Изобретено в СССР - читать онлайн книгу. Автор: Тим Скоренко cтр.№ 29

Своё главное изобретение Дмитрий Максутов сделал намного позже, в 1941 году, будучи начальником лаборатории астрономической оптики ГОИ и уже доктором технических наук. К слову, он получил степень без защиты, «по совокупности опубликованных работ».

Телескоп самой простой конструкции называется рефрактором. Фактически это подзорная труба, состоящая из двух элементов – объектива и окуляра. Объектив представляет собой систему линз, которая собирает свет, создавая уменьшенное изображение объекта, скажем Луны, а окуляр увеличивает его, как лупа. Но при кажущейся простоте рефракторы имеют ряд недостатков, среди которых сложность и дороговизна изготовления линз большого размера, а также хроматическая аберрация.

Последняя представляет собой искажения, возникающие из-за того, что показатель преломления оптического стекла, из которого делаются линзы, разный для различных длин волн (это явление называется дисперсией). Иначе говоря, лучи разных цветов по-разному преломляются стеклом и, следовательно, по-разному фокусируются линзой, что искажает получаемое изображение. Для исправления хроматической аберрации приходится использовать специальные материалы с низкой дисперсией или сложные оптические схемы.

Во второй половине XVII века учёные пришли к схеме телескопа-рефлектора. В рефлекторах вместо собирающих свет линз используются зеркала, поэтому такие телескопы лишены главного недостатка рефракторов – хроматическая аберрация у них полностью отсутствует (да и изготавливать крупные зеркала проще, чем линзы). Впервые рефлектор описал шотландский математик Джеймс Грегори в своём трактате 1663 года, затем, в 1668-м, сэр Исаак Ньютон построил первый в мире рефлектор, причём его конструкция отличалась от той, что описал Грегори, а в 1672-м английский естествоиспытатель Роберт Гук реализовал схему Грегори. Потом появились схемы Кассегрена, Несмита, Шмидта и др. Все современные самые крупные телескопы – рефлекторы.

Хотя у рефлекторов нет никаких хроматических аберраций, они не лишены недостатков. Последние проявляются в том, что для лучей, проходящих на разном расстоянии от оптической оси и под разными углами к ней, фокусы не совпадают, и это искажает изображение. Если луч падает параллельно оси телескопа, то говорят о сферической аберрации, если под углом – то о коме, если же точка расплывается и фокусируется в виде отрезка, это называется астигматизмом.

Максутов в 1941 году по-прежнему работал в ГОИ. Он более или менее успешно миновал репрессии: в 1930-м его арестовали на месяц во время чистки рядов ВКП(б), в марте 1938-го возбудили новое дело об измене Родине, но в декабре уже закрыли, поскольку как учёный он был нужен стране в большей мере, нежели как заключённый. В августе 1941 года ГОИ отправили в эвакуацию в Йошкар-Олу, и где-то в поезде, как впоследствии рассказывал сам Максутов, его осенило.

Решение проблемы оказалось настолько простым, что его действительно можно было придумать, трясясь в переполненном вагоне. Оно не требовало даже записи. Сферическую аберрацию следовало компенсировать сферической же линзой особой формы – так называемым мениском.

Мениск – это вогнуто-выпуклая или выпукло-вогнутая линза. То есть одна её сторона является выпуклой, а другая – вогнутой. Если центральная часть тоньше краёв (отрицательный мениск), то линза рассеивает свет, если толще (положительный) – собирает. Мениск изобрёл в 1804 году знаменитый английский учёный, химик и оптик Уильям Хайд Волластон. Изначально он разработал мениск в качестве корректирующей линзы для очков (он используется таким образом и по сей день), затем в 1812 году применил его в своей конструкции камеры-обскуры. Мениск Волластона впоследствии использовали для корректировки аберраций первые фотографы – Ньепс и Дагер. Обратите внимание: мениск был известен более 100 лет, с его помощью проводили корректировки оптических систем, в том числе и компенсацию хроматической аберрации телескопов-рефракторов, но до Максутова никто не догадался использовать его в рефлекторе!

