"Астрономия как наука"
| Вид материала | Исследование |
- Закон. Астрономия изучает движение небесных тел, их природу, происхождение и развитие, 234.57kb.
- «Десять заповедей современной астрофизики» Предметная область: астрономия, физика, 424.18kb.
- Картография как наука, 820.47kb.
- Программа курса «Методология и методика научного исследования» Специальность 080507, 44.29kb.
- Вопросы к кандидатскому минимуму по дисциплине «История и философия науки», 56.66kb.
- Методические разработки для управляемой самостоятельной работы по астрономии Минск, 803.89kb.
- Логика – как наука. История развития логики. Формы человеческого мышления, 467.32kb.
- Вопрос Понятие науки, ее основные аспекты: наука как знание, как сфера деятельности,, 4069.42kb.
- Оценка результатов учебной деятельности учащихся по учебному предмету «Астрономия», 109.63kb.
- Тема. «Этнопедагогика как наука об истории, теории и опыте народного воспитания», 120.73kb.
^ ПРОЕКТ КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛЕСКОПА ИМЕНИ ХАББЛА
В двадцатом веке астрономы сделали много шагов в изучении вселенной. Эти шаги были бы невозможны без использования больших и
сложных телескопов, расположенных на высокогорных лабораториях и управляемых большим количеством квалифицированных специалистов.
С выводом на орбиту ТЕЛЕСКОПА ИМЕНИ ХАББЛА (HUBBLE SPACE TELESCOPE - HST) , астрономия сделала гигантский рывок
вперед. Будучи расположенным за пределами земной атмосферы, HST может фиксировать такие объекты и явления, которые не могут быть
зафиксированы приборами на земле.
Проект HST был разработан в НАСА при участии Европейского Космического Агентства (ESA) . Этот телескоп-рефлектор, диаметром 2,4 м
(94,5 дюйма) , выводится на низкую (610 километров или 330 морских миль) орбиту с помощью американского корабля СПЕЙС ШАТТЛ (SPACE
SHUTTLE) . Проект предусматривает периодическое техническое обслуживание и замену оборудования на борту телескопа. Проектный срок
эксплуатации телескопа - 15 и более лет.
^ ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ПОМОЩЬЮ ТЕЛЕСКОПОВ
НАСА основало институт космических исследований с помощью телескопов (Space Telescope Science Institute - STScI) для проведения
широкого спектра глобальных научных исследований с помощью телескопа имени Хаббла. STScI - большой исследовательский центр, где
опытные специалисты постоянно наблюдают за работой телескопа. Эти специалисты также помогают астрономам в составлении планов
наблюдений. В задачу STScI также входит предоставление астрономам необходимого программного обеспечения и технических средств для
наблюдений.
Чтобы сделать наблюдения с помощью телескопа имени Эдвина П. Хаббла как можно более эффективными, STSiC модернизировал
наземные системы обслуживания наблюдений. Большая часть процесса планирования наблюдений была автоматизирована с использованием
"интеллектуального" оборудования и программного обеспечения. STSiC составил каталог более 20 миллионов звезд для облегчения поиска
объектов наблюдения, а также разработал пакет прикладных программ, предназначенный помочь астроному в обработке данных, получаемых с
борта HST. Каждый день STSiC получает расшифровывает, обрабатывает и накапливает огромное количество информации, поступающей с борта
HST, а также рассылает ее своим клиентам.
STSiC подчиняется Ассоциации Университетов по Исследованиям в Области Астрономии (the Association of Universities for Research in
Astronomy, Inc - AURA) . Сам институт расположен в университетском городке Хомвуд (университет имени Джона Хопкинса) в Балтиморе.
^ КТО ИСПОЛЬЗУЕТ ТЕЛЕСКОП?
В отличие от других научных проектов, HST не используется исключительно отдельной группой специалистов, разработавших данный
телескоп, или группой астрономов из одной лаборатории или института; в принципе, любой человек может провести свое наблюдение при
помощи HST.
