- 63 -

О. А. МЕЛЬНИКОВ

(Ленинград)

АСТРОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
М. В. ЛОМОНОСОВА

Великий русский ученый-материалист Михаил Васильевич Ломоносов является одним из крупнейших ученых мира, построивших фундамент современного естествознания. Он внес огромный вклад и во многие другие области знаний. Золотой фонд, оставленный нам Ломоносовым, до сих пор еще не полностью изучен, и лишь постепенно детальное исследование конкретных работ приносит нам все более и более полные сведения.

Мы остановимся только на астрофизических работах Ломоносова. Анализу этих и смежных работ посвящено много исследований оригинального характера.1

В связи с этим нелегко добавить что-либо принципиально новое, совсем неизвестное. Рассмотрим этот вопрос в сопоставлении с тем, что было сделано за рубежом в эпоху Ломоносова, а также до и после него, с учетом новых сведений, полученных из более современных наблюдений. При этом

- 64 -

мы будем освещать результаты работ Ломоносова с точки зрения наблюдателя — инструментальщика и спектроскописта, не придерживаясь исторической последовательности его работ. Кроме того, мы неизбежно должны будем попутно встречаться с результатами по другим, смежным специальностям, в области которых автор не претендует на абсолютную точность.

1. Работы по оптическому стеклу для линз
и призм телескопов

Со времени изобретения телескопа в начале XVII в. и до настоящего времени качество приготовления шихты для варки стекла, его горячей и холодной обработки целиком определяло качество телескопов той или иной эпохи. Уровень же телескопостроения в сильной степени влиял на новизну и важность открытий.

В разные эпохи строились линзовые (диоптрические) оптические системы телескопов-рефракторов, зеркальные (катоптрические) системы телескопов-рефлекторов. В настоящее же время мы имеем синтез этих систем в виде зеркально-линзовых (катодиоптрических), весьма совершенных в оптическом отношении телескопов.

Телескопостроение с самого начала шло по пути изготовления простейших однолинзовых объективов. Однако эти системы были весьма несовершенны вследствие оптических ошибок: сферической, хроматической и других аберраций.

Первые конструкторы-наблюдатели XVII в. стремились снизить влияние этих ошибок путем удлинения, уменьшения относительных отверстий своих телескопов. Борясь также и с механическими трудностями, неизбежно возникающими при увеличении габаритов телескопов, они пришли к системам «воздушных телескопов». В этом случае часто объектив на высоком столбе и окуляр на обычном треножном штативе не связывались в единое целое. Наблюдать в такие системы, особенно при ветре, было поистине героизмом. Кроме того, конструкция длинных труб не решала задачи полностью. Легко показать, что, например, плоско-выпуклая (сферическая) кроновая линза будет совершенной в отношении сферической аберрации для визуальных наблюдений только в том случае, если она будет иметь при диаметре 10, 20, 50 и 100 см фокусное расстояние (т. е. фактически длину) не меньше 1.5, 3.8, 12.5 и 32 м соответственно. Именно к этому результату интуитивно пришли ученые XVII в., перейдя к изготовлению длинных телескопов. Несколько улучшило дело нанесение путем ретуши асферичности на поверхности линзы.2 Казалось бы, все хорошо и умеренное удлинение телескопов решает задачу. Однако если аналогичный расчет сделать и для хроматической аберрации, то результаты будут совсем неутешительными. При тех же диаметрах одиночных кроновых линз их фокусные расстояния, при наблюдении в визуальном участке спектра (линии водорода C—F), должны быть не меньше 70, 980, 1750 и 7000 м соответственно! Этого фактически достигли наблюдатели только для первых цифр (D = 10 см, F = 70 м), да и то ценой неизбежной потери жесткости, а следовательно, ценой ухудшения качества изображения. Идти по пути изготовления объективов больше 10 см не представлялось возможным из-за гигантских длин телескопов. Кроме того, все равно изображения были окружены фиолетовым свечением, для устранения которого надо было еще более удлинять трубы телескопов. Все это вместе со сферической аберрацией и привело к неизбежности постройки «воздушных труб». Эти телескопы, несмотря на свое несовершенство в механическом отношении,

- 65 -

позволили Яну Гевелию, Дж. Д. Кассини, Хр. Гюйгенсу и другим сделать замечательные открытия: новые спутники Сатурна, деление кольца последнего, вращение Юпитера, Марса и др.

Казалось, что дальнейших перспектив в улучшении однолинзовых телескопов нет. Этот вывод был сделан благодаря исторической оптической ошибке Ньютона. Именно он, открыв дисперсию света в стеклах и объяснив ее наличием главный дефект однолинзовых телескопов — хроматизм,3 вместе с тем считал, что так называемая относительная частная дисперсия постоянна для всех прозрачных сред. Это означало, что исправить хроматизм линз невозможно, и Ньютон, а за ним и другие, в частности Ломоносов, обратили свое внимание на зеркальные телескопы.

Лишь в середине XVIII в. Л. Эйлер4 рискнул поставить под сомнение это утверждение Ньютона и предложил комбинацией из воды и двух менисковых стекол5 построить более совершенные в отношении хроматической аберрации объективы.6 Этому помог тот факт, что указанные относительные частные7 дисперсии для стекла и воды различны.

Вместе с Эйлером над общими вопросами теории хроматической аберрации и постройки объективов-ахроматов работали и другие видные математики. Однако еще в 1733 г. английский оптик Ч.-М. Холл чисто эмпирическим путем фактически построил первый и последующие ахроматические объективы типа крон (положительная линза)-флинтовых (отрицательная линза) с диаметром около 6.4 см и фокусным расстоянием около 51 см (относительное отверстие около ¹/₈).

Однако работы Холла были незаслуженно забыты, ибо, в частности, объективы все же не были достаточно совершенным и из-за несовершенства стекол, особенно флинта, который далеко не соответствовал «оптическому».

Более совершенные ахроматы стал изготовлять с 1758 г. лондонский оптик Д. Доллонд, впоследствии его дело продолжил П. Доллонд. Последний строил трехлинзовые ахроматы. Однако и эти объективы из-за низкого качества стекла, особенно типа флинта, были неудовлетворительными. В то время в Англии был введен неоправданно высокий налог на продукцию промышленного производства, в частности стекла. Это делало производство невыгодным8 и значительно его тормозило. Качество стекла фактически не улучшалось, а получаемые блоки были небольшими (5—

- 66 -

10 см). Прогресс был достигнут лишь позднее, и не в Англии, а в Швейцарии, рабочим-оптиком Пьером-Луи Гинаном в 1784—1790 гг. при изготовлении очковых стекол, но лучшие результаты были получены им в 1799 г. В 1805 г. Гинан уже передавал свой практический опыт в будущем знаменитому Й. Фраунгоферу. Необходимо отметить, что Гинан не улучшил сколько-нибудь существенно состав стекол, но значительно улучшил технологию горячей обработки в процессе расплавления шихты и охлаждения стекломассы. Он ввел механическое размешивание с помощью вертикального керамического стержня, что существенно улучшило химическую (изменение состава от точки к точке) и физическую (пузырьки, камни и пр.) однородность стекла. Именно поэтому, хотя «оптическое» стекло и производили уже в XVIII в., его фактическое производство началось, как считается, в самом конце XVIII и начале XIX в. Именно в то время появился настоящий флинт, а крон уже существовал ранее, что и позволило изготовить в первой четверти XIX в. Й. Фраунгоферу (для России, г. Дерпта) весьма совершенные и сравнительно большие ахроматы. Однако это было уже значительно позднее ломоносовского времени.

Расчет показывает,9 что для двухлинзовых крон К8 (с малой примесью PbO)-флинтовых Ф2 (с большей примесью PbO) объективов-ахроматов при отверстиях 10, 20, 50 и 100 см минимальные фокусные расстояния должны быть в области спектра C—F соответственно 4.4, 17.4, 109.0 и 436.0 м, т. е. приблизительно в 16 раз короче, чем для одиночной, достаточно ахроматической линзы. Но основа изображения будет иметь сине-фиолетовое сияние, устранить которое одновременно затруднительно, во всяком случае при этом основное преимущество ахромата будет заметно снижаться.

Из соображений более удобных габаритов, например объективов с диаметром отверстия 10 см, фактически необходимые для этого размера фокусные расстояния в 4.4 м не используются. Обычно задается фокусное расстояние около 1.5 м, т. е. в три раза меньшее. При этом приходится мириться с неизбежным ухудшением в смысле хроматических помех.

Указанные выше ахроматические, или, как их называли в XVIII в., «доллондовы», трубы использовались почти повсеместно, в частности и в России. Как раз Ломоносов при знаменитом наблюдении Венеры и встретился с указанным явлением остаточного хроматизма, используя двухлинзовую ахроматическую трубу в 4¹/₂ фута.10 Он писал: «При сем ясно примечено, что как только из оси трубы Венера выступала в близость краям отверстия, тотчас являлись цветы от преломления лучей, и края оныя казались неявственны тем больше, чем была от оси далее. Для того при сей обсервации устанавливалась труба, чтобы Венера была всегда в центре отверстия, где края ее казались весьма явственны без всяких цветов».11 Таким образом, рабочее поле для хорошей видимости Венеры было невелико, как обычно и бывает в двухлинзовых ахроматах, однако, по-видимому, аберрации не играли столь большую роль.

Из всего изложенного выше, в частности и по истории оптического стекла, становится ясно, что Ломоносов, работая с ахроматическими системами, да еще и ранее, хорошо понимал существо дела, а именно, что невысокие оптические качества стекла и обусловливают в основном недостаточную четкость изображений объектов существовавшими телескопами. России, в частности, нужно было стекло более высокого качества.

- 67 -

Производство стекла на Руси возникло не позднее IX—X вв., а вероятно, даже ранее. Об этом говорят археологические раскопки. Первый стекольный завод в России располагался в 1635 г. в местечке Духанино, второй — в 1665 г. в селе Измайлове (оба под Москвой). Но эти стекольные заводы удовлетворяли в основном потребности быта, а не науки. Ломоносов заложил основы науки о стекле вообще, и в частности оптическом.

Рис. 1. Простые системы отражательных телескопов.