11 августа 1941 года Максутов прибыл в Йошкар-Олу, а месяц спустя испытал первый телескоп с корректирующей системой. Идея была прекрасна в первую очередь своей простотой: мениск тщательно рассчитанной формы позволял корректировать аберрации в любых типах рефлекторов – и в схеме Ньютона, и в схеме Гершеля, и в схеме Грегори и т. д. и т. п. К концу 1942 года Максутов рассчитал сотни менисков для самых разных оптических приборов, в том числе для объективов, спектрографов и даже для прожекторов.

В 1944 году в Оборонгизе вышла статья Максутова «Новые катадиоптрические менисковые системы», где подробно описывалось его изобретение. В том же году в «Журнале Оптического общества Америки» (Journal of the Optical Society of America) была опубликована англоязычная версия статьи: Максутову разрешили отправить работу в зарубежный научный журнал. В 1946 году за свою работу учёный получил Сталинскую премию I степени.

Стоит заметить, что Максутов не был первым оптиком, решившим проблему сферической аберрации. В 1930 году эстонско-шведский физик Бернхард Шмидт установил в телескопе-рефлекторе ограничивающую диафрагму с асферической линзой (то есть такой, у которой одна или обе поверхности не являются сферическими). Это позволило добиться того же результата, что и у Максутова, – диафрагма полностью устраняла кому и астигматизм, а асферическая линза особой формы (сейчас такую линзу называют корректирующей пластинкой Шмидта) компенсировала сферическую аберрацию.

Систему Шмидта, скончавшегося в 1935 году, многократно совершенствовали. Наиболее известны доработки, сделанные в 1940-х сотрудниками Гарвардского университета Джеймсом Бейкером и Джозефом Нанном. Она используется во многих крупных телескопах мира: в Паломарской и Гамбургской обсерваториях, а также на орбитальном телескопе «Кеплер».

Схема Максутова чисто технически менее совершенна, чем схема Шмидта, зато она значительно проще, не требует изготовления сложных асферических линз и позволяет, как уже говорилось, легко модифицировать практически любой рефлектор. Наиболее распространены в любительской оптике схемы Максутова и Шмидта, модифицирующие телескоп системы Лорана Кассегрена, представленный Парижской академии наук в 1672 году.

Забавный факт: телескопы Максутова – Грегори и Грегори – Максутова представляют собой совершенно разные системы. Вторая не имеет отношения к упомянутому выше Джеймсу Грегори, шотландскому учёному XVII века. Она названа в честь Джона Грегори, американского оптика, который в 1957 году опубликовал в журнале Sky & Telescope сенсационную статью «Постройка телескопа Кассегрена – Максутова в домашних условиях». Версия телескопа, описанная в статье Джоном Грегори, оказалась совершенно новой, ранее нигде не применявшейся схемой менискового прибора. Грегори получил на неё патент, и схема вошла в историю под названием Грегори – Максутова.

Дмитрий Максутов прожил удивительно богатую творческую жизнь. Менисковые телескопы производятся наряду с другими системами практически всеми фирмами, специализирующимися на астрономической оптике. Ряд телескопов Максутова – Кассегрена установлен в различных обсерваториях, например в чилийской Серро-Эль-Робле, Абастуманской обсерватории в Грузии и др. Серьёзнейшей его работой стало проектирование большого азимутального телескопа (БТА-6) в Нижнем Архызе – с 1975 по 1990 год это был самый большой телескоп в мире, потом рекорд перешёл к Keck 1 в обсерватории Кека на Гавайях. Правда, сам Максутов БТА-6 в работе не увидел: он скончался в 1964 году и был похоронен на знаменитом «астрономическом» кладбище у Пулковской обсерватории.