Для проведения наблюдений с помощью HST, астроном должен прислать в STSiC запрос с изложением научного обоснования
невозможности проведения данного наблюдения в земных условиях и описание предполагаемой программы наблюдений. Запрос передается в
одну из комиссий при STSiC по разным разделам астрономии. Каждый год эти комиссии предоставляют ранжированные списки с
предложениями по проведению наблюдений в Комитет Распределения Времени исследований с помощью телескопа (Telescope Allocation
Committee - TAC) . Задача комитета - составить проект сбалансированной программы наблюдений для HST. Последнее слово в утверждении этой
программы принадлежит главе STScI.
На каждом этапе рассмотрения проект оценивается по разным критериям. Какова научная ценность знаний, которые будут получены в
результате исследований, и сколько средств и времени для этого необходимо истратить? Достигнуты ли пределы в исследовании данного объекта
наземными приборами? Насколько вероятен успех исследований?
Кроме чисто научных вопросов, проверяется также физическая возможность HST наблюдать данный объект/явление, временные и другие
требования к телескопу и его ресурсам.
^ КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ В КОСМИЧЕСКИЙ ВЕК
Вся наблюдения с использованием HST должны быть предварительно тщательно и точно спланированы, так как все наблюдения
проводятся автоматически с помощью компьютеров на борту телескопа. После поступления всех команд на борт HST, телескоп работает в
автоматическом режиме, без связи с Землей. Поиск объекта, подстройка приборов, собственно наблюдения и др. осуществляются исключительно
бортовыми компьютерами. Так как HST делает один виток вокруг Земли за 95 минут, объекты наблюдения слишком быстро появляются и
исчезают, чтобы можно было применить дистанционное управление с Земли без потери скорости и эффективности наблюдений. Для увеличения
эффективности сеансы наблюдений из разных программ чередуются между собой. Таким образом подавляющее большинство программ требуют
не один виток для своего полного завершения.
^ ВОЗМОЖНОСТИ ТЕЛЕСКОПА
На борту HST находятся: две камеры, два спeктрографа, фотометр, астродатчики. Вследствие того, что телескоп находится за пределами
атмосферы эти приборы позволяют:
1) Фиксировать изображения объектов с очень высоким разрешением. Наземные телескопы редко дают разрешение, больше одной угловой
секунды. В любых условиях HST дает разрешение в одну десятую угловой секунды.
2) Обнаруживать объекты малой светимости. Самые большие наземные телескопы редко обнаруживают объекты слабее 25 звездной
величины. HST может обнаруживать объекты 28 звездной величины, что почти в 20 раз меньше.
3) Наблюдать объекты в ультрафиолетовой части спектра.
Ультрафиолетовый диапазон составляют важнейшую часть спектра горячих звезд, туманностей и других мощных источников излучения.
Атмосфера Земли поглощает большую часть ультрафиолетового излучения и поэтому оно не доступно для наблюдения (HST может также
наблюдать объекты в инфракрасной части спектра, однако чувствительность в этой части спектра пока мала. После установки новых приборов
через несколько лет после запуска, она резко возрастет) .
4) Фиксировать быстрые изменения интенсивности света, что невозможно в земных условиях из-за изменения прозрачности атмосферы в
момент наблюдений.
ПРИБОРЫ И ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ HST имеет на борту зеркало Ричи-Кретиена диаметром 94,5 дюйма (2,4 м) . Оптические датчики
регистрируют излучение в диапазоне от 1160 A (ультрафиолетовое излучение) до 11000 A (инфракрасное излучение) . Все наблюдательные
приборы телескопа могут регистрировать излучение в ультрафиолетовом диапазоне. Все приборы, кроме спектрографа высокого разрешения,
могут регистрировать излучение в видимой части спектра.
Первичные инструменты, установленные на борту телескопа, не могут регистрировать излучение в инфракрасном диапазоне (хотя
планетарная камера регистрирует излучение в диапазоне, близком к инфракрасному) .
Все бортовое оборудование телескопа получает энергию от двух панелей солнечных батарей или от аккумуляторов (только во время
нахождения в тени Земли) .
^ ЧЕГО НЕ МОЖЕТ КОСМИЧЕСКИЙ ТЕЛЕСКОП ИМЕНИ ХАББЛА
1) HST не может наблюдать объекты и явления на Земле, так как его система поиска объектов и чувствительность приборов рассчитаны
только для наблюдений за космическими объектами.
2) HST не может наблюдать за Солнцем и освещенной частью Луны, так как они слишком яркие.
Специалисты, следящие за выполнением научной программы исследований, не должны допускать таких наблюдений, которые могут
"ослепить" телескоп. В случае ошибки компьютера или человека, когда возникает такая угроза, HST автоматически закрывает отверстие
наблюдения специальной дверкой и выключает все наблюдательные приборы.
Чтобы не повредить приборы на борту телескопа, угловое расстояние до Солнца во время наблюдений должно быть больше 50ш, а до
Луны (в полной фазе) - 20ш. Оборудование отключается также тогда, когда угловое расстояние до освещенной части диска Земли меньше 20ш или
5ш до неосвещенной части. С помощью HST можно наблюдать лунные затмения, соблюдая необходимые меры предосторожности. Затмения
Солнца Землей позволяют наблюдать Венеру, Меркурий и другие объекты с малым угловым расстоянием до Солнца, в течение нескольких минут.
Вышеперечисленные ограничения могут не учитываться заказчиком при составлении своего проекта программы наблюдений, т.к. все они
учитываются автоматически компьютером при составлении общего расписания наблюдений для HST.
ПРИЛОЖЕНИЕ ДИАМЕТР ЗЕРКАЛА......... 94,5 дюйма 2,4 м
ДЛИНА АППАРАТА.......... 43,5 фута 13,3 м
ДИАМЕТР АППАРАТА........ 14,0 футов 4,3 м (без учета солнечных батарей)
40,0 футов 12,0 м (с учетом солнечных батарей)
ВЕС..................... 24.000 фунтов 11 тон
ВЫСОТА ОРБИТЫ........... 380 миль 610 км
НАКЛОНЕНИЕ ОРБИТЫ....... 28,5 градусов
^ БОРТОВЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ...
ПЛАНЕТАРНАЯ КАМЕРА ВЫСОКОЧУСТВИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА СПЕКТРОГРАФ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ СПЕКТРОГРАФ
ВЫСОКОЙ ЧУСТВИТЕЛЬНОСТИ ФОТОМЕТР АСТРОДАТЧИКИ (для фотометрии и ориентации)
СРОК ЭКСПЛУАТАЦИИ...... больше 15 лет (по мере надобности СПЕЙС ШАТЛ будет 'поднимать' HST ;все инструменты могут быть легко
замены в случае надобности)
КОСМОЛОГИЯ
Наука, которая изучает вселенную как единое целое, называется космологией. Большинство существующих космологических теорий
опирается на теорию тяготения, физику элементарных частиц, общую теорию относительности и другие фундаментальные физические теории и,
конечно, на астрономические наблюдения. В космологии широко используется метод моделирования, ученые строят теоретические модели
Вселенной, ищут наблюдательные факты, на основе которых можно проверить правильность теоретических выводов. Применение ЭВМ
позволяет проводить необходимые при этом расчеты. Реальная вселенная, как оказалось, хорошо описывается моделями расширяющейся
Вселенной.
^ РАСШИРЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ
Первое успешное определение лучевой скорости галактики по наблюдению доплеровского смещения ее спектральных линий было
выполнено в 1912 г. Слайфером в обсерватории Ловелла. Он нашел, что галактика в созвездии Андромеды приближается к Земле со скоростью
около 200 км/с. Это удивительный результат, если вспомнить, что большинство звезд движется со скоростями не более 50 км/с. Изучая спектры
других галактик, Слайфер нашел, что для большинства из них характерно красное смещение линий, т.е. в отличие от галактики в Андромеде эти
галактики, скорее всего, удаляются, а не приближаются. Смещение спектральных линий снова давало большие скорости. К 1914 г. Слайфер
измерил спектры 13 галактик; все они, за исключением двух, удалялись со скоростями около 300 км/с.
Такие скорости намного превосходили самые большие скорости, когда-либо измеренные в астрономии. Однако самое удивительное было
еще впереди. К 1917 г. были зарегистрированы скорости в 600 км/с, но даже этот рекорд был вскоре превзойден. Интересно прочитать
комментарий того времени. Эддингтон писал в 1923 г.: “Одной из самых запутанных проблем космологии являются огромные скорости
спиральных туманностей. Их лучевые скорости в среднем составляют около 600 км/с, и в громадном большинстве преобладают скорости удаления
от Солнечной системы. Обычно считают, что спиральные туманности - самые удивительные из известных нам сейчас объектов (хотя эта точка
зрения и оспаривается некоторыми авторитетами) , так что скорее всего именно здесь, чем где-нибудь еще, мы могли бы поискать эффекты,
обусловленные общими свойствами Вселенной” .
Эддингтон приводит затем список лучевых скоростей спиральных галактик, измеренных Слайфером к февралю 1922г., и продолжает:
“Очень поразительно громадное преобладание положительных скоростей (удаление) ; однако, к сожалению, недостаток наблюдений туманностей
в южном полушарии не позволяют сделать окончательное заключение. Если даже южные туманности покажут преобладание положительных
скоростей, космологические трудности все же не исчезнут полностью... Нужно будет понять, почему две туманности (в том числе большая
туманность Андромеды) приближается к нам с довольно большой скоростью; как раз эти скорости определены исключительно хорошо” .
Это высказывание Эддингтона напоминает нам, что в то время не было с определенностью установлено, что спиральные галактики лежат
вне Млечного Пути. Открытие Хаббла датируется 1924 г. В дальнейшем свет на природу слайферовских скоростей был пролит с открытием в
1926-1927 гг. вращения Млечного Пути. Скорость движения Солнца вокруг центра галактики составляет около 250 км/с. Другие объекты в
Млечном пути также обращаются вокруг его центра, поэтому их лучевые скорости относительно Солнца значительно меньше 250 км/с. Объекты,
находящиеся вне Млечного пути, не участвуют в его вращении, так что скорости галактик нужно исправить за движение Солнца, чтобы узнать их
скорости относительно Млечного Пути как целого. Когда эта поправка была внесена, быстрое приближение двух галактик, которое так смущало
Эддингтона, значительно замедлилось, но самое интересное, что после исправления скорость приближения галактики в Андромеде оказалась
всего лишь около 100 км/с. Таким образом, первая измеренная Слайфером скорость, которая казалась в то время устрашающе большой, не давала
представления о тех сюрпризах, которые должны были последовать.
Значение результатов Слайфера прояснилось в дальнейшем благодаря важному открытию Хаббла, который показал, что скорости удаления
галактик отнюдь не случайны. Исходя из измеренных им расстояний до спиральных галактик, Хаббл В 1929 г. установил, что вплоть до
расстояния 6 миллионов световых лет скорости галактик пропорциональны расстояниям до них. На первый взгляд могло бы показаться, что
открытие Хаббла восстановило привилегированное положение Млечного Пути. Однако, как вскоре стало ясно, результат Хаббла вовсе не
означает, что Млечный Путь является единственным центром разбегания галактик. Напротив закон расширения, в котором скорость прямо
пропорциональна расстоянию, означает, что любую галактику можно принять за центр расширения, и при этом будет наблюдаться тот же самый
закон разбегания.
Хаббл считал, что постоянная пропорциональности в его законе разбегания галактик равна приблизительно 500 км/(с· Мпс) . Эту шкалу
скоростей можно представить более наглядным способом, который объясняет, почему результат Хаббла означает, что 2 миллиона лет назад все
галактики находились очень близко друг к другу. Этот результат был поразителен не только сам по себе, но также и потому, что, как считали,
возраст Земли и Солнца больше 2 миллиардов лет.
Конечно, предположение, что Вселенная расширяется все время с постоянной скоростью, может быть ошибочным. В этом случае момент,
когда галактики находились в одной области пространства, мог иметь место больше, чем 2 миллиарда лет назад. Этот вопрос нельзя решить без
теории расширения. Между тем многие считали, что время 2 миллиарда лет, которое называется постоянной Хаббла, имеет фундаментальное
значение для Вселенной в целом.
Такой вывод может показаться поспешным, однако последующие работы, как правило, подтверждали его. К 1931 г. Хаббл расширил
область справедливости своего закона с 6 миллионов до 150 миллионов световых лет. Наконец, благодаря новым измерениям доплеровского
смещения, выполненным Хьюмассоном, Хаббл достиг расстояний 240 миллионов световых лет, где скорости удаления составляли около 1/7
скорости света. Такова была ситуация, когда Хаббл опубликовал свою книгу “Мир туманностей” в 1936 г.
С тех пор вступил в строй 200-дюймовый телескоп в Маунт-Вилсон и усовершенствованы методы регистрации света, собираемого
телескопом. Это позволило определить красные смещения более слабых и удаленных галактик. Однако единственное важное изменение
результатов Хаббла связано с большой ошибкой в его шкале расстояний. Постоянную Хаббла теперь принимают равной примерно 10 миллиардам
лет. Это значение больше предполагаемых возрастов Земли и Солнца и сравнимо с возрастом старейших звездных скоплений. Таким образом,
предположение, что некогда Вселенная была очень плотной, не встречает больше никаких трудностей.
Кто же изобрел телескоп?
Более ста лет назад, раскапывая холм Гиссарлык, под которым оказались руины древней Трои, Г. Шлиман наряду с другими находками, к немалому своему удивлению,
обнаружил... великолепно выделанные линзы из хрусталя.
Кто же их изготовил? И главное, зачем?
Давно уже многих исследователей волнует вопрос: какими научными знаниями обладали древние? При чтении литературы по истории науки нередко создается
впечатление, что представления античных ученых по оптике и, соответственно, астрономии были, мягко выражаясь весьма примитивными. Но вряд ли это соответствует
действительности. В. А. Гуриков в статье “История создания телескопа” пишет, что первая зрительная труба появилась в Нидерландах в начале XVII века, “несмотря на то, что
линзы были известны ещу 2500 лет до н.э.” . Стеклянные линзы с разным увеличением, датируемые 600-400 г. г. до н.э., найдены и в Месопотамии. Зажигательное действие
линз и зеркал известно с глубокой древности; очки вошли в употребление в конце XIII века. А зрительная труба - лишь в XVIII веке! В. Гуриков объясняет это так: “Взаимосвязи
между наукой и практикой в области оптики у древних греков и римлян, по сути дела, не существовало” и, стало быть, “оптики античности... оптических приборов как таковых
не создали” . Можно ли согласиться с таким выводом?
Общеизвестны два крайне важных для данной проблемы факта. Во-первых, в древнейшие исторические времена некоторые научные знания были “профессиональным
секретом” узкого круга посвященных лиц (жрецов или, скажем, мастеров) : те передавали их из поколения в поколение и, как правило, в устной форме. Во-вторых, достоверных
сведений о древних знаниях до нашего времени дошло слишком мало. Так, П. А. Старцев в “Очерках истории астрономии в Китае” ссылаясь на книгу “Шуньдянь” , отмечает,
что уже во времена легендарного императора Шуня (2257-2208 г. г. до н.э.) для наблюдения небесных светил применялись армиллярные сферы и другие инструменты,
сведения о которых не дошли до наших дней.
Ф. Даннеман в “Истории естествознания” подчеркивает, что Галилео Галилей в своей научной деятельности опирался на труды Евклида, Аполлония, Архимеда. Он
приводит слова Галилея: “Руководясь законами диоптрики мне удалось изготовить подзорную трубу” . С. И. Вавилов добавляет, что Галилею была известна книга Кеплера,
двумя важными теоремами из которой он воспользовался. В первой речь идет о дальности видимости, зависящей от свойств объектива и окуляра. Во второй - о длине труб
телескопа и микроскопа.
Ю. А. Белый в книге “Иоганн Кеплер” сообщает, что Кеплер был знаком с работами Евклида, Аполлония, Аристотеля, Альхазена, и Вителло. Уже в “Дополнениях в
Вителлию” , Опубликованных в 1604 г. Кеплер рассмотрел ход лучей в оптической системе, состоящей из двояковыпуклой и двояковыгнутой линз.
С. Л. Соболь констатирует, что в 1647 году вышла из печати книга И. Гевелия “Селенография” , в которой впервые описаны подзорные трубы, гелиоскоп, полемоскоп и
микроскопы. (Полемоскоп - это предшественник перископа; он представлял собой коленчатую трубу с объективом и окуляром.) Говоря о преломлении света в линзах, Гевелий
ссылался на Альхазена и Вителло как на своих предшественников.
С. И. Вавилов отмечает, что Ньютон хорошо знал работы Евклида, Декарта и Барроу.
Таким образом, Галилей, Кеплер, Гевелий, Ньютон и Гюйгенс в своих исследованиях и открытиях в области оптики опирались на знания древних ученых.
Л. В. Жигалова (Вопросы истории естествознания и техники) пишет, что в компилятивной работе “Премудрости Соломона” говорилось о четырех спутниках Юпитера и
кольцах Сатурна, открытых Галилеем в 1610 году. Однако в примечаниях к статье Жигаловой приведено утверждение А. И. Соболевского, что названная компиляция
составлена “не позднее конца XVI в. на основании источников греческого происхождения” .
Непосредственные предшественники “официальных” изобретателей телескопа также широко пользовались античными источниками. Ф. Даннеман сообщает, что Порта
в своей “Естественной магии” дает описание улучшенной камеры - обскуры. (Он вставил в отверстие прозрачную чечевицу, от чего резкость изображения значительно
повысилась.) Но Порта написал также “Пневматику” , которая восходит к “Пневматике” Герона; это позволяет предположить, что и улучшение камеры-обскуры Порта мог
позаимствовать у того же Герона или какого-нибудь другого древнего автора.
В комментариях В. П. Зубова к книге Леонардо да Винчи “Избранные естественнонаучные произведения” говорится, что оптика Леонардо возникла не на пустом месте:
он хорошо знал произведения Евклида, Аристарха, Альхазе-на, Вителло, Д. Пекхема и Р. Бэкона...
Характеризуя астрономию, возрожденную Николаем Кузанским и Тосканелли, Ф. Даннеман замечает, что Г. Пурбах (1423—1461) вновь поднял ее на такую высоту, на
какой она стояла в александрийскую эпоху. Европейские ученые до Пурбаха знакомились с “Альмагестом” исключительно через арабов; астрономические сочинения Птолемея
и многие другие работы были доставлены в Италию из Константинополя лишь в XV веке. Пурбах обратил внимание на греческую рукопись, которую затем перевел
Региомонтан (1436-1476) . Для астрономических измерений Пурбах применял “геометрический квадрат” , в углу которого была прикреплена одним концом линейка с
диоптрами, а стороны разделены на 120 частей каждая; поэтому можно было довольно точно отсчитывать тангенсы наблюдаемого угла. (Диоптра — визир с двумя
отверстиями либо зрительная труба.) Откуда взялся у Пурбаха “геометрический квадрат” с диоптрами? Скорее всего из греческой рукописи, переведенной Региомонтаном...
С. И. Вавилов указывает на оживление оптики в XIII веке. Об этом, по его мнению, свидетельствуют трактаты англичан Р. Бэкона и Д. Пекхема, а также тюрингенского
поляка Вителло. Но во всем, что касается оптики, эти авторы в основном попросту пересказывают Евклида, Птолемея и Альхазена. Ф. Даннеман констатирует, что при
написании своей “Естественной истории” Бэкон пользовался работами греков (Аристотель, Евклид, Птолемей) , римлян (Плиний, Боэций, Кассиодор) и арабов. Бэкон,
конечно, хорошо знал оптику и, по-видимому, был знаком с устройством телескопа. Откуда пришло к нему это знание? Вспоминаются его слова (приводимые А. Берри) о том,
что телескоп был известен уже Юлию Цезарю (100—44 гг. до и. э.) , который перед набегом на Британию обозревал новые земли из Галлии (с противоположного берега Ла-
Манша) с помощью телескопа.
Ф. Даннеман пишет, что Вителло в сочинении “Перспектива” излагал учение Альхазена, который, в свою очередь, был знаком с работами Евклида и Птолемея. В
сочинении “О зажигательном зеркале по коническим сечениям” Альхазен упоминает о наблюдении древних: зеркала, имеющие форму параболоида вращения, соединяют все
лучи в. одной точке и производят более сильное действие, чем другие зеркала. Открытие это приписывается Диоклу (350 г. до и. э.) .
Таким образом, все предшественники “официальных” изобретателей подзорной трубы — Порта, Леонардо да Винчи, Пурбах, Вителло, Бэкон и Альхазен — в своих
работах по оптике основывались на трудах античных ученых.
Д. Д. Максутов в “Астрономической оптике” отмечает, что современникам Галилея была известна конструкция простого телескопа, состоящего из одного вогнутого
зеркала, которая спустя полтора столетия получила название “система Гершеля” Но, скорее всего она восходит к временам античности. Ф. Даннеман указывает, что
Региомонтан построил из металла параболическое зажигательное зеркало диаметром в пять футов (1,52 м) . Ф. Араго в “Общепонятной астрономии” свидетельствует, что
Птолемей Эвергет (146—116 гг. до н.э.) установил на вершине Александрийского маяка вогнутое зеркало, с помощью которого можно было обнаруживать корабли на весьма
далеком расстоянии.
Каков был научный багаж астрономов античности? Основные труды Птолемея — это знаменитый “Альмагест” и трактат “Оптика” . И. А. Гейберг (Естествознание и
математика в классической древности) сообщает, что в “Оптике” автор исследует перспективу, физические основы зрения и обусловленные ими оптические обманы. Эта
работа охватывает также и катоптрику: рассматриваются разнообразные зеркала. По мнению А. Берри “Альмагест” , несомненно, основан на трудах прежних астрономов, в
особенности Гиппарха. Тот внес в астрономию поистине громадный вклад: изобрел (или значительно усовершенствовал) тригонометрию, произвел многие точные
наблюдения, использовал старые (вавилонские) наблюдения для сравнения с позднейшими...
По утверждению Ф. Даннемана, Герону (100 г. до н.э.) принадлежит сочинение “О диоптре” . Герон написал также “Катоптрику” . Плиний в своей “Естественной
истории” неоднократно ссылается на сочинение Цезаря под заглавием “О звездах” . И. А. Гейберг сообщает, что работа Аполлония по катоптрике, в которой разбирается
вопрос о зажигательных зеркалах, была предпринята под влиянием исследований Архимеда. Б. И. Спасский в “Истории физики” подчеркивает, что зеркала входили в
жреческую аппаратуру древних, а в “Катоптрике” Архимеда объясняется, почему изображения предметов в вогнутых зеркалах представляются увеличенными.
Оптический трактат Евклида, по мнению С. И. Вавилова, основан на вполне сложившихся традициях и, кроме того, на практике и каждодневном опыте. Ф. Розенбергер
считает, что Евклида можно считать основоположником оптики и катоптрики. Ф. Даннеман пишет, что работа Евклида по оптике является первой попыткой применить
геометрию для объяснения видимой величины фигуры, для трактовки отражения света и других оптических явлений. (Евклид, в частности, был уже знаком с преломлением
света.) Работы Евклида оставались основным пособием по оптике вплоть до времен Кеплера, значительно продвинувшего эту область науки.
М. Борн и Э. Вольф в “Основах оптики” отмечают, что первые систематические описания оптических явлений принадлежат греческим философам и математикам
Эмпедоклу (490—430 гг. до н.э.) и Евклиду. С. Толанский подчеркивает, что методика прослеживания луча для нахождения изображения, впервые серьезно изученная во
времена Пифагора, широко используется и в наши дни.
По мнению Ф. Даннемана, двояковыпуклое стекло, найденное Лейардом в развалинах Ниневии (VII в. до н.э.) , доказывает, что мастерство шлифовки достигло у
древних высокого уровня. Толщина чечевицы составляла б мм, фокусное расстояние — 107 мм. Надо полагать, линза эта была изготовлена не в единственном экземпляре. В
первую очередь, конечно, линзы применялись для добывания огня, но могли использоваться и в оптических инструментах. По словам Ф. Араго, Цицерон упоминал об
экземпляре “Илиады” , написанном на пергаменте, который заключался в ореховой скорлупе. Мирмекид из Милета сделал колесницу из слоновой кости, помещавшуюся... под
крыльями мухи. Араго не без основания считает, что без помощи увеличительных стекол изготовить подобные вещи невозможно.
Древние китайское астрономы во время солнечных затмений наблюдали и описывали протуберанцы. Знали они и о пятнах на Солнце. Древнегреческий философ
Теофраст из Афин также упоминал о наблюдении солнечных пятен. В “Метаморфозах” Овидия описываются солнечные пятна, которые были видны на диске Солнца в год
смерти Юлия Цезаря.
А. Паннекук в “Истории астрономии” напоминает, что у Плутарха есть диалог “О лице, видимом на диске Луны” , в котором Луна описывается подобной Земле - с
горами, отбрасывающими глубокие тени. Дж. Хокинс и Дж. Уайт в книге “Разгадка Стоунхенджа” , ссылаясь на описание Диодором Сицилийским храма Аполлона в “земле
гиперборейской” , пишут: “С этого острова Луна видна так, будто бы она близка к Земле, и глаз различает на ней такие же возвышенности, как на Земле” . Ссылаясь на Сенеку,
И. Д. Рожанский в “Развитии естествознания в эпоху античности” отмечает, что Демокрит по примеру Анаксагора утверждал, что “Луна имеет горы, равнины и пропасти” .
Поскольку Галилей смог увидеть пятна на Солнце и детально рассмотреть поверхность Луны лишь через трубу с 30-кратным увеличением, вряд ли могут быть сомнения
в том, что древние ученые проводили астрономические наблюдения с помощью оптических инструментов.
Согласно С. И. Вавилову, бесспорным достижением XIII века явилось изобретение очков в Италии. Бэкон, Пекхем и Вителло, по его, мнению, не знали о существовании
очков. Однако С. Толанский, наоборот, утверждает, что Р. Бэкон в своих сочинениях впервые обратил внимание на действие вогнутой линзы, помогавшей лучше видеть
дальнозорким. Исправление зрения столь простым способом было сочтено церковью “дьявольским наваждением” ...
Любопытно и утверждение Плиния, что “Нерон смотрел бои гладиаторов через изумруды” . Ф. Араго, а затем и С. Толанский считают, что то были своеобразные очки
от близорукости. “Римские ювелиры того времени, –пишет С. Толанский, –часто придавали драгоценным камням как выпуклую, так и вогнутую форму” . Так что отнюдь не
беспочвенно предположение, что и очки были известны в древности.
Общепринято считать, что микроскоп появился лишь в начале XVII века. Однако А. Г. Титов в книге “Микроскопы, их принадлежности и применение” высказывает
обоснованное предположение, что схема микроскопа была известна задолго до этого. В одном из трудов итальянского врача Фракасторо, появившемся в 1538 году, довольно
определенно говорится о комбинации двух линз, позволяющей рассматривать различные мелкие предметы. А древние греки и римляне упоминают о невидимых “живых
пылинках” как о первоисточнике некоторых болезней...
В данной статье приведен далеко не полный перечень косвенных доказательств того, что древние неплохо разбирались, в оптике, изготовляли оптические приборы и
применяли их в повседневной практике. Почему же в распоряжении историков отсутствуют более прямые свидетельства? Почему знания древних об оптических инструментах
были затем утеряны или хранились в глубокой тайне?
Впрочем, если вспомнить, каким образом церковь расправлялась с носителями “еретических” , с ее точки зрения, взглядов (а усиление “данного богом” зрения –это,
несомненно, “происки дьявола” ) , то в этом, пожалуй, нет ничего удивительного...