Названия фокусов: 1 — Ньютон; 2 — прямой; 3 — кольцевой-I; 4 — кольцевой-II; 5 — Цукки—Ломоносова—Гершеля, (d = 9 см, F = 20 см); 6 — внеосевой; 7 — Ньютона—Ломоносова.

В замечательном «Письме о пользе стекла» (1752 г.)12 Ломоносов писал:

«Во зрительных трубах стекло являет нам,
Колико дал творец пространство небесам.
Толь много солнцев в них пылающих сияет,
Недвижных сколько звезд нам ясна ночь являет.
Круг солнца нашего, среди других планет,
Земля с ходящую круг ней луной течет,
Которую хотя весьма пространну знаем,
Но к свету применив, как точку представляем»

и т. д.

Именно в «Письме» Ломоносов провозглашает высокую прозрачность стекла для обычного оптического и непрозрачность для теплового (инфракрасного) диапазонов спектра, физическую сущность этих явлений и пр.

- 68 -

В конце «Письма» он пишет: «На время ко стеклу весь труд свой приложу». Ломоносов действительно выполнил свое обещание.

Многие, хотя и отрывочные, сведения имеются в его знаменитой работе «Химические и оптические записки», а также и в других источниках.

Свои лабораторные опыты Ломоносов производил сначала в первой созданной им в 1748 г. химической лаборатории Академии наук в Петербурге, на Васильевском острове. Эта лаборатория — одноэтажное кирпичное здание с двухскатной черепичной крышей — и считается местом рождения научного стеклоделия в России. В 1757 г. Ломоносов построил собственный дом и лабораторию на берегу Мойки. Но еще до этого, в 1753 г., он организовал опытный стекольный завод в Усть-Рудице близ Ораниенбаума (ныне г. Ломоносов), который фактически являлся еще более крупной производственной лабораторией. Этот завод работал под руководством Ломоносова, и на нем проходили практику многие мастера-стекловары. Но в основном он специализировался по изготовлению смальты для мозаики и другой продукции, а не оптического стекла.

Ломоносов придавал огромное значение вопросу теории и практики огнеупоров, стекловаренным печам, тиглям (шамотным, т. е. из огнеупорных глин и каолинов, отощенных добавкой шамота), рецептам шихты (смесь сырьевых материалов для варки стекла), всему технологическому процессу горячей обработки стекла и пр. В частности, им был сконструирован специальный «пирометр» для определения высокой температуры плавки — «градуса огня», или «градуса теплоты»,13 при температуре стекловарения около 1400—1600°.

Для изготовления хорошего стекла Ломоносов произвел в своих лабораториях множество опытов и зачастую не только составлял рецепт шихты, но сам развешивал материалы, выполнял плавку и т. д. В 1764 г. он писал по этому поводу: «...сделал больше четырех тысяч опытов, коих не токмо рецепты сочинял, но и материалы своими руками по большей части развешивал и в печь ставил».14

Всякое стекло вообще, а оптическое особенно, имеет свойства, определяемые его химическим составом и горячей обработкой. В настоящее время все сырьевые материалы весьма условно можно разделить на главные и вспомогательные.

Главные, или основные, материалы являются стеклообразующими. Ими в стекломассу вводятся в виде различных соединений кислотные (SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃ и др.), щелочные (Na₂O, K₂O и др.), щелочноземельные и другие (PbO, MgO, BaO и т. д.) стеклообразующие окислы.15 Кремнезем SiO₂ является главной частью шихты для получения стекла и вводится, например, в виде кварцевого песка, горного хрусталя и т. д.

Для придания стеклу определенных оптических и других свойств в шихту вводятся вспомогательные материалы, например осветители (для уменьшения пузырчатости — сульфат натрия, трехокись и пятиокись мышьяка), красители (хлорное золото, соединения хрома, кобальта и др.).

В табл. 1 приводятся сведения о тех рецептах оптического стекла (числа выражены в процентах) с разными силами преломления — рефракциями, или, как мы говорим сейчас, «коэффициентами (показателями) преломления», которые употреблял и исследовал Ломоносов.

Мы видим, что в основном шихта являлась трехкомпонентной, т. е. простейшей, и по объему не превышала приблизительно 0.5 кг (Ломоносов

- 69 -

считал в золотниках; 1 зол. — 4.266 г). Такая масса вещества могла быть расплавлена (вариться) в обычных тиглях из специальных шамотных огнеупоров.

Таблица 1

№ рецепта	Песок кварцевый, SiO2 + примеси*	Кварц (дробленый), SiO2**	Бура, B2O3***	Сурик (свинцовый), Pb3O4, PbO	Поташ, K2CO3, K2O	Селитра (калиевая), KNO3, K2O	Абс. вес (г)
1	50.0					50.0	307
2	49.2		1.4			49.2	312
3		49.2	1.4			49.2	312
4	50.0					50.0	307
5		27.2		72.8			564
6	27.2			78.8			564
7	42.8			14.4	42.8		359
8	49.2		1.4		49.2		312
9	61.0			30.5		8.5	505

   * Кварцевый песок (не чистый кварц, загрязненный рядом примесей) при высоком качестве: 99.* 0—99.* 8% SiO₂, и 1—0.2% примесей (Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO и др.).

  ** Кристаллический кремнезем или дробленый (горный, природный хрусталь, разновидность кварца).

*** Десятиводная натриевая соль тетраборной кислоты в виде минерала Na₂B₄O₇10H₂O (обезвоживается, т. е. берется Na₂B₄O₇).

«Свинцовые стекла» из горного хрусталя (природной разновидности кварца) с большим количеством сурика и, следовательно, окиси свинца, имеют очень большое светопреломление и до некоторой степени аналогичны позднейшим флинтглассам или флинтам (до 30% PbO и более, в особых случаях до 20% Sb₂O₃). Наоборот, «фужерное стекло», или посудное, являлось в то время поташным, или калийным. Смешивая в рецепте шихты для получения стекломассы оба сорта, Ломоносов варьировал светопреломление своих оптических стекол. В «Химических и оптических записках» под № 67 [13] он пишет: «Стекло с суриком много больше делает рефракцию, нежели другое. С ним соединить стекло из фужеры».16

Из сказанного мы видим, что, вероятно, одной из основных практических заслуг Ломоносова в области оптического стекла является испытание целого ряда окислов в качестве главных («основных») стеклообразующих материалов.

Это он сделал раньше своих зарубежных коллег. Кроме того, Ломоносов выполнил много исследований также и по цветному стеклу, по специальным красителям для него. Некоторые типы таких стекол, в частности, употребляются астрофизиками в настоящее время в качестве светофильтров.17

- 70 -

Следует иметь в виду, что Ломоносов «откалял» свои оптические стекла, т. е. производил добавочную горячую обработку, которую мы теперь называем тонким отжигом. Этот процесс проводится с целью снижения внутренних напряжений в стекле и очень важен, особенно для оптических стекол. Например, в «Химических и оптических записках» под номером 32 [1]: «В окулярные (стекла, — О. М.) употреблять желтое стекло из сурика и горного хрусталя откаленное».18

Отметим, что почти одновременно с Ломоносовым и затем после него по стеклу успешно работали в Петербурге также И. Э. Цейгер и К. Г. Лаксман. Последний, в частности, в 1764 г. изобрел способ применения в стеклоделии (позднее сварил этим методом стекло) вместо поташа или соды (щелочей) глауберовой соли (сульфит натрия, содержит 19.2% Na₂O), добытой из природных месторождений (и обезвоженной), т. е. из минерального богатства оболочки Земли. Ранее для получения золы и изготовления поташа в угрожающих размерах уничтожались леса. Современные оптические стекла являются более чем трехкомпонентными, т. е. более сложными. В качестве иллюстрации в табл. 2 приводится состав некоторых современных 4—7-компонентных стекол, употребляющихся в астрофизике, в частности для изготовления кронфлинтовых ахроматов.

Таблица 2

Сорт стекла	Оптические постоянные			Окислы (%)
	nD	(nF—nC)105	ν	двуокись кремния, SiO2	борный ангидрид, B2O3	трехокись мышьяка (мышьяковистый ангидрид), As2O3	окись кальция, CaO	окись магния, MgO	окись свинца PbO	окись натрия, Na2O	окись калия K2O
Кроны (К)	1.5100	805	63.4	72.00	8.15	0.20	1.55	0.45	—	7.20	10.45
Флинты (Ф)	1.6169	1691	36.5	47.00	—	0.25	—	—	46.40	—	6.35
Легкий флинт (ЛФ)	1.5480	1195	45.9	61.00	—	0.20	—	—	26.30	4.50	8.00

Сравнивая табл. 1 и 2, мы видим, что, например, оптическое стекло Ломоносова по рецепту 9 до некоторой степени напоминает современный легкий флинт. Однако с уверенностью этого сказать нельзя, ибо неизвестны точные данные для расчета шихты и, следовательно, окончательного состава стекла, например: 1) сколько фактически содержится окиси кремния в употреблявшемся Ломоносовым кварцевом песке (это зависит от его месторождения; для обычных песков чаще мы имеем 97—99% SiO₂); 2) сколько окиси свинца содержалось в употреблявшемся сурике (обычно в стекло переходит 97.7% PbO); 3) сколько окиси калия содержалось в употреблявшемся поташе (обычно 68.2% K₂O) и был ли он «растительным» (из травы, растений, дерева) или «минеральным»; 4) сколько K₂O содержалось в употреблявшейся калиевой селитре; 5) сколько борного ангидрида и окиси натрия содержалось в употреблявшейся буре (в необезвоженной обычно

- 71 -

36.65% борной кислоты, 16.2% Na₂O и 47.15% воды) и была ли она обезвожена и т. д.

Как мы видим из табл. 2, при варке современных стекол наряду с окисью калия (из поташа K₂CO₃) употребляется и окись натрия (из соды Na₂CO₃), что ускоряет стеклообразование (вообще плавку), уменьшает вязкость стекломассы, снижает температуру плавки, облегчает процесс «осветления» стекла и др.

