Галилей сделал ряд крупных наблюдений, в том числе открыл четыре крупных спутника Юпитера.

Изобретение рефлектора Ньютоном

Телескоп постоянно пытались усовершенствовать, но не удавалось изготовить линзы больших размеров. Из-за этого приборы были длинными, неподъемными и с узким полем зрения. К ним в то время смогли только изобрести штативы.

Во второй половине ХVII века Христиан Гюйенс сделал телескоп длиной 7 метров, который увеличивал в 100 раз, при этом апертура была примерно 15 см. Сегодня примерно такой же прибор относят к любительским и рекомендуют начинающим астрономам. Телескоп не один раз пытались усовершенствовать. К концу ХVII века был собран телескоп длиной 70 метров! Но как им управлять и настраивать его? При этом даже обычный ветер был помехой для наблюдений. Великие умы прилагали все усилия, чтобы улучшить его.

Совершенно новое изобретение стало принадлежать Исааку Ньютону. Его прибор позволял собирать и фокусировать лучи с помощью вогнутого зеркала. Таким образом, рефрактор Галилея «превратился» в рефлектор Ньютона. Здесь главной задачей было сделать для прибора зеркало хорошего качества. Для него Ньютон применил сплав меди, олова и мышьяка, чем улучшил изображение в несколько раз, при этом добился 40-кратного увеличения. Телескоп так понравился королю, что Ньютон сразу стал членом Королевского общества. Это шел 1704 год, а значит, начало ХVIII века стало новой эрой рефлектора Ньютона. Его самодельный телескоп до сих пор хранится в лондонском музее астрономии.

Телескопы стали удобнее и компактнее (чаще не более 2 метров в длину), но все равно громоздкими. Но хотя их можно было уже носить и брать с собой, куда угодно.

Гринвичская обсерватория

Гринвичская королевская обсерватория (Royal Greenwich Observatory) с 1675 года является основной астрономической организации Великобритании. Она была организована королём Карлом II для навигационных нужд и сопутствующих исследований и размещена в Гринвиче, предместье Лондона. В то время Англия была крупнейшей морской державой, которой были необходимы возможно более точные инструменты для определения положения корабля, навигации на море, картографии и т.д. Меридиан, проходящий через Гринвич, решили считать нулевым в Великобритании и её колониях, а с 1884 года от него исчисляется поясное время во всём мире.

Здесь, в Гринвичской обсерватории, в 1676г приступил к наблюдениям за звездами и Луной первый королевский астроном Джон Флемстид (John Flamsteed). К концу XIX века Гринвичская обсерватория имела 76см рефлектор, 71см, 66см и 33см рефракторы и множество вспомогательных инструментов. В 1953г часть обсерватории была перенесена на 70км к юго-западу, в позднесредневековый замок Хёрстмонсо.

От Кеплера до Ньютона: как совершенствовали телескоп

 Математик, астроном Иоганн Кеплер

Усовершенствование линзового телескопа-рефрактора датируется 1610 годом, когда немецкий астроном Иоганн Кеплер впервые применил двояковыпуклые линзы для объектива и окуляра инструмента. Именно по такому принципу и сейчас конструируют современные рефракторы, работа которых основана на преломлении световых лучей. В дальнейшем мастерам удалось создать более мощные трубы с увеличением объектов до 100 крат. При этом, фокусное расстояние телескопа составляло 40 метров. В 1664 году астроном по фамилии Оз установил своеобразный рекорд, создав телескоп с длиной трубы 98 метров.

 Английский математик, физик, астроном Исаак Ньютон

Проблему тяжёлых и громоздких телескопов удалось решить Исааку Ньютону, создателю первых зеркальных инструментов. Их основу составляли вогнутые металлические зеркала. Их работа основывалась на отражении (рефлексии) объектов. Отсюда и произошло название зеркального телескопа — рефлектор.

 Первый телескоп рефлектор Исаака Ньютона

Первый рефлектор Ньютон построил в 1672 году, а его схему телескопостроители также применяют и по сей день.

Усовершенствованием ньютоновских рефлекторов занимался великий российский учёный М.В. Ломоносов, а Уильям Гершель построил один из выдающихся зеркальных инструментов, который в 19 веке считался одним из лучших.

Телескопы и их усовершенствование в XVIII-XIX веках

После изобретения ахроматических объективов победа рефрактора была абсолютная, оставалось лишь улучшать линзо­вые телескопы. О вогнутых зеркалах забыли. Возродить их к жизни удалось руками астрономов-любителей.

Уильям Гершель, английский музыкант, в 1781 году открывший планету Уран. Его открытию не было равным в астрономии с глубокой древности. Причем Уран был открыт с помощью небольшого самодельного рефлектора.

Телескоп У. Гершеля

Успех побудил Гершеля начать изготовление рефлекторов большего разме­ра.

Гершель собственноручно в мастерской сплавлял зеркала из меди и олова. Главный труд его жизни – большой телескоп с зеркалом диаметром 122 см.

Благодаря этому телескопу, Гершель открыл шестой и седьмой спутники планеты Сатурн.

Другой астроном-любитель английский землевладелец лорд Росс изобрел рефлектор с зер­калом с диаметром в 182 сантиметра. Благодаря телескопу, он открыл ряд неизвестных спиральных туманно­стей.

Телескопы Гершеля и Росса обладали множеством недостатков. Объективы из зеркального металла оказались слишком тяжелыми, отражали лишь малую часть падающего на них света и тускнели. Требовался новый совершенный материал для зеркал. Этим материалом оказалось стекло.

Французский физик Леон Фуко в 1856 году попробовал вставить в рефлектор зеркалом из посеребренного стекла. И опыт удался. Уже в 90-х годах астроном-любитель из Англии построил рефлектор для фотографиче­ских наблюдений со стеклянным зерка­лом в 152 сантиметра в диаметре. Очередной прорыв в телескопостроении был очевиден.

Телескоп Фуко

Этот прорыв не обошелся без участия русских ученых. Я.В. Брюс прославился разработкой специальных металлических зеркал для телескопов. Ломоносов и Гершель, независимо друг от друга, изобрели совершенно новую конструкцию телескопа, в которой главное зеркало наклоняется без вторичного, тем самым уменьшая потери света.

Немецкий оптик Фраунгофер поставил на конвейер производство и качество линз. И сегодня в Тартуской обсерватории стоит телескоп с целой, работающей линзой Фраунгофера. Но рефракторы немецкого оптика также были не без изъяна – хроматизма.

В конце 19 века Кросслей, астроном-любитель, обратил свое внимание на алюминиевые зеркала. Купленное им вогнутое стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см сразу было вставлено в телескоп.

Сегодня телескопы с подобными громадными зеркалами устанавливаются в современных обсерваториях. В то время как рост рефрактора замедлился, разработка зеркального телескопа набирала обороты. С 1908 по 1935 года различные обсерватории мира соорудили более полутора десятков ре­флекторов. Самый большой телескоп установлен в обсерватории Моунт-Внльсон, его диаметр 256 сантиметров. И даже этот предел соврем скоро превзойден вдвое. В Калифорнии смонтирован американский рефлектор-гигант, на сегодня его возраст более двадцати лет.

Время гигантов

В середине XIX века появились первые фотографии, выполненные с помощью телескопов. В 1860-е годы произошло важное событие в мире астрономии – англичанин Уильям Хаггинс впервые использовал вместе с телескопом спектроскоп. Ученый исследовал спектры излучения звезд и доказал различия между галактиками и туманностями.

Если во второй половине XIX века моду задавали телескопы-рефракторы, то в XX веке лидерами стали зеркальные рефлекторы. И сегодня в большинстве телескопов используются зеркальные схемы.

Новейшая история телескопов

В дальнейшем телескопы продолжали расти в размерах и совершенствоваться изнутри. Более 40 лет назад в 1976 году ученые СССР построили 6-метровый телескоп БТА — Большой Телескоп Азимутальный. До конца 20 века БРА считался крупнейшим в мире телескопом.

Большой Телескоп Азимутальный

Изобретатели БТА были новаторами в оригинальных технических решениях, таких как альт-азимутальная установка с компьютерным ведением. Сегодня это новшества применяются практически во всех телескопах-гигантах. В начале 21 века БТА оттеснили во второй десяток крупных телескопов мира. А постепенная деградация зеркала от времени — на сегодня его качество упало на 30% от первоначального — превращает его лишь в исторический памятник науке.

К новому поколению телескопов относятся два больших телескопа 10-метровых близнеца KECK I и KECK II для оптических инфракрасных наблюдений. Они были установлены в 1994 и 1996 году в США. Их собрали благодаря помощи фонда У. Кека, в честь которого они и названы. Он предоставил более 140 000 долларов на их строительство.

Телескопы KECK I и KECK II

Эти телескопы размером с восьмиэтажный дом и весом более 300 тонн каждый, но работают они с высочайшей точностью. Принцип работы — главное зеркало диаметром 10 метров, состоящее из 36 шестиугольных сегментов, работающих как одно отражательное зеркало. Установлены эти телескопы в одном из оптимальных на Земле мест для астрономических наблюдений — на Гаваях, на склоне потухшего вулкана Мануа Кеа высотой 4 200 м. К 2002 году эти два телескопа, расположенных на расстоянии 85 м друг от друга, начали работать в режиме интерферометра, давая такое же угловое разрешение, как 85-метровый телескоп.

В 1999 году на орбиту был выведен телескоп Хаббл. Это совместный проект НАСА и Европейского космического агентства и входит в число Больших обсерваторий НАСА.

Космический телескоп Хаббл

Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна; в первую очередь — в инфракрасном диапазоне. Благодаря отсутствию влияния атмосферы разрешающая способность телескопа в 7—10 раз больше, чем у аналогичного телескопа, расположенного на Земле.

За 15 лет работы на околоземной орбите «Хаббл» получил 1,022 млн изображений небесных объектов — звёзд, туманностей, галактик, планет.

А в июне 2019 года NASA планирует вывести на орбиту уникальный инфракрасный телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) с 6,5-метровым зеркалом.

История телескопа прошла долгий путь – от итальянских стекольщиков до современных гигантских телескопов-спутников. Современные крупные обсерватории давно компьютеризированы. Однако любительские телескопы и многие аппараты, типа Хаббл, все еще базируются на принципах работы, изобретенных Галилеем.

Как вам статья?