Рефрактори или рефлектори

        След работите на Гинан, Фраунхофер и Райхенбах капиталния въпрос в телескопостроенето: какво да се строи - рефрактори или рефлектори, бива разрешен в полза на първите. Техните духовни наследници Георг Мерц и Франц Йозеф Малер продължават делото им в определената вече насока. И двамата са способни телескопостроители: единият е оптик, а другият е механик, но и на двамата липсва научната интуиция на техните духовни бащи. Те продължават строителството на все по-големи телескопи, но вървят по утъпкан път - нищо ново не внасят в теорията на телескопостроенето. Даже някои от идеите на Фраунхофер биват забравени. Той категорично определя, че въпросите, свързани с остатъчните аберации в ахроматичния обектив, особено с вторичния спектър, биха могли да бъдат разрешени рационално само чрез употребата на нови, все още непознати видове оптично стъкло. Но трябва да минат цели 50 години, та Ернст Абе да изиска от фирмата "Шот и синове" изпълнението на тази Фраунхоферова идея. 
        През 1839 г. влиза в строя Пулковската обсерватория, за директор на която е назначен Василий Яковлевич Струве. За бъдещата обсерватория - астрономическа столица на света, той отправя отновo писмо до Мюнхенския институт за построяване на нов, още по-мощен рефрактор и само една година по-късно Мерц и Малер го завършват. При обектив с диаметър 38 cm и фокусно разстояние 690 cm в течение на повече от тридесет години (заедно с рефрактора на Кеймбриджката обсерватория) той е най-големият рефрактор в света. Двамата строители монтират този телескоп на т. нар. немска екваториална установка, но часовият механизъм е много по-съвършен и задържа определена звезда повече от два часа в зрителното поле за разлика от дерптския рефрактор, при който задържането е около час. 
        Годината 1871 в календара на телескопостроителите трябва да бъде подчертана с двойна червена линия. Цели три десетилетия границата от 38 cm не може да бъде прехвърлена и изведнъж това става почти с 30 cm. Фирмата "Кук и синове" и Алван Кларк (отново един любител става водеща фигура в астрономическото приборостроене) построяват рефрактори с диаметри 63.5 cm и 66 cm за обсерваториите в Кеймбридж, Англия и Вашингтон. 
        През 1885 обсерваторията в Пулково се снабдява с нов телескоп. Оптиката изготвят Алван Кларк и сина му, а механичната част фирмата "Репсолд". Тази фирма съществува от 1802 г. и отдавна се е специализирала в строежа на механичната част на телескопите. Тук му е мястото да се спомене, че телескопът отдавна вече е станал сложно оптико-механично съоръжение и при построяването му от механиците се изисква толкова, колкото и от оптиците (ако не и повече). Както ще видим малко по-късно, гигантът от Маунт Паломар е така прецизно механически уравновесен, че се задвижва от моторче с мощност 62 W. 

Пулковският рефрактор преди унищожаването му по време на Втората световна война

        Новия телескоп в Пулково има обектив с диаметър 76 cm и фокусно разстояние 1406 cm. На Алван Кларк и син астрономите дължат оптичната част на още два големи телескопа - Ликския от 1888 г. с диаметър 91.4 cm и фокусно разстояние 1828 cm и Йеркския съответно със 102 cm и 1979 cm. 
        При финансирането на постройката на Йеркския рефрактор милионерът Йеркс изискал той да бъде непременно най-големия рефрактор в света. След построяването му се оказало, че той ще бъде най-големия рефрактор не само за онова време, но и завинаги. Огромните 102 cm лещи въпреки от дебелината им от близо 9 cm били на границата на издръжливостта. По-големи от тях биха се огънали от собственото им тегло, да не говорим, че при тази дебелина на стъклото силно се увеличава поглъщането на светлината от наглед напълно прозрачните стъклени дискове. Природата сама поставя граници в увеличаване размерите на рефракторите, а астрономите по онова време се нуждаели от все по-мощни и по-мощни инструменти за наблюдение. Време било вече погледите отново да се обърнат към рефлекторите още повече, че междувременно били направени открития, които позволявали тяхното по-нататъшно развитие. 
        Ние оставихме телескопите-рефлектори по времето на Уилям Хершел със забележката, че поддържането на блестяща отражателна повърхност у големите огледала е мъчна работа. Въпреки това идеята за направа на все по-големи метални огледала не отминава отведнъж, а в лицето Уилям Парсонс - лорд Рос (1800-1867) и Уилям Ласел (1799-1880) намира най-големите си последователи в средата на 19 век. През 1842 г. лорд Рос пристъпва към отливането на първия си метален диск, прави пет последователни опита, докато през 1845 г. неговия телескоп влиза в действие. За онова време това било действително толкова грандиозно съоръжение, че даже получило наименованието - "Левиатан" - чудовище от древноевропейската митология, змей или риба с гигантски размери, При диаметър на огледалото 182 cm и фокусно разстояние 16 m огромната тръба на телескопа била монтирана между две стени в площта на меридиана с възможност за 12° отклонение наляво и надясно от него. Освен това телескопът се придвижвал на 40° от полюса към северния хоризонт и на 120° от него към южния, или описвал общо 160° дъга. Със своя телескоп лорд Рос вижда невероятни неща: мъглявите петна от малките телескопи придобиват вече определена форма, характерна за всяка от мъглявините. 

 

Телескопът на лорд Рос

        Уилям Ласел започва телескопостроителната си кариера, когато вече с ползва с името на голям астроном. С един сравнително малкък рефлектор (63 cm) в обсерваторията си в Ливърпул през 1847 г. той открива Тритон - спътник на Нептун, една година по-късно открива един от спътниците на Сатурн - Хиперион, заедно с американския астроном Бонд, а през 1850 г. открива спътниците на Уран - Ариел и Умбриел. Работата по тези му открития го убеждава, че мъглива Англия не е много подходяща за астрономически наблюдения и той изготвя две големи огледала с диаметър 122 cm, с едното от които през 1852 г. построява своя малтенски рефлектор - първия рефлектор, монтиран на т. нар. вилка с екваториална установка. На края на здрава ос, ориентирана строго успоредно на земната ос, той прикрепва стоманена вилка, между която монтира телескопа си. Идеята на Ласел по-късно много се харесва на телескопостроителите и много от днешните телескопи-гиганти са монтирани по подобие на малтенския Ласелов телескоп. Хубавото небе на остров Малта позволява на Ласел да увеличи броя на откритията си - над 600 мъглявини са открити от него. 
        Въпреки големите успехи на лорд Рос и Ласел съдбата на металните огледала решава едно на пръв поглед не особено голямо откритие: през 1835 г. Юстус Либих получава сребърно огледало при редукция на сребърен окис с млечна или гроздена захар. През 1856 г. той съобщава за откритието си на видния телескопостроител Щайнхайл, който веднага вижда в него средство за използване на стъклени огледала - обективи, покрити отгоре с тънък сребърен слой. Посребрените стъклени обективи имат редица преимущества пред металните огледала и пред обективите ахромати. При потъмняване на среброто огледалото се посребрява отново и отново, а самото огледало може да се изработи даже от обикновенно стъкло, стига да е добре темперирано, достатъчно дебело, за да не се огъне от собствената си тежест, и с малък коефицент на обемно разширение. Въпреки всичко инерцията тласка телескопостроителите и до края на 19 век да изработват все по-големи и по-големи, скъпо струващи рефрактори, докато природата сама слага граници на техните размери. 
        Към откритието на Либих през 1856 г. Леон Фуко прибавя второ, не по-малко важно от първото - той открива, т. нар. метод на сенките за изследване и контрол на повърхнината на сферични и асферични огледала през време на изработката им и след това. Без да се спираме подробно на този метод, трябва да споменем само това, че оптиците с цяла редица остроумни приспособления, направени в течение на няколко десетилетия, откриват днес по този начин отклонения от идеалната сферична или асферична повърхност от порядъка на 1/200 l светлинната вълна, докато според Релей и 1/4 l е достатъчно, за да се получат качествени образи. Опрени на тези помощни методи, оптиците телескопостроители започват строежа на телескопите-рефлектори в началото на 20 век. 
        Малко преди 1900 г. директорът на Йеркската обсерватория Георг Елери Хейл поканва като сътрудник на обсерваторията Георг Ричи (1864-1945). По специалност той е астроном, майстор в астрофотографията, но с по-голямо увлечение работи като оптик, като телескопостроител. Само няколко месеца след постъпването му в обсерваторията той изработва 60-сантиметрово огледало, което през 1901 г. се превръща в първия негов голям телескоп. Неговата тръба представлява лека ажурна постановка, която по-късно много харесва на астрономите, а самият телескоп показва прекрасните си качества още при първата направена снимка. При четиричасова експонация на мъглявината в съзвездието Андромеда на снимката се виждали много повече подробности, отколкото при пряко наблюдение с Йеркския рефрактор. 
        Получените резултати подтикват Хейл и Ричи да направят още по-голям телескоп. Този път френската фирма Гобен им изпраща един стъклен диск с диаметър 152 cm. От него Ричи изготвя първия рефлектор, който с размерите си би могъл да се мери с телескопите на Хершел или лорд Рос. Да се мери само с размерите си, защото във всяко друго отношение той ги превъзхождал многократно. При четиричасова експонация на фотоплаката Хейл получава снимка на звезди от 20-та величина, а професор Барнард през 1911 г. при наблюдение на планетите идва до заключението, че толкова подробности върху дисковете им той не е видял досега с нито един телескоп. 
        Докато астрономите се възхищават от резултатите на новия телескоп, Ричи се залавя с трети телескоп, който вече може да се нареди в категорията на гигантите. Отново фирмата Гобен изпраща стъклен диск, но вече с диаметър 254 cm и дебелина 20cm. Дебелината на диска е недостатъчна за толкова голям диаметър и Ричи още при обработката му измисля сложна система от подпори за разтоварване на огромната тежест с оглед огледалото да не промени формата си след монтажа в телескопа. След шестгодишна работа през 1917 г. готовият инструмент е насочен към небето. 
        Телескопът монтират на високото плато Маунт Уилсън близо до калифорнийския град Пасадена на височина 1800 m над морското равнище. Това е още едно голямо преимущество, като се има предвид чистата атмосфера - свободна от праха и дима на равнината. Интересно е първото наблюдение с новия телескоп, направено от Хейл и Адамс още първата вечер непосредствено след монтирането му. Те улавят в зрителното му поле Юпитер и остават изненадани от размития образ, състоящ се от няколко колебливо трептящи Юпитера. На какво се дължи тази картина, когато последните лабораторни изпитания показвали превъзходно качество на всички оптични детайли. Едно внимателно анализиране показва причината: по време на монтажа през деня части от огледалото са били под прякото действие на слънчевите лъчи, огледалото се е деформирало и сега са необходими много часове за темперирането му. Чак на сутринта образът придобива онова, което са очаквали Ричи, Хейл и Адамс. На другата сутрин над превъзходния купол опъват корабно платно, което да пази телескопа (и астрономите) от преживяните неприятности. 
        За потиженията на астрономията, постигнати с големия телескоп на Маунт Уилсън, се е писало много пъти. Ние ще подчертаем само онова, което другите телескопи преди него не можаха да направят. През 1926 г. Едуин Хъбъл на една снимка, направена с този телескоп, съумява да раздели външните ръкави на галактиката Андромеда на звезди, а през 1943 г. Бааде прави същото и по отношение на централното ядро с фотоплака, чувствителна към червените лъчи. Някога Александър Хумболд нарекъл многобройните мъглявини, които Хершел открива, "острови на Вселената". С Маунт Уилсъновия телескоп Хъбъл и Бааде доказват, че поне за някои от тях това наименование е вярно.
        Още с влизането в строя на 152-сантиметровия телескоп на Ричи астрономите от обсерваториите, които притежават най големите рефрактори, разбират че за изследване на Вселената са необходими не само рефракторите, които притежават, но и големи, модерни рефлектори. Последва едно надпреварване в построяване на редица големи инструменти, свързано с имената на именити телескопостроители. Джон Брешир (1840-1920) изработва през 1918 г. един 184,5-сантиметров рефлектор за обсерваторията Виктория в западна Канада, Фекер строи един след друг три големи телескопа: 175-сантиметров за университета в Делавар, Охайо, през 1932 г.,155-сантиметров за Оук Ридж, Масачузетс през 1937 г. и 152-сантиметров за аржентинската национална обсерватория в Кордоба през 1940 г. Фирмата Уорнър и Суези построява през 1939 г. 208-сантиметровия рефлектор на Макдоналдовия университет в Тексас, с който биват открити петият спътник на Уран - Миранда (Куйпър на 15 февруари 1948 г.) и вторият спътник на Нептун (Куйпър на 1 май 1949 г.). Чрез спектрограф същият установява широки абсорбционни линии на абсорбция на молекулен водород в атмосферите на Уран и Нептун, какъвто се е предполагало, че на тези планети няма. Синът на лорд Рос - Чарлс Парсонс, изработва 100-сантиметров рефлектор за обсерваторията в Симеиз, Крим (унищожен по време на войната), 188-сантиметров телескоп за обсерваторията Давид Дънлап в Торонто, Канада, през 1933 г., Рефлектора Радклиф със същия диаметър през 1948 г. и 249-сантиметрово огледало за телескоп за обсерваторията Гринуич, който се нарича "Исак Нютон". 
        По онова време обсерваториите в Европа се обзавеждат със сравнително по-скромни инструменти с диаметри около 100 cm. Четиригодишното военно бреме тегне над икономиката на Европа години наред. Но ако европейската икономика не може да отдели толкова много средства за построяване на скъпо струващите телескопи-гиганти, то европейските учени отново повеждат напред оптичната мисъл: през 1930 и 1941 г. Шмид и Максутов откриват нови телескопски системи, които извършват преврат в телескопостроенето.
        Най-после стигаме до построяването на гигантския телескоп построен на Маунт Паломар. Първите щрихи по новото съоръжение Георг Хейл и Франсис Пийз нахвърлят още през 1926 г. с намерение той да бъде не 5, а 7.5 метров, но едва през есента една комисия от астрономи, инженери, физици, химици и геолози определя физиономията му. Първото нещо, на което се спира тази комисия, е огледалото да бъде направено от пирекс, дискът му да има дебелина 12 cm, долната му страна да има формата на пчелна пита с ребра, високи 50 cm, с еднометров отвор в средата на огледалото. По този начин отдолу ще се получат 36 кръгли дупки, в които по-късно ще влязат повдигачи, за да разтоварят огромната тежест на огледалото и да го предпазят от деформиране. На 2 декември 1934 г. дискът е отлят и след 8-месечно темпериране в специална пещ е готов за оптична обработка.
        Едновременно с подготовката на бъдещото огледало професор Джон Стронг от Технологоческия институт в Пасадена съобщава за едно много важно откритие - покриване на отразяващите светлината оптични детайли с алуминий, изпарен във вакуумна камера. Сребърното покритие на огледалата има много голяма отражателна способност само непосредствено след посребряването. Няколко дни под действието на редица химически вещества в атмосферата (предимно сероводород) то започва да потъмнява и три месеца по-късно трябва отново да се посребрява. Методът на Стронг, открит през 1933 г., отстранява тази неприятност. Алуминиевият слой е много траен, освен това отразява не само видимите, но и ултравиолетовите лъчи. Веднага след откритието биват алуминизирани обективите на големите телескопи, като преалуминизирането се извършва веднъж на 3-4 години.
        Двадесеттонният диск обработват в Технологическия институт в Пасадена, като при грубата и средната шлифовка смъкват от него над 5 тона пирекс. Войната започва, когато едва е започнало полирането на огледалото, работата спира, за да бъде възобновена отново в началото на 1947 г. Седем месеца по-късно то е напълно завършено и поема трудния път към Маунт Паломар, където го чака огромната механична част.
        Маунт Паломар се намира на 170 km югоизточно от Маунт Уилсън и на 50 km от Тихия океан на височина 1700 m над морското равнище. Въздухът над огромното плато бил толкова чист, че даже можел да се види океанът. Огромният купол с диаметър 42 m и тегло 1000 тона е специално устроен с двойни стени от 9.5 милиметрова стоманена ламарина, между която има смачкано алуминиево фолио за топлоизолация. Жилищни помещения, лаборатории, технически работилници съпътсват огромната обсерватория - един модерен "Ураниборг", на който Тихо Брахе положително би завидял.
        Огромни усилия полагат строителите на това уникално съоръжение по отношение на механичната установка. Класическите немска, английска или вилкова установка тук са неподходящи поради 140-тонната тежест на телескопа. Тогава Потър, Андерсон, Едгар Пийз и Бурел предлагат една нова комбинация, която по-късно показва положителните си качества. Но нека оставим И. С. Боуен, директор на обсерваторията, сам да опише тази механична установка:
        "Окончателно беше прието монтиране с два полярни лагера - северен и южен. Северният лагер има формата на подкова с огромни размери - 14m в диаметър, и позволява телескопът да се ориентира по протежение на полярната ос. Това решение обаче породи други проблеми. Един от тях беше да се намали огромното триене на лагера до приемлива стойност. Общото тегло, действащо на полярната ос (около 530 тона), би изисквало въртящ момент около 3000 kg/m, ако биха били употребени обикновени ролкови лагери. Това не само би увеличило електрозахранването, но и всяка най-малка повреда би попречила на равномерната работа на проводящите механизми. В резултат на това бе решено да се заменят ролковите лагери с течно триене на маслен слой. Цилиндричният северен и сферичният южен лагер са прецизно изработени и са сложени на маслени възглавници, които точно пасват на лагерите. Пространството между тях е пълно с масло под налягане 21,5 kg/cm², поради което между тях има маслен слой с дебелина 0,075 mm". Към тези думи на Боуен Ролф Рикер добавя: "Телескопът е така добре балансиран, че за задвижването му е необходимо само допиране с ръка. Един мотор с мощност 62 W го привежда в движение.
        Огромноят диаметър на обектива позволява в пространството около главния фокус да се монтира специална кабина за наблюдателя, Тя има диаметър 1.8 m, т.е. толкова, колкото би било едно нютоново плоско огледало, ако от такова би имало нужда. В долната част на кабината се намират всички допълнителни огледала за Касегреновите фокуси и фокус Куде, които наблюдателят ръчно или с автомат би могъл да нагласи над главното огледало. Главният фокус на обектива се намира на 75 cm под пода на кабината, което позволява на наблюдателя удобно да се разположи и да извършва работата си.
        След монтирането на огледалото се проявяват редица недостатъци в параболичността му. Това налага да се снеме от телескопа и допълнително да се ретушира от големия оптик Д. Хендрикс, така че телескопът влиза официално в действие на 3 юни 1948 г. На едно скромно тържество телескопът е наречен на името на Георг Хейл, починал дест години преди това. Редовни астрономически наблюдения се водят от 1950 г. , като основната им задача е извънгалактичната астрономия. С телескопа се изследват галактики, които се намират на огромното разстояние 1 млрд. светлинни години.
        В средата на февруари 1961 г. Кримската астрофизическа обсерватория получава прекрасен подарък - един 264-сантиметров рефлектор, най-големия в Европа и трети по големина в света. Огромният телескоп е проектиран и построен в Ленинградския оптико-механичен завод от Б. К. Иоанисиани и неговите сътрудници. Обективът му, направен от пирекс, има главно фокусно разстояние 10.032 m (А=1:3.8) но освен това има още един фокус Касагрен с А=1:16.4, на Куде - 1:40 и на Несмит - 1:15.7 и е предназначен за всички видове наблюдения: визуални, фотографически, спектрални и т. н. Телескопът носи името на големия съветски астрофизик Шайн. Още с влизането му в действие кримският гигант показва прекрасните си качества и това още тогава подтиква строителите му към едно смело решение: да построят огромен шест метров гигант, който да подарят на съветската страна по случай нейната 50-годишнина.
        Колективът на Иоанисиани е знаел огромните трудности, които е трябвало да преодолеят американските телескопостроители при изработката на Маунт Паломарския телескоп, но това не ги изплашва и те бавно и методично обмислят всяка подробност, всяко "винтче", при проектирането на новия гигант. Предварителните изчисления показват скоро грандиозността на новото съоръжение. Само обективът и конструкцията, която ще го носи, ще тежат 280 тона, а целият телескоп ще има "скромното" тегло 850 тона. Такова огромно съоръжение не би могло да бъде монтирано даже на Маунт Паломарската установка и групата на Иоанисиани взима революционно решение: телескопът да бъде монтиран на азимутална установка, изоставена от астрономите още по времето на Хевелий и Хюйгенс. Както е известно, съвременните телескопи са монтирани на т. нар. екваториална или паралактична установка. При нея едната ос за придвижване на телескопа е успоредна на земната ос и ъгловата й скорост на завъртане, контролирана от точен часовников механизъм е еднаква с ъгловата скорост на въртене на Земята. По този начин веднъж намереното светило остава постоянно в зрителното поле на телескопа за наблюдение или фотографиране.
        Не така стоят нещата при телескопите, монтирани на азимутална установка. При тях движението на телескопа става по две координати. Извънредно трудното точно съгласуване на тези движения с движението на светилото по небесния свод принуждават астрономите на миналото да изоставят простата за изготвяне от техническа гледна точка азимутална установка и да прибягнат към паралактичната немска или английска установка. При проектирането на новия телескоп обаче възниква въпросът: каква би трябвало да бъде полярната ос на паралактичната установка та да носи огромната тежест от около 300 тона, без да се деформира ни най-малко. Невъзможността да се направи такава ос принуждава Иоанисиани да прибегне към азимуталната установка. Цялата тежест на телескопа при нея ще легне върху вертикалната ос по азимут и нейният постамент, на които не могат да се очакват никакви деформации. Що се касае до придвижването на телескопа и следенето на светилото, в помощ на видния съветски телескопостроител застават съвременната автоматика и електроника с всички съоръжения, които те предлагат на учените. И така: азимутална установка, съчетана с електронна управляваща машина, решава извънредно трудния въпрос не само за монтирането, но и за движението на огромната 850-тонна тежест без вибрации, точно следяща движещото се светило. 
        Шестметровото пирексово огледало с тежест 42 тона е монтирано върху основа с 60 повдигача, която има "скромното" тегло 50 тона.
        Целият 280-тонен телескоп лежи върху 120-тонна платформа на оста на завъртане на телескопа по азимут, около която се върти. Никакъв лагер, колкото и точно да бъде направен той, не би могъл да обезпечи плавно движение на телескопа, поради което вместо лагер се използва маслена възглавница под налягане.
        Деклинационната ос се състои от две части, монтирани към средния носещ пръстен. Монтирането е извършено с много голяма точност. Целият телескоп е висок 42 m, като само на "тръбата" се падат 24 m.
        Шестметровият гигант сам по себе си представлява цял научен институт. Двата фундамента, които носят деклинационната ос, са подразделени на многобройни лаборатории: фотографически, спектрални и др. , снабдени с уникални инструменти, където се извършват многобройни научни изследвания. 
        Новият телескоп е още една голяма крачка в овладяването на Вселената, но може със сигурност да се каже, че не е последната, Наистина монтирането на такива телескопи-гиганти поради огромните им размери става все по-трудна и по-трудна задача за изпълнение, но винаги търсещият човек ще намира средства, с които би се справил с всички трудности. Монтирането на последните два телескопа е гаранция затова. 

Никола Николов, Владимир Харалампиев
ЧОВЕКЪТ И ВСЕЛЕНАТА 53-71 стр.
издателство Наука и Изкуство, София 1972