Дополнительное введение трехокиси мышьяка (мышьяковистого ангидрида As₂O₃), получаемого возгонкой из мышьяковистой руды FeAsS), приводит к осветлению стекла и уменьшению пузырчатости; окись кальция CaO (вводится в шихту посредством известняка или мела) придает стеклу химическую устойчивость; окись магния MgO (вводится в шихту в виде магнезита или доломита) снижает вероятность опасного явления кристаллизации (кальций и селитра), повышает скорость твердения стекла и пр. Если учесть также свойства употряблявшихся Ломоносовым сырьевых материалов (буры, поташа, селитры и сурика), то мы убедимся, что в общем шихта подобна той, что употребляется и теперь. Таким образом, современные рецепты оптического стекла отличаются от старых не принципиально.

В табл. 2, кроме химического состава, приведены также некоторые оптические постоянные стекол: показатель преломления n_D для натриевой желтой линии D, средняя дисперсия (n_F—n_C)·10⁵ между красной C и синей F водородными линиями и коэффициент дисперсии ν =  (при равных n_D эти значения могут быть разными). Кроме этих оптических постоянных, представляют интерес и другие, которых мы здесь не будем касаться.

Кроме того, к оптическому стеклу предъявляются требования однородности блоков по показателю преломления и средней дисперсии, оптической однородности (по виду разрешенная в испытательной коллиматорной установке при вводе и выводе в нее, в пучок лучей, данного блока стекла) и свильности, внутренних напряжений (по двойному лучепреломлению) и беспузырчатости, малого светопоглощения, необходимых термических свойств и пр.

Основы этого оптического отечественного стеклоделия были заложены Ломоносовым. Его замечательное наследие, как и наследие его коллег, по словам С. И. Вавилова, «...было погребено в нечитавшихся книгах в ненапечатанных рукописях, в оставленных и разоренных лабораториях на Васильевском острове и на Мойке».19 «Вот почему научные сочинения Ломоносова, многие из которых стали доступными только в 1934 г., читаются с удивлением и вместе с тем с печалью и досадой», — писал Б. Н. Меншуткин.20 После работ Ломоносова в России по оптическому стеклу и последующих работ Доллонда в Англии, затем Гинана в Швейцарии, Фраунгофера в Германии их дальнейшее развитие сосредоточилось именно в последней стране. В 1886 г. в Германии благодаря работам Э. Аббе, Ф. Шотта и др. был построен знаменитый Иенский завод Шотта. Некоторое развитие получили также работы во Франции и в Англии. В России производство настоящего оптического стекла началось только в 1916 г., но в широком ассортименте — после Великой Октябрьской социалистической революции.

- 72 -

Развитие оптического стекла в России в послеломоносовское время и в СССР с 1917 г. связано с именами С. П. Петухова, А. К. Чугунова, Д. И. Менделеева, В. Е. Тищенко, Б. С. Шевцова, а в наше время — Д. С. Рождественского, А. А. Лебедева, И. В. Гребенщикова, Н. Н. Качалова, В. В. Варгина, И. И. Китайгородского и многих других. При этом важность работ Ломоносова трудно переоценить. Они заложили основы научного стекловарения.

2. Работы по материалам для зеркал телескопов

В этой области приборостроения мы встречаемся примерно с аналогичным положением. Во времена Ломоносова в качестве материала для зеркала уже употреблялся зеркальный металл, или оловянная бронза. Однако существующие рецепты не удовлетворяли Ломоносова. Подобные зеркала быстро тускнели («слепли», как говорили тогда), деформировались, даже трескались и т. д. Коэффициент отражения видимых лучей даже свежей поверхности зеркального металла был низок (около 60%). Требовались новые опыты и изыскания. Они проводились в тех же лабораториях Ломоносова.

Вот его запись в «Химических и оптических записках» по одной из зеркальных плавок: «Июня 25 дня заготовлен литьем металл на большое зеркало. Положено меди 27 фунтов (11.04 кг, — О. М.), олова 13¹/₂ (5.52 кг, — О. М.), цинку 13¹/₂. Вышло доброго зеркального металлу без ноздрей 1 пуд 13¹/₂ фунта»21 (т. е. 11.05, 5.52, 5.52 кг соответственно и всего 21.88 кг; при этом расход, или «угар», составил 0.2 кг). Следовательно, состав для данной плавки был следующий: 50% Cu+25% Sn+25% Zn. Первым, кто еще в XVII в. нашел сплав для металла зеркала телескопа, был Ньютон, который и использовал его при постройке первого (1668 г.) и второго (1671 г.) телескопов. Его состав был таким: 67% Cu+22.2% Sn+10.8% As. Но подобные зеркала, как указано выше, быстро тускнели («слепли»), и сам Ньютон их беспрестанно обновлял, протирая мягкой кожей и замшей. Лучшие для того времени зеркала из металла делались после 1734 г. в Англии Д. Шортом, но он ревниво оберегал секреты: составы сплавов, их старение, технологию отливки и др.

После смерти Шорта, выполняя его просьбу, все уничтожили. Его металлические зеркала почти не потускнели в течение более чем 100 лет. Исследование зеркал его телескопов из Пулковского музея в 1941 г. Максутовым показало, что они, имея параболическую форму, не деформировались, не треснули и умеренно потускнели по рабочей поверхности, чего нельзя сказать о зеркалах В. Гершеля из того же музея, имевших сферическую форму. Самое большое зеркало Гершеля, находившееся за рубежом с 1789 г., имело в диаметре 122 см и было сделано по рецепту: 75% Cu+25% Sn. Этот рецепт был удобен для полировки, но зеркало «ослепло» в течение двух недель, а переполировка столь большого блока весом 960 кг не представлялась легкой. Следующее, громадное металлическое зеркало для телескопа было изготовлено уже в 1842 г. крестьянами и рабочими английского феодала В. Парсонса и имело в диаметре 182 см и по весу 4000 кг (!). Рецепт сплава зеркального металла был следующий: 68.2% Cu+31.8% Sn, который признается выгодным с точки зрения хорошего отражения при лучшей пригодности в обработке.22 Но в настоящее время лучшим признается сплав Х. Шредера, включающий также и цинк: 66% Cu+22% Sn+12% Zn. Однако для этого сплава коэффициенты отражения

- 73 -

составляют 62.6, 62.5, 63.4, 64.2, 65.1%, а для сплава Парсонса-Росса — 60.0, 63.2, 64.0, 64.3, 65.6 для длин волн видимого спектра 0.45, 0.50, 0.55, 0.60 и 0.65 мкм,23 т. е. даже немного выше.

Ломоносов произвел очень много опытов по зеркальному металлу с добавкой цинка, висмута и пр. Вот выдержки из «Химических и оптических записок» (№ 7).

Пробы, сделанные помощниками тогда больного Ломоносова (по его рецептам) 31 марта 1762 г.:

«Разные зеркальные пробы к трубам катадиоприческим.
1.	Взято меди Олова Висмута	— 6  зол. — 3  зол. — 3   »		Вышло 8 золотников изрядного металлу, шкварин24 не было.
2.	Взято меди Олова Цинку	— 6   » — 6   » — 3   »		Вышло 7 золотников, побелее весьма мало да не так плотно.
...........................				...........................
5.	Меди Олова Висмута Цинку	— 6   » — 3   » — 3   » — 3   »		Вышло 8 золотн. всех лучше, и лишь бы не лучше [№] 6.
6.	То же, что № 5 прибавь королька25	— 1   »		Вышло 5½ похуже, как № 5.
Пробы деланы 31 марта 1762 г., людьми.				За болезнью ноги не мог при том быть.
Здесь примечать надлежит, у коих больше угорело, те почти обще хуже NB. Посеребрение листовым серебром отведать				В большем количестве и при своих глазах лучше будет. NB. В следующих не позабыть мышьяку.
26
7.	Взято меди Олова Висмуту	— 20  з. — 10 — 10		Вышло 27 золотн. худо: шкварина и внизу слой отменный.
8.	Взято меди Олова Цинку	— 20  з. — 10 — 10		Вышло 32 золотника, очень хорош, мягче, в лому гладок.
...........................				...........................
	Новые пробы
1)	Меди олова мышьяку	— 1/2 фунта — 1/4 — 1/4		дурна.
2)	меди олова мышьяку	— 1/2 фунта — 12 золотн. — 36   »27		и т. д.

Проба № 8 показывает, что Ломоносов и раньше был удовлетворен добавкой в зеркальный металл цинка. Он добавлял также металлическую сурьму, мышьяк и пр.

Итак, Ломоносову благодаря его (с помощниками) опытам были известны все возможные рецепты зеркального металла для телескопов-рефлекторов, обладающего белым блеском (хорошо отражающего), тускнеющего не очень быстро, хорошие в отношении старения металла, внутренних напряжений и пр.

- 74 -

Естественно, что успехи этих работ позволили перейти к изготовлению самих телескопов. После Ломоносова дело изготовления зеркал и телескопов (по грегорианской схеме) продолжал механик-самородок из Нижнего Новгорода И. П. Кулибин. На его долю выпала трудная задача — разгадать многие секреты, в частности рецепты зеркального металла для телескопов, ибо материалы Ломоносова были ему недоступны. Он заинтересовался телескопами еще на родине, а в 1768 г. переехал в Петербург, где неутомимо занимался, в частности телескопостроением, вместе со своим помощником — оптиком И. Шерстневским. Сохранились один из его телескопов (демонстрировался в Государственном Эрмитаже в Ленинграде), а также работа «Описание астрономической перспективы в шесть дюймов, которая в тридцать раз увеличивает и, следовательно, юпитеровых спутников ясно показывать будет». Он не получил должной поддержки в Петербургской Академии и в 1801 г. вернулся на родину.

Отметим, что Ломоносов предполагал делать также и небольшие серебряные зеркала (путем плющения металла на гладкой стальной доске для лекальных работ).28 Кроме того, в заметках №№ 14, 19, 20, 2629 он излагает способ и технологию изготовления штемпелей, а также и шаблонов для обработки поверхностей сферических зеркал и поверхностей линз. Для этой цели, в частности, он наряду с ручными работами использовал шлифовальный станок (токарный) своей собственной конструкции с качающимся суппортом и другими приспособлениями.

3. Работы по созданию зеркального телескопа

Эти работы неоднократно и широко обсуждались. До Ломоносова в России металлические зеркала для телескопов изготовлялись в размере до 50 см сподвижником Петра I Я. В. Брюсом.30 Однако эти зеркала были недостаточного оптического качества и для телескопов почти не употреблялись. Между тем важность создания достаточно хороших телескопов была очевидной. Общую характеристику их дает Ломоносов в подготовительной работе для произнесения 29 июля 1762 г. речи «Об усовершенствовании зрительных труб». Случайно уцелел лишь один типографский оттиск этой замечательной речи, которая не была произнесена по независящим от Ломоносова обстоятельствам.

Приведем выдержку из этой работы: «А так как астрономия, занимаясь изучением природы светил, составляет большую и притом важнейшую часть физики и для своего усовершенствования нуждается в помощи оптики, а именно в астрономических трубах, то я всегда лелеял желание, чтобы эти превосходные небесные орудия, коих изобретение составляет славу Ньютона и Грегори,31 не по размерам только, как это обычно происходило, возрастали, но получили и иные, почерпнутые из сокровищ оптики усовершенствования, которые позволили бы применять их с большей пользой.

Рассматривая конструкцию труб, содержащих металлические зеркала и стеклянные линзы, я пришел к мысли, что они нуждаются в устранении скорее некоторого избытка, чем недостатка; а именно, что надо удалить

- 75 -

малое отражающее32 зеркало».33 Здесь же было сказано, что подобный телескоп Ломоносов построил и проверил на опыте 15 мая 1762 г. В «Записках» уже указано, что он закончил телескоп 15 апреля того же года: «Апреля 15 дня сего 1762 года учинена проба трубы катадиоптрической об одном большом зеркале и мое изобретение произошло в действие с желаемым успехом».34

При этом на первом этапе Ломоносов использовал металлическое зеркало (как обычно, размещенное на дне трубы), изготовленное проф. И.-Г. Лейтманом в его мастерской в Петербурге для ньютоновского телескопа в первой половине XVIII в.

Он пишет, что системы Ньютона и Грегори невыгодны, ибо для них трудно изготовить малые вторичные зеркала, особенно вогнутое эллиптическое; кроме того, в них при отражении света (для одного зеркала около 60%) теряется много света — 66%, т. е. используется только 34% (при двух отражениях от главного и вторичного зеркал). Кроме того, Ломоносов указывает: 1) растяжки, поддерживающие вторичные зеркала, ухудшают изображение (вводят дополнительную дифракцию), особенно в случае разъюстировки, которая затруднительна; 2) при движении телескопа происходит дрожание вторичного зеркала на растяжках, что также ухудшает изображение (поэтому, как правило, телескопы системы Ньютона и Грегори делались небольшими); 3) малые вторичные зеркала экранируют свет и т. д.35

Чтобы избежать всего этого и многого другого, Ломоносов наклонил свое зеркало телескопа так, что лучи, собранные в точку фокуса, выходили бы из параллельного пучка лучей от светила (по побочной оси), падающего на главное зеркало. В этом случае надобность во вторичном зеркале отпадает и наблюдения производятся сквозь окуляр без всякой экранировки основного пучка (рис. 1, 5).

В «Химических и оптических записках» Ломоносов пишет: «Новоизобретенная мною катадиоптрическая36 зрительная труба тем должна быть превосходнее невтонианской и григорианской, что: 1) работы меньше, для того что малого зеркала не надобно, а потом 2) и дешевле, 3) не загораживает большого зеркала и свету не умаляет, 4) не так легко может испортиться, как вышеописанные, а особливо в дороге (т. е. в экспедиции, — О. М.), 5) не тупеют и не путаются в малом зеркале (коего нет и не надобно) лучи солнечные, и тем ясность и чистота умножается, 6) новая белая композиция в зеркале к приумножению света способна».37 (Это заключение сделано не позднее 31 марта 1762 г.).

Наклон на значительный угол главного сферического зеркала приводит к заметному влиянию аберраций — комы и астигматизма (сферическая

- 76 -

аберрация незаметна, если относительное отверстие зеркала D/F невелико). Ломоносов это понимал и в речи «Об усовершенствовании зрительных труб» писал: «...угол, насколько возможно малый, чтобы изменение очертаний изображаемого предмета оказалось едва чувствительным или вовсе нечувствительным».38 И далее относительно вытянутости изображения светила от кругового к эллиптическому: «Такое различие между кругом и эллиптической фигурой в наблюдениях этого рода может быть сочтено ничтожным; если же кто не захочет им пренебречь, то может легким приведением придать наблюдаемому предмету истинную фигуру».39 Согласно примечаниям Ченакала (написаны в 1955 г.) к изданию указанной речи, подобное «легкое приведение» употреблялось позднее, в частности минским оптиком и астрономом-любителем О. И. Малафеевым в 1828 г. с помощью предокулярной цилиндрической линзы.40

Зеркальные системы Ломоносова (одну из которых он демонстрировал на собрании в Академии наук 13 мая 1762 г.) давали при их испытании лучшие изображения, чем существовавшие до того. Он убедился в этом при сравнении их по литературным данным с 19 рефлекторами, построенными по системам Ньютона и Грегори, и с 38 рефракторами.

Его телескопы не имели вторичных зеркал и поэтому не были связаны с экранированием ими света, дифракцией, с их дефектами и пр. Именно поэтому телескопы Ломоносова допускали применение больших увеличений. Кроме того, положение головы наблюдателя при работе с этими системами было менее утомительным. Об изобретении этих систем мы узнаем также и из «Записок», и из сохранившегося отрывка с расчетом однозеркального телескопа (в переводе с латинского Я. М. Боровского).

После изготовления опытного образца Ломоносов приступил к созданию большого телескопа с диаметром зеркала 30.5 см и относительным отверстием ¹/_3.5. Для этого он организовал у себя мастерскую и просил помощи оптиков-механиков, слесарей, кузнецов, столяров и др. Его частично обслуживали русские самородки, талантливые мастера «инструментального художества» — оптики И. И. Беляев и М. Панков (его ученик), «инструментальщики» Ф. Н. Тирютин, И. И. Калмыков, Н. Г. Чижов, А. И. Колотошин, П. О. Голыпин, а также К. Матвеев, И. Петров, Г. Ефимов, А. Никитин, М. Филиппов, Д. Иванов и др. Телескоп с фокусом более 1 м изготовлялся в современном виде на штативе, имеющем разделенные круги, «искатель» (наводную трубку), микрометр с набором «оглазов» (окуляров), подъемным стулом для наблюдателя и пр.

Указанный выше новый телескоп имел металлическое зеркало с составом 50% Cu+25% Sn+25% Zn (зеркало в блоке весило с учетом «угара» 21.88 кг). Это зеркало обрабатывалось на ломоносовском токарном станке с качающимся суппортом, схема которого воспроизведена на рисунке в «Химических и оптических записках».41 При обработке, шлифовке и полировке, как и для других зеркал, употреблялись абразивы (порошки и мастика) того времени, а именно отмученный пепел, «вывариваный и промывной»42 (освобожденный от щелочей кислот), и жженая кость.

В «Записках» под № 169 есть схемы приспособлений для обдирки и шлифовки зеркал. Этот вопрос изучен в литературе по материалам Ломоносова очень широко.43

- 77 -

К сожалению, чертежи и схемы обоих указанных выше телескопов Ломоносова до нас не дошли. Они, по-видимому, утеряны, и мы имеем только черновые наброски. Но математический расчет сохранился в указанном выше отрывке, правда, без рисунков.44

Ломоносов указывал, что для телескопа достаточно наклонить зеркало на 4°, и тогда точка фокуса будет выступать из тела трубы. В этом случае средняя ось отклоненного пучка лучей будет составлять с осью телескопа (и также с образующей трубы) угол в 8°. Здесь мы имеем во всяком случае два пути для расчета.

1. Точка фокуса «лежит» на образующей трубы телескопа. При этом относительное отверстие D/F ≈ 2tg8°=0.28=¹/_3.6 Вряд ли Ломоносов использовал столь светосильное зеркало Лейтмана в своем первом телескопе. Кроме того, в этом случае не остается места для головы наблюдателя, полуширину которой мы обозначим d.

2. Точка фокуса отстоит от образующей трубы (ее стенки) на расстояние d. В этом случае ≈ 2tg8° ≈ 0.28 Если мы примем разумные порядки чисел, а именно F≈100 см, d≈9 см, то получим D/F=0.10=¹/₁₀, что весьма вероятно и места для головы шириной 2·9=18 см достаточно.

Однако легко показать, что взаимный угол наклона пучков 8° чересчур высок. Не был ли он в действительности в два раза меньше? Так, в «Химических и оптических записках» сказано: «Радиус 57 градусов45 Фокус рефлектора 28¹/₂ град.».46

(Например, дуга зеркального объектива приблизительно 4°).

Правда, остается неизвестным, к какому телескопу это замечание относится и измеряется ли дуга зеркального объектива из центра кривизны зеркала или же с половинного расстояния=«точки фокуса».

Если все же зеркало наклонено на 4°, то и аберрации (оптические ошибки) следует рассчитывать на это поле. Поперечные аберрации сферического зеркала следующие: а) сферическая A³·F₀/64 (на оси), б) аберрации наклонных пучков те же, что и у зеркала с поверхностью параболоида.47

Для зеркала, использованного Ломоносовым в первой модели его телескопа, можно принять относительные отверстия ¹/₁₀, фокусное расстояние F₀=R/2 = 1000 мм, диаметр отверстия D=100 мм и половина угла поля зрения ω=4°=1/14.3 радиана. Тогда для поперечных аберраций этого телескопа характерны: а) сферическая (на оси) ρ_I=0.016 мм=16.0 мкм, б) кома, ее длина 3ρ_II=0.13 мм=130 мкм, астигматизм ρ_III=2а=0.49 мм=490 мкм (радиальная линия или фокаль с шириной 2b=0) и кривизна поля 0.12 мм=120 мкм. При этом для сравнения необходимо указать, что величина радиуса дифракционного кружка (ложный диск звезды, диск Эри) для лучей с длиной волны света 0.555 мкм (т. е. видимых, визуальных) составляла для того же телескопа α_r=139.6/D (мм) = 1″.4=6.8.10^—6 радиана, или в пересчете в линейную меру 0.0068 мм=6.8 мкм. Соответственно диаметр дифракционного кружка составит в фокальной плоскости 13.6 мкм. Следовательно, эта величина хотя и небольшая, но при рассматривании в сильной окуляр будет существенно мешать наблюдениям, ибо представится кружком и концентрическими кольцами. При наличии точной фокусировки окуляра телескопа на геометрическое изображение звезды и, следовательно, на центральную часть волновой поверхности,

- 78 -

имеющей вид, близкий к сфере, картина дифракционного кружка будет именно такой.48 Однако при нарушении фокусировки ΔF дифракционная картина нарушается, ибо промежутки между кольцами «заливаются» светом, а яркость в кольцах и центре кружка падает. При дефокусировке ΔF₁=8λ/A² и вообще четной, кратной ΔF_k=k8λ/A² (появляется «к» размытых колец вокруг темной точки) этому значению (для зеркала Ломоносова A=¹/₁₀ и, следовательно, при λ=5.55·10^—4 мм дефокусировка ΔF₁=0.444 мм независимо от фокусного расстояния), центральная часть кружка Эри вообще исчезает, вокруг нее видно одно широкое кольцо света. При промежуточных же значениях дефокусировок кружок Эри изображается большим пятном с концентрическими изменениями интенсивностей. Но в данном случае мы берем наиболее выгодный для наблюдения случай, при ΔF = 0, т. е. идеальный кружок Эри.

В современной астрофизике считается, что наблюдения возможны и будут успешными, если наибольшая возможная поперечная аберрация не превышает радиуса или по крайней мере диаметра дифракционного кружка. Такой телескоп принято называть первоклассным. Из приведенных чисел мы видим, что в телескопе Ломоносова по сферической аберрации это условие нарушено в ¹⁶/_6.8=2.4 раза. Но с этим вполне можно мириться. Это тем более справедливо, если напомнить, что сферические зеркала с отверстиями D=100, 500 и 1000 мм, имеющие относительные отверстия соответственно не более A=¹/₇, ¹/₁₂ и ¹/₁₅, фактически не отличимы — при наблюдении в них изображений светил глазом — от параболических зеркал, которые вообще не имеют оптической ошибки в виде сферической аберрации.

В смысле же ошибок наклонных пучков лучей нарушения более серьезные. По коме нарушение равно 130/6.8=19.1 раза, и соответственно допустимый угол наклона зеркала не 4°, а 4°/19.1=0°21=12′.6. По астигматизму оно равно 490/6.8=72 раза (!). Поэтому допустимый для визуального телескопа угол наклона зеркала будет не 4°, а меньше в 72=8.5 раза (ибо кома пропорциональна углу, а астигматизм — квадрату угла) и составит 4/8.5=0°.472=28′.3.

Таким образом, мы видим, что однозеркальный телескоп типа Ломоносова при A=¹/₁₀ и F=1000 мм будет практически идеальным для визуальных наблюдений только на краю поля зрения, соответствующего угловому расстоянию в 12′.6=0°.21, а это соответствует тому, что зеркало можно наклонить тоже только на этот угол и при этом угол ограничивается аберрацией кома, а не астигматизмом. Это объясняется тем, что кома пропорциональна углу и квадрату относительного отверстия, а астигматизм— квадрату угла и относительному отверстию. При A=¹/₁₀ и F=1000 мм мы имеем поперечные аберрации в миллиметрах и их отношения, которые приведены в табл. 3.

Таблица 3

Аберрация	Угол поля зрения
	1′	10′	30′	1°	3°	4°	5°	10°
Кома	5.33·10—4	5.33·10—3	1.65·10—2	3.30·10—2	9.83·10—2	0.131	1.27	0.327
Астигматизм	9.70·10—6	8.25·10—4	7.60·10—3	3.06·10—2	0.276	0.490	0.764	3.04
Кома	55.0	6.47	2.17	1.08	0.36	0.27	0.17	0.11
Астигматизм

- 79 -

Из этой таблицы мы видим, что действие поперечных аберраций, астигматизм и кома уравниваются только близ половины угла поля зрения (а следовательно, и угла наклона зеркала), близ 1°, а точнее около угла 64′. Однако и при этом поперечные аберрации комы и астигматизма составят около 0.035 мм, что будет больше радиуса дифракционного кружка (0.0068 мм) в 0.035/0.0068=5.15 раза, что также еще много.

Из сказанного следует, что допустимый угол поля зрения и, следовательно, наклон зеркала не более того, который допускает кома, т. е. 12′.6=0°21. Поскольку расчеты относительные, то роль окуляра (данные которого неизвестны из работ Ломоносова) не существенна.

Все сказанное убеждает в том, что работать с наклоном зеркала в 4° невозможно. Изображения светил будут плохими, и применение предокулярной цилиндрической линзы (как это делал упоминавшийся Малафеев в 1828 г.) не внесет существенного улучшения. Вместе с тем Ломоносов очень высоко отзывается о качестве своей однозеркальной трубы, которую сравнил с имеющейся грегорианской и вообще исследовал подробно. В своем сочинении «Об усовершенствовании зрительных труб» он говорит, как уже цитировалось выше, по поводу деформаций круглого изображения в эллиптическое при наклоне зеркала: «Такое различие между кругом и эллиптической фигурой в наблюдениях этого рода может быть сочтено ничтожным; если же кто не захочет им пренебречь, то может легким приведением (курсив мой, — О. М.) придать наблюдаемому предмету истинную фигуру».49

Мы снова процитировали это место, чтобы обратить внимание на два слова Ломоносова: «легкое приведение». Не есть ли это указание на то, что в этом случае следует несколько снять материал сплава с одного края рабочей поверхности зеркала со стороны трубы, где размещается точка фокуса (окуляр)? Такое зеркало было бы, как мы сейчас называем, «внеосевым» параболическим зеркалом, или «зеркалом с вынесенной осью». Поскольку методов рабочего контроля таких зеркал, да и вообще обычных параболических, не было, то указанное «легкое приведение» под силу было сделать только хорошему мастеру и знающему оптику просто как сложную художественную работу. В современном понимании схема телескопа Ломоносова будет именно такой.

Испытание упомянутых выше зеркал Гершеля из телескопов по фактической схеме Ломоносова, хранившихся в Пулковском музее, выполненное в свое время Максутовым, показало, что в своих небольших телескопах с умеренным относительным отверстием ¹/₁₂—¹/₁₃ и имеющих слегка неправильную торическую поверхность (с радиальным астигматизмом на оси, т. е. ошибкой, не связанной с аберрациями, а лишь с дефектами изготовления поверхности), он умело использовал дефекты поверхности (эмпирически вращая зеркало в оправе трубы), с тем чтобы сделать вышеуказанное «легкое приведение». Но, к сожалению, точно ответить на этот вопрос нельзя, ибо бронозовые, может быть в свое время и высококачественные, зеркала Гершеля за столь длительное время могли деформироваться под влиянием освобождения внутренних напряжений и натяжений.

Ясно одно, что если малосветосильное зеркало для телескопа по системе Ломоносова сделать как бы вырезанным из края большой и светосильной параболы так, чтобы ее вершина приходилась не на поверхность зеркала для телескопа, а сбоку от его края, то такая центрированная система будет идеальной. В ней оптическая ось окуляра будет направлена параллельно падающему от светила пучку лучей, а его система будет рассчитана

- 80 -

на большую светосилу фиктивной параболы, из которой как бы вырезано зеркало меньшей светосилы. В соответствии с этим окуляр будет иметь смещенный от центра эксцентрический зрачок выхода.

Максутов, сделавший соответствующий расчет и выполнивший по нашему заказу в 1940 г. 320-миллиметровое внеосевое зеркало ¹/₁₀ (с вершиной фиктивной параболы 1/3.5 вне зеркала), отмечает, что подобная система даст в точке фокуса первоклассное изображение на оси.50 С отходом же от оси изображение светила будет сразу заметно ухудшаться. Изготовлять и контролировать качество таких систем очень трудно, и оптики принимают такие заказы неохотно.

Однако в принципе даже легкие изменения одного из секторов края рабочей поверхности сферического зеркала Ломоносова могло существенно улучшить качество изображений светил в точке его фокуса. Делал ли это Ломоносов, точно неизвестно, так же как и относительно зеркал Гершеля. Однако подобное предположение с учетом замечания Ломоносова о «легком приведении» весьма правдоподобно.

Гершель начал строить свои однозеркальные телескопы с положительными окулярами (в этом у него было отличие от схемы Цукки) с 1774 г. и закончил эти работы в 1789 г. большим (1.2 м) телескопом. Следовательно, Гершель делал эти работы позднее Ломоносова на 12—27 лет.

Кроме однозеркальной трубы, Ломоносов распространил свою идею и на уже существовавшие схемы телескопов. Для изобретателей это обычный путь, вплоть до настоящего времени. Так, например, Максутов после изобретения своих менисковых систем вскоре же предложил усовершенствование существующих. Так появился «менисковый Мерсен», «менисковый Грегори», «менисковый Кассегрен», «менисковый Гершель» или, точнее, «менисковый Цукки—Ломоносов—Гершель».

Ломоносов тоже выполнил подобную работу. Так появились «ломоносовский Ньютон», «ломоносовский Ньютон—Грегори». В этих случаях в существовавшие схемы он ввел наклонное главное зеркало, что либо сохраняло свет, терявшийся ранее при отражении от вторичного зеркала, а также из-за экранирования им света, либо делало систему практически более легко выполнимой.

«Ломоносовский Ньютон» описан Ломоносовым в «Химических и оптических записках» под № 33 под таким названием: «Новое изобретение. Поправление невтонианской трубки по-моему».51 В этой системе главное зеркало наклонено так, что плоское диагональное ставится на краю трубы и изображение от него отбрасывается под 90° к оптической оси телескопа на другую сторону трубы, где и размещается окуляр, как и в схеме Ньютона. Однако в новой схеме нет экранирования лучей от светила плоским диагональным зеркальцем. Указано под схемой: «Зеркальцо малое можно сделать из стекла, как слюда тонкого, и подвести ртутью. Невтонианскую по-моему трубку можно сделать тонее и легче, для того что середка служит с краев; можно убавить».52

«Ломоносовский Ньютон—Грегори» также имеет наклонное главное зеркало, и пучок от него также выводится на сторону трубы, и вторичное зеркало не экранирует лучей от светила. Под тем же номером 33 [7] под названием: «Зеркальный телескоп, составленный из ньютонова, грегорианского и моего»,53 под схемой перечислены элементы схемы, а именно: объективное зеркало, плоское отражательное зеркало (на рисунке оно изображено вогнутым), линза (воспринимающая и посылающая лучи

- 81 -

в фокус и направляющая их до самого основания зеркала), линза (делающая лучи параллельными) и глаз. Эта схема требует некоторого уточнения в связи с ее неточным толкованием при описании работ Ломоносова.

В основном при сферическом или параболическом главном зеркале в астрофизике употребляются: 1) схемы простых зеркальных телескопов (прямого фокуса, ньютоновская, Цукки—Ломоносова—Гершеля и кольцевая); 2) схемы сложных зеркальных телескопов из двух и более зеркал со сферическими (или же асферическими) поверхностями, полученными вращением конических сечений (последние в большинстве случаев при низких относительных отверстиях практически не отличаются от сферических), а именно: а) зафокальная грегорианская, удлиняющая или укорачивающая (не представляет интереса) фокусное расстояние главного зеркала, и б) предфокальная кассегреновская, удлиняющая и укорачивающая (не представляет интереса) фокусное расстояние главного зеркала. Отказ от сферического или параболического главного зеркала и переход к эллиптическому и гиперболическому дает новые системы, на которых мы здесь не останавливаемся (рис. 1, 2).

Система Ньютона с плоским зеркалом была разработана им в 1668 г. Система Цукки (1616 г.),54 Ломоносова (1762 г.),55 Гершеля (1789)56 была разработана независимо тремя учеными, но главная заслуга остается за Ломоносовым, ибо он, как и Галилей в отношении рефракторов, первый реально и независимо построил свою однозеркальную систему и главное — первый навел ее на небо.

Кольцевая система простого телескопа наиболее очевидна и была бы очень выгодной. В частности, поскольку плоское зеркало в ней не выполняет функции диагонального (и поэтому работает под малыми углами), точность его изготовления не очень строгая и допускает наличие кривизны. Однако из-за того что для выноса главного фокуса (что выгоднее для условий наблюдений) через центральное отверстие в вогнутом зеркале за тыльную его поверхность плоское зеркало должно быть большим и поэтому сильно экранирует свет (более 25%), заметно ухудшается дифракционная картина изображения. Из пучка лучей в поперечном сечении остается только кольцо, что дало название системе и обусловило ее практическую непригодность, в частности для визуальных наблюдений.

Зафокальная удлиняющая система Дж. Грегори теоретически разработана им в 1663 г.57 Она имеет главное вогнутое параболическое зеркало (параболоид вращения) и вторичное малое вогнутое, эллиптическое (эллипсоид вращения), поставленное за точкой фокуса главного и собирающее лучи через отверстие в центре главного зеркала за его тыльной стороной, где и размещается окуляр. Грегори пытался изготовить или заказать лондонским оптикам (1664—1665 гг.) параболическое зеркало с фокусным расстоянием 1.83 м для телескопа своей системы, но заказ из-за сложности и отсутствия метода контроля не был принят, и он сам изготовил не асферические, а сферические зеркала. Поэтому испытания системы не утешили ее изобретателя. Подобные схемы были осуществлены только в XVIII в. в Лондоне, России (в послеломоносовское время) и других странах. Предфокальная удлиняющая система Г. Кассегрена (упоминание

- 82 -

о такой же схеме есть и у Дж. Грегори)58 была предложена им в 1672 г. Она имеет главное вогнутое параболическое зеркало (параболоид вращения) и вторичное выпуклое гиперболическое (гиперболоид вращения), поставленное перед точкой фокуса главного и собирающее лучи через отверстие в центре главного зеркала за его тыльной стороной, где и размещается окуляр. Эта система в то время не была осуществлена из-за трудности изготовления асферических зеркал. Но она имеет некоторые преимущества перед грегорианской, ибо разные знаки кривизны зеркал приводят к некоторой компенсации ошибок. Однако в свою очередь система Грегори несколько проще в изготовлении из-за меньшего уклонения поверхности вторичного (эллиптического) зеркала от сферы. Это и обусловило то, что в XVIII в. многие стали изготовлять именно грегорианские телескопы.

Интересно, что в той и другой удлиняющей системе аберрация кома, о которой говорилось выше, остается неисправленной. Однако она оказывается такой же, как и у простого одиночного параболического зеркала с фокусным расстоянием, равным эквивалентному фокусному расстоянию удлиняющих систем F_экв. Но поскольку системы удлиняющие, то относительное их отверстие A_экв=D/F_экв (порядка ¹/₁₅) значительно меньше, чем относительное отверстие простого зеркала, взятого за «главное», A=D/F (обычно от ¹/₃ до ¹/₆), т. е. A_экв<A, и следовательно, аберрация кома у сложной системы значительно меньше, чем у ее одиночного главного зеркала. Напомним, о чем мы уже говорили выше, что если относительные отверстия зеркал сложной системы невелики, то они могут практически иметь сферическую рабочую поверхность,59 как и было у Ломоносова. После введения мы можем критически рассмотреть все сложные системы, включая систему, которую мы назвали Ньютон—Грегори—Ломоносов. На рис. 1, 1—7 мы видим, что эту систему было бы правильнее в части ее зеркальности назвать «внеосевой кольцевой Ломоносов» (без вывода точки фокуса за тыльную сторону главного зеркала), т. е. эта схема фактически является простой зеркальной схемой, а не сложной, по современной терминологии, ибо не имеет двух асферических, или, при малых светосилах, двух сферических зеркал. Действительно, в перечислении узлов схемы этого телескопа Ломоносов указывает, что вторичное зеркало является плоским. Правда, на схеме это зеркало изображено вогнутым, но мы указали выше, что система кольцевого телескопа допускает для своего плоского зеркала некоторую кривизну, ибо оно работает не как диагональное при малых углах наклона. Таким образом, предлагаемое нами название «внеосевой кольцевой Ломоносов» (хотя здесь и исчезает кольцо и, следовательно, экранирование) довольно логично. Во всяком случае это по существу не грегорианский и не ньютонианский (но ломоносовский!) телескоп, хоть они и назывались так в старину. Поскольку здесь нет удлинения фокуса системы вторичным зеркалом, то Ломоносов предложил применить двухлинзовую систему с предметной (коллектив) и глазной линзами, разделенными большим расстоянием, и тем самым достигнуть желаемого увеличения. Эта система фактически является микроскопом: изображение объекта главным зеркалом помещается перед точкой переднего фокуса f₁ первой линзы, оно дает его действительное, обратное и увеличенное изображение (линейное увеличение s′/f₁ где f₁ — фокусное расстояние первой линзы). Это изображение рассматривается

- 83 -

глазом сквозь вторую глазную линзу-лупу в виде мнимого, прямого и увеличенного изображения. Вторая линза с фокусным расстоянием f₂ помещается так, чтобы это последнее изображение было бы от глаза на расстоянии наилучшего видения (250 мм) или в бесконечности, что соответствует обычному астрономическому случаю «наблюдения спокойным глазом». Эта линзовая, микроскопическая система имеет эквивалентное фокусное расстояние i_экв=f₁·f₂/l, где l — расстояние между точками фокусов f₁ и f₂. Увеличение рассчитывается по обычной формуле для микроскопов:

            250 (мм)
увел. = ————— .
            f  экв. (мм).

Так с помощью микроскопа в системе комбинированного (катадиоптрического, по старой терминологии) телескопа Ломоносова можно получить желаемое увеличение при плоском вторичном зеркале. В системах Грегори—Кассегрена увеличение достигается, в частности, и за счет того, что системы удлиняющие и при том же отверстии эквивалентное фокусное расстояние больше, а следовательно, больше и его отношение к фокусному расстоянию окуляра, что и приводит к большему увеличению.

В «Записках» имеется под № 138 повторная схема «грегориано-невтонианской и ломоносовской схемы», о чем мы говорили выше, с текстом: «Трубку сделать мою грегориано-невтонианскую и с Доландом.60 Фокус 1 фут. Встречное зеркало на ³/₄ фута плоское (снова плоское, — О. М.), микроскоп о двух стеклах входит в трубу далече и увеличивает много.

Трубка посему выйдет длиною в фут, толщиною в два дюйма. Увеличивать должна в 60 раз»61 и т. д. Это несколько видоизмененная конструкция того же комбинированного телескопа. Этот телескоп также не был построен.

Иногда эту конструкцию телескопа Ломоносова сравнивают с так называемым Брахитом венских оптиков И. Форстера и К. Фрича, которые в 1876—1877 гг. построили по своей схеме 32-сантиметровый телескоп для обсерватории в г. Пола. Это по сути дела схема кассегреновского зеркала, но с наклонным главным зеркалом и вынесенным на сторону трубы (во избежание экранирования) вторичным гиперболическим зеркалом.62 Из-за наклонных пучков в этой системе Брахита появляется (особенно при больших углах наклона) столь заметный астигматизм, что они не строятся в настоящее время. В этом отношении система Брахита, т. е. внеосевая кассегреновская, в принципе отличается от ньютонианско-грегорианско-ломоносовского телескопа (по нашей терминологии, «внеосевого кольцевого Ломоносова»), в котором вторичное зеркало плоское и при условиях его использования не вносит существенно мешающих наблюдениям аберраций.

Сравнительно недавно историки выяснили, что в работе Ломоносова «Новый весьма легкий и точный способ находить и наносить полуденную линию», которая была им написана в период с 15 по 21 сентября 1761 г.,

- 84 -

дается описание изобретения нового горизонтального телескопа с сидеростатом и часовым механизмом. Публикация этой работы была сделана Л. Б. Модзалевским на латинском и русском языках только в 1937 г., а также в 1955 г. в переводе с латинского Б. Н. Меншуткина с весьма полными комментариями Ченакала.63

В этой работе, в § 1 сказано, что Ломоносов работал «над постройкой большой неподвижной небесной трубы для улавливания звезд путем отражения от металлического зеркала».64 Из дополнительных документов, в частности рапортов оптика Беляева, изготовлявшего телескоп, Ченакалом выяснены отдельные детали этого интересного прибора (см. рис. 2, 1—11).65

Телескоп составляли: 1) прибор, дающий неподвижный пучок лучей от поля звезд на небе (поле вращается относительно центральной звезды), так называемый сидеростат (это название появилось примерно на 100 лет позднее) с металлическим плоским зеркалом, размером 146×160 мм; 2) механизм типа «часового» для ведения зеркала и 3) горизонтального телескопа (трубы) — рефрактор или рефлектор (это еще не уточнено) с фокусным расстоянием 40 футов, т. е. более 12 м (!) и поперечником объектива, или вогнутого зеркала, 140—160 мм.

Впервые плоское зеркало для подобной же цели применил в Тулузе в 1682 г. Бофор (Bouffurt). Он назвал его «compas catoptrique».66 Однако этот инструмент являлся скорее тем, что потом называлось «полярным сидеростатом». Он показал большие преимущества в монтировке перед обычными длиннофокусными рефракторами на громоздких монтировках XVII—XVIII вв.

В этой же области неподвижных телескопов, питаемых сидеростатами, позднее работали К. Перро (1682 г.), Д.-Г. Фаренгейт, впервые применивший часовой механизм для ведения зеркала (1730 г.), В.-Я.-С. Гравезанд (1742 г.) и многие другие. Но это были фактически не только «сидеростаты» (термин, который ввел Ж.-Б.-Л. Фуко значительно позднее), а также и то, что мы называем теперь «гелиостаты».67 В настоящее же время нормальными сидеростатами или просто сидеростатами мы называем все приборы, построенные по принципам, описанным Перро и Гравезандом, а аналогичные приборы, построенные по принципу Бофора—Фаренгейта, мы называем теперь «полярными сидеростатами». В сидеростатах, имеющих две оси вращения, наблюдаемая центральная звезда неподвижна, а звезды поля вращаются. Они не нашли широкого применения, в частности, из-за неумения в то время приготовить хорошее плоское зеркало, и особенно имеющее прямоугольную (а не круглую) форму. Ломоносов это прекрасно понимал. Именно в связи с этим он и занимался поисками контрольных методов при изготовлении плоских зеркал. Один из них он считал своим изобретением, упоминая о нем под № 103 (п. 14) «Химических и физических записок» среди 16 изобретений и открытий. То же под № 122-16 — «Как испытать точную плоскость плоских зеркал трубкою в расстоянии, о том писать в описании жезла».68

- 85 -

Рис. 2. Сложные системы отражательных телескопов.

Зафокальные. Названия фокусов: 1 — Грегори (удлиняющая); 2 — Грегори (укорачивающая, не применяется); 3 — Грегори—Ломоносова типа Брахит (удлиняющая); 4 — Грегори внеосевой (удлиняющая). Предфокальные. Названия фокусов: 5 — Кассегрена (удлиняющая); 6 — Кассегрена (укорачивающая, не употребляется); 7 — Кассегрена—Ломоносова типа Брахит (удлиняющая); 8 — внеосевой типа Брахит (удлиняющая). Кольцевые. Названия фокусов: 9 — кольцевой (с микроскопом); 10 — кольцевой (Ломоносова с микроскопом) в общем случае «внеосевой» («кольцевой Ломоносова»). Внизу — набросок Ломоносова (из «Химических и оптических записок») схемы телескопа предыдущего типа, названного им Ньютона—Грегори—Ломоносова. F — фокусное расстояние основного вогнутого зеркала; F_э — эквивалентное фокусное расстояние всей оптической системы (но без окуляра или микроскопа).

- 86 -

Позднее Е. Ф. Аугуст (1839 г.), С. Ланглей (1880 г.), Г. Липманн (1895 г.) и ряд других предложили новую систему — с невращающимся полем и одной осью, названную «целостатом» (плоскость зеркала параллельна оси вращения земли, и зеркало вращается со скоростью один оборот за 48 час. в обратную сторону). Эти системы нашли широкое применение лишь с 1895 г. и в основном для наблюдения Солнца. Сидеростат же, как он назван конструкторами обсерватории (точнее было бы назвать его гелиостатом), недавно был изготовлен и эксплуатируется в Национальной обсерватории Кит Пик (США). Он имеет основное плоское зеркало 2 м в диаметре и питает 1.5-метровое зеркало с фокусным расстоянием 92 м, строящее изображение Солнца.69

Таким образом, развитие электроники позволило в настоящее время снова вернуться к сидеростатам-гелиостатам, но, конечно, на совершенно новом техническом уровне. Тем более поражаешься гению Ломоносова, что он рискнул осуществить и, по-видимому, полностью осуществил еще в 1761 г. столь же длиннофокусный инструмент, и при этом для ночных наблюдений, которые всегда сложнее и труднее дневных.

В заключение обзора телескопов следует отметить, что Ломоносов был приборостроитель широкого профиля. Он ввел не только ряд оптических, но также и конструкторских улучшений в существующие телескопы. В частности, в грегорианском телескопе он укрепил вторичное зеркало в собственной трубке, которая входила в трубу собственно телескопа,70 что облегчало фокусировку вторичным зеркалом. Последнее ранее закреплялось на самой трубе телескопа, и механизм его движения вдоль оптической оси был сложен. В конструкции же Ломоносова все сводится к движению «трубки в трубке».

4. Фотометрическая труба для сравнения света звезд

В «Химических и оптических записках» упомянута «Фотометрическая труба для сравнения света звезд» с солнцем конструкции Ломоносова.71 Это по сути дела фотометр и именно поэтому С. И. Вавилов называл Ломоносова также и первым русским фотометристом.72 В «Записках» сказано по этому поводу: «Photometria (фотометрия). NB Рассуждая свет ночной от однех звезд, заключить должно, что их диаметр не так мал, как думают. Итак, в камеру выбеленную впускать свет солнечный сквозь разные дирки на бумагу, чтобы от ней во всю камеру свет распространялся, и мерить свет, читая такую печатную книгу, кою можно при одном сиянии звезд читать зимою. Апертуру разделить на число звезд видимых, число покажет диаметры звезд NB. Вместо бумаги взять раздробленную мелко ртуть, поставить среди покоя, рефлексию лучей зеркалом сделать на ртуть с другой стороны, чтобы повсюду свет рассыпался. Вместо литер употребить пункты или черты разной величины на бумаге, для того сделать раздвижную трубку. Высинить внутри так бело, чтобы с ясным небом издали не распознать» (и далее в «Записках» № 58, 63, 103, § 8).73

- 87 -

Легко задавшись параметрами фотометра Ломоносова и считая, что поверхностная яркость и линейные диаметры всех звезд одинаковы (как думали в то время), можно сделать необходимые расчеты. Вероятно, его фотометрическая труба (фотометр) представляла собой нечто вроде фотометрического стандартного «шара Ульбрихта» (1900 г.),74 или в крайнем, худшем случае — другого по форме, но равновеликого по площади помещения. Внутренняя поверхность непрозрачного шара выбелена. Она покрывается белой матовой краской75 и отражает падающий свет диффузно в соответствии с законом Ламберта для освещенности

(Φ — вошедший в шар поток солнечных лучей, σ — коэффициент диффузного рассеяния, ρ — радиус шара). Освещенность по внутренним стенкам сферы равномерна и пропорциональна вошедшему в «дирку» потоку. Наблюдатель оценивает освещенность через небольшую дырку в противоположной стороне от входного отверстия с защитой от прямых солнечных лучей (экранчиком), а при большом размере шара по отношению к нему может даже сделать измерение внутри шара (войдя в него). Оценка освещенности производилась Ломоносовым по видимости текста книги. Примем, что диаметр шара равен 2ρ=5 м=5·10³ мм, а входного отверстия d=0.1 мм. В этом случае входящий поток от Солнца Φ будет рассеиваться в отношении Здесь , σ — коэффициент диффузного рассеяния. Поскольку оценка звездного рассеянного света производится по той же книге, мы считаем, что коэффициенты s те же (равные, для простоты расчета, таковым для белой краски шара внутри него), поэтому мы опускаем их в дальнейших расчетах. Кроме того, для простоты же расчета мы считаем, что снег и бумага книги рассеивают падающий поток равномерно по сторонам.

Если Солнце и звезды излучают световой поток с 1 см² в секунду во всех направлениях H = H_*, то освещенность единицы площади входного отверстия шара Солнцем (без учета поглощения света в атмосфере Земли) будет H (R/r)². В шар пройдет световой поток Этот поток будет первично и многократно рассеян внутри шара (небольшая часть потеряется через отверстия, но ею можно свободно пренебречь), и освещенность стенок будет . Эту освещенность и можно оценивать через выходное отверстие или же непосредственно внутри шара. Варьируя входное отверстие, можно изменять E до равенства ∑E_* от звезд. Действительно, предположим, что мы вышли ночью зимой на улицу и ту же книгу можем читать при свете всех доступных глазу звезд, т. е. примерно при N/2=2400 звезд для видимой полусферы неба. В этом случае, если освещенности книги уравнены, то фотометрия может быть выполнена. Следовательно, Ломоносов в своем фотометре использовал метод сравнения освещенностей от N/2 звезд предположительно одного линейного диаметра и поверхностной яркости. Освещенность книги от всех звезд будет равна, и мы имеем уравнение . Здесь D_*, D — диаметры, r_*, r — расстояния

- 88 -

от Земли конкретных звезд, а N/2 (число звезд) = 4800/2 = 2400 на небесной полусфере ярче 6-й визуальной величины (светом более слабых звезд при этом пренебрегаем).

Поскольку H_* = H, а ,76

    d²
и — = 1.00 · 10^—10 (при принятых параметрах шара), то мы имеем:
   16ρ²

Отсюда имеем угловой, т. е. видимый, диаметр звезд по линейным размерам, в среднем равным Солнцу, а именно:

D_*                                                                                    
  — = 1.89·10^-9 рад. = 3.89 · 10^-4≈3.9 · 10^-4 сек. дуги.
r_*                                                                                    

Так можно догадываться о работе фотометра Ломоносова методом сравнения освещенности книги при ее чтении снаружи у входного отверстия или внутри шара (или равновеликого помещения, что хуже), и снаружи зимой можно определить угловой диаметр звезд D_*/r_*=2R_*/r_*. Но при этом напомним, что все звезды, видимые глазом, считаются одинаковыми по линейным размерам и абсолютной яркости, т. е. по D_* и H_*.

Полученный с фотометром результат в настоящее время можно проверить другим объективным способом, но тоже только в среднем.

Мы сейчас имеем материалы по числу звезд N ярче данной видимой, визуальной величины77 и наблюденные средние параллаксы (например, по П. ван Рейну и Б. Боку, с редукцией к скорости Солнца 19.5 км/сек.)78 от 3-й визуальной величины. Для более ярких звезд можно воспользоваться справочником К. У. Аллена79 и взять среднее из индивидуальных наблюденных параллаксов (см. эти данные в табл. 4).

Таблица 4

Визуальная звездная величина, mv	Число звезд ярче mv на всем небе, N (m)	Усредненный или средний параллакс звезд данной величины, π (m)	Число звезд от и до данной величины, n (m)	Примечание
—1	1	0″.37	1	По индивидуальным значениям с осреднением значений параллаксов
0	3	0″.29	2
1	13	0″.08	10
2	40	0″.03	27
3	100	0″.03	60	По средним параллаксам
4	500	0″.02	400
5	1600	0″.02	1100
6	4800	0″.01	3200

В этой таблице мы находим средний взвешенный параллакс всех 4800 звезд (всей небесной сферы). Он получился равным π̄_*=0″.0138, и следовательно, расстояние r_*≈72.5 парсека80= 1.49.10⁷ а. е.= 2.24·10²⁰ см.

- 89 -

Поскольку линейный параметр звезды принят выше равным солнечному D_*=D=1.39·10¹¹ см, то угловой диаметр всех 4800 звезд ярче 6-й звездной, визуальной величины = 6.20·10^-10 рад. = 1.28·10^-4≈1″.3·10^-4, что по порядку величины совпадает с цифрой 3″.9·10^—4.

Но ведь именно эту цифру мы получили бы, наблюдая с фотометром Ломоносова при параметрах шара: d=0.1 мм и 2ρ=5 м=5·10³ мм. Конечно, мы при этом должны были бы убедиться, что освещенность книги снаружи у входного отверстия или внутри шара (альтернативно внутри равновеликого помещения) и снаружи ночью и зимой одинакова. В противном случае мы должны были бы изменить параметр d и, следовательно, увеличить или же понизить освещенность внутри шара. Необходимые поправки можно было бы учесть чисто опытным путем с земным источником света. Вероятно, было бы хорошо выходное отверстие шара закрыть матовым стеклом и сделать другие усовершенствования. В дальнейшем свою первую конструкцию фотометра Ломоносов улучшил, и поэтому она, видимо, существенно отличалась от того, что уже имелось в годы его работы (в других обсерваториях и учреждениях).81

«Фотометрическая труба», как и «однозеркальная труба», «серебряные зеркала»,82 «труба ньютоновско-грегорианско-ломоносовская», «способ исследования плоских зеркал», «большая труба» занесены им в «Записках» в список 16 основных изобретений и открытий по оптике, астрономии и др.83 То же мы встречаем под № 159-18 (§ 5), а именно: «В астрономии фотометрическая труба. Наблюдения новою трубою». Это в перечне работ уже выполненных, выполняемых и перспективных, как и под № 147, где, в частности, в разделе «Доделка» в § 9 включена также «параллактическая махина», в § 11 — «движение для больших зеркал», в § 14 — «для первых проб бумажные (картонные, — О. М.) трубки», в § 15 — «стекло из фужеры» (для боя в шихту при комбинации со свинцовым стеклом), в § 16 — «Пробы делать с » (условное обозначение мышьяка у Ломоносова, вероятно, для варки зеркального металла и стекла).84

Необходимо также напомнить, что фотометрическая труба упоминается и в «Росписи сочинениям и другим трудам советника Ломоносова» под названием «светомерная труба для исследования расстояния и величины неподвижных звезд».85

Таким образом, «фотометрическая труба», или «звездный фотометр», как мы сейчас называем подобные приборы, вероятно, была изготовлена Ломоносовым. Именно с ним, по-видимому, производились наблюдения, о которых указано в № 126 «Записок»: «На Сатурне свет не меньше, как здесь был в затмение солнечное».86

Вавилов в 1936 г. указал, что этот фотометр как способ определения диаметров звезд применял еще раньше Х. Гюйгенс в начале XVIII в.87 Его книга, изданная в 1698 г., где этот прибор описан под названием

- 90 -

«Космофеор, или предположение о небесных телах и об их устройстве», была переведена на русский язык в 1717 г.88 Ченакал в примечаниях к «Запискам» цитирует также еще и книгу П. Бугера «Оптический трактат о градации света» (Париж, 1760),89 которая была в собственной библиотеке Ломоносова.90 Таким образом, возможно, что Ломоносов знал уже об этом приборе, но с присущим ему талантом ввел существенные улучшения в схему и конструктивное выполнение фотометрической трубы, или звездного фотометра.

5. Работы по спектроскопам

Этот раздел работ Ломоносова изучен весьма мало. Я упомяну лишь некоторые из них.

а. Входная щель. До начала XIX в. при рассмотрении спектров Солнца в качестве входной диафрагмы употребляли исключительно круглые отверстия. Ломоносов, используя спектроскоп для экспериментов по природе света и цветосмешению, по-видимому, впервые применил входную щель. В «Записках» под № 24-6 он пишет: «Луч впускать в камеру-обскуру щелью, некруглою дирою».91 Здесь внутренняя часть спектроскопа естественно называется «камерой-обскурой», ибо в большинстве случаев телескопчик для рассматривания спектров отсутствовал и спектры просто проектировались на экран. Следует иметь в виду, что щель, а не круглое отверстие в схеме спектроскопа употреблял еще и Ньютон (а может быть, и другие), в частности в 1675 г. в «Оптике» он пишет: «Однако вместо круглого отверстия F лучше брать удлиненное отверстие».92 Позднее на эту деталь не обратили внимания и продолжали, по-видимому, использовать круглое отверстие.

б. Коллиматорная линза. Ломоносов, по-видимому вперъые, ввел в конструкцию спектроскопа коллиматорную линзу — об этом сообщается в виде схем в «Записках» под № 161 (19).93

Есть три соответствующие схемы: 1) с отрицательной линзой в виде коллиматора для однопризменной комбинации, 2) то же с положительной линзой и 3) то же с положительной линзой, но в двухпризменной комбинации.94 Это очень важный момент в истории конструкций спектроскопов, ибо в случае падения на призму не параллельных лучей изображение точки получается не гомоцентрическим, а отягощенным аберрациями. Это одна из причин того, что Ян Марек Марци в Праге в 1648 г., Ньютон в Англии в 1666 г. и другие не смогли рассмотреть замечательный линейчатый спектр Солнца с непонятными «пропастями» (по выражению Вавилова95) на ярком фоне солнечного спектра, спектральными «иероглифами», которые смог в общих чертах рассмотреть У.-Х. Волластон (1802 г.), а подробно — только Фраунгофер (1814 г.), который, как считалось до сего времени, ввел коллиматор.

Интересно, что на известном рисунке академика Г.-В. Крафта установки для разложения солнечного света призмой в темной комнате

- 91 -

Кунст-камеры96 Петербургской Академии наук в первой половине XVIII в. (т. е. до Ломоносова) также нет щели (а круглое отверстие), нет линзы коллиматора и все же, несмотря на это, на экране в спектре видны темные полосы (какими их видел позднее Волластон). Но полосы ли это или же фантазия гравера-художника — неизвестно, ибо считается, что линии поглощения еще не были открыты. Таким образом, в отличие от общепринятого мнения, мы считаем, что впервые коллиматорная линза в спектроскоп была введена Ломоносовым примерно в 1752 г. и, следовательно, на 52 года раньше Фраунгофера (рис. 3).

Необходимо отметить, что, например, Вавилов в примечаниях к «Оптике» Ньютона называет спектральную установку, подобную употреблявшейся Ньютоном, «коллиматорная установка, до сих пор применяющаяся в спектроскопии».97

Рис. 3. Применение М. В. Ломоносовым коллиматорной линзы в трех вариантах (оригинальный рисунок из «Записок»).

Но в данном случае это не коллиматор, который имеется обычно в виду. Употребляется одна линза перед или после спектральной призмы, которая проектирует пучок лучей, например, на грань последней не параллельно, ибо одновременно проектирует его на экран для рассматривания спектров.

Волластон в 1802 г. тоже, по-видимому, еще не употреблял коллиматорной линзы в полном смысле этого слова,98 хотя употреблял уже спектральную щель в 1¹/₄ мм и просто рассматривал ее изображение сквозь призму, что позволило ему обнаружить указанные выше темные линии в спектре Солнца.

в. Дифракционные решетки. В «Химических и оптических записках» Ломоносова под № 162-20 есть на рисунке изображение двух решеток, с подписью внизу слева: «решетки чаще», а справа: «и реже»99 (рис. 4).

- 92 -

Решетки по виду на рисунке напоминают обычные проволочные дифракционные решетки, и сейчас применяемые в астрономии при необходимости малой дисперсии и гашения яркого компонента двойных звезд. Если это так, то левая решетка имеет меньшую постоянную, а правая — большую, и они дают соответственно большую или меньшую угловые дисперсии.

Возможно, на рисунке изображены проволочные дифракционные решетки, в которых проволока натянута на два параллельных винта с бо́льшим или меньшим шагом. Во всяком случае решетки сделаны для спектральных целей, ибо первая фраза этой записки перед рисунком гласит: «Смешение цветов призматических показать сложением двух призм».100 При этом на верхнем рисунке изображены три стеклянные пластинки, сложенные каждая из двух цветных призм-клиньев (например, красного и синего), а внизу — две решетки с частыми и редкими щелями соответственно. Если это действительно дифракционные решетки, то это очень интересно и важно, ибо считается, что само явление дифракции открыