Шрифт:
Закладка:
Электромагнитный спектр простирается в обоих направлениях до бесконечности: и в сторону длинных волн, где он, возможно, ограничен размером самой Вселенной, и в сторону волн коротких, где ограничения, возможно, ставит квантовая физика. Сейчас мы располагаем техникой, позволяющей регистрировать волны с длиной от менее одной стомиллиардной доли метра (высокочастотные гамма-лучи) до многих сотен километров (крайне низкочастотные радиоволны) – отличие в квадриллионы раз.
Тысячелетия назад, если человек хотел посмотреть на небо или на противоположную сторону широкой долины, он мог воспользоваться длинной пустотелой трубкой, которая помогала фокусировать внимание и уменьшить блики – так делал Аристотель и, вероятно, его предшественники. Но никакая пустая трубка, какой бы длинной они ни была – и неважно, отделана ли она золотом, как у древнего ассирийского мастера, вырезана ли из нефрита, как у древнего китайского художника, или прикреплена к армиллярной сфере, как придумал сделать один сведущий в математике средневековый римский папа[152], – не могла бы помочь вашей физиологической неспособности разглядеть планету Нептун или оценить численность вражеской армии или флота на большом расстоянии.
Но, как только вы вставите в трубку пару линз, у вас в руках окажется оптический телескоп.
Инструмент для усиления органов чувств, телескоп позволяет как увидеть светящиеся предметы, слишком слабые для глаза, так и различить мелкие детали, глазом неразличимые (эта способность называется разрешением). Во-первых, он доказывает вам, что объект, который вы ищете, существует; во-вторых, делая различимыми его форму, движение и цвет, он рассказывает вам, чем этот объект может быть. Задача телескопа – собрать максимальное количество удаленной от вас информации и передать ее в ваш мозг посредством ваших глаз.
Рассматриваете ли вы армию врага или небесные светила, каждый бит информации, который вы получаете, доставляется вам лучом света. В структурном смысле телескоп немногим отличается от ведерка для сбора фотонов. Независимо от того, что вам важнее – чувствительность регистрации или разрешение, чем больше диаметр вашего ведерка, тем больше фотонов вы соберете. Собирающая площадь растет как квадрат диаметра, так что, если вы утроите диаметр, вы увеличите способность вашего телескопа регистрировать объекты в девять раз. Разрешение определяется отношением диаметра телескопа к длине волны света, который он собирает. Чтобы добиться максимального разрешения, вам нужно ведерко намного более широкое, чем выбранная вами длина волны. Для видимого света, длины волн которого измеряются сотнями нанометров, диаметра собирающего отверстия в несколько метров более чем достаточно. И точно так же, как любителю вина нравятся настолько тонкие бокалы, чтобы граница между напитком и губами почти исчезла, астрофизик добивается того, чтобы технические ограничения его телескопа, слабые стороны самого наблюдателя и искажения, вносимые атмосферой Земли, были, насколько это возможно, исключены из получаемых данных.
___________________Прибор, помогающий видеть на расстоянии, появился всего четыре столетия назад. Это была пара линз размером с круглое печенье, жестко укрепленных внутри трубки. В сентябре 1608 года – как раз в разгар конфликта между католиками и протестантами, известного как Восьмидесятилетняя война[153], – мастер, занимающийся изготовлением очков, Ханс Липпергей представил это устройство принцу Морису Нассаускому, главнокомандующему вооруженными силами Объединенных провинций Нидерландов. Эта трубка и была первым настоящим исторически подтвержденным телескопом, хотя имеется множество упоминаний и о более ранних подобных изобретениях. О замечательном приборе Липпергея узнал Галилей и за полгода построил свой собственный, лучшего качества.
Ранние телескопы собирали мало света, и получаемые ими изображения удаленных объектов, как небесных, так и земных, были расплывчатыми, искаженными и тусклыми. Линзы были маленькими и толстыми, сделанными из плохого стекла, имели неравномерную кривизну и неважную полировку. В те далекие дни, когда, несмотря на слагаемые им панегирики, телескопы давали немногим больше данных, чем нам позволил бы получить обычный театральный бинокль, их достижения обычно были связаны с увеличением, а не разрешением. Первый телескоп Галилея – свинцовая труба с двумя купленными в магазине линзами от очков, изготовленная в начале лета 1609 года, приближала объект в три раза. По той же арифметической закономерности, что и в случае собирающей площади телескопа, если мы возведем эту тройку в квадрат, мы получим объект, в девять раз большего размера, чем он представляется невооруженному глазу. А к концу осени того же года Галилей построил телескоп, в котором объект выглядел уже в шестьдесят раз больше[154].
Конечно, астрономы XVII века не догадывались, насколько плохи были их телескопы. Наоборот, они восхищались тем, какой выигрыш дает телескоп по сравнению с человеческим зрением. И они действительно сумели сделать удивительные открытия. Летом 1609 года английский астроном Томас Хэрриот, научный консультант сэра Уолтера Рэлея, разглядел лунный полумесяц достаточно хорошо, чтобы зарисовать некоторые детали лунной поверхности: это был первый известный «портрет» Луны через зрительную трубу[155]. Той же осенью Галилей, вооруженный значительно лучшим телескопом, увидел и зарисовал на Луне горы и кратеры, а также получил и другие «великолепные и удивительные виды»: четверку лун вокруг Юпитера, невидимые глазом звезды в туманности Ориона и в скоплении Плеяд, пару периодически появляющихся и исчезающих объектов вблизи Сатурна. Спустя столетие, наблюдая Сатурн в еще больший и лучший телескоп, Христиан Гюйгенс увидит, что эти его «компаньоны» на самом деле являются двумя частями окружающего Сатурн кольца. А еще всего через двадцать лет Джованни Кассини в еще лучший телескоп разглядел там два концентрических кольца, разделенных промежутком («щелью Кассини»),
___________________За тысячелетия до воздушных бомбардировок небо было царством воздуха, света, дождя, ветра и божеств. Никто не мог себе представить, что, глядя вверх, можно предотвратить военную опасность. Армии наступали по воде или по земле. Идею о том, что небо следует наблюдать, чтобы защититься от врагов, принес только век двадцатый. Напротив, возможность следить за земными кругозорами всегда была мечтой генералов, оптиков, мореплавателей и вообще всех, кому необходимо было смотреть вдаль.
Случилось так, что, когда в сентябре 1608 года Ханс Липпергей прибыл в Гаагу, чтобы представить то, что в его рекомендательном письме называлось «устройством, посредством которого все предметы на очень большом расстоянии можно видеть так, как если бы они находились поблизости», в этом городе шли напряженные мирные переговоры, и он был полон дипломатических представителей и делегаций. Французы играли роль посредников между представителями Нидерландов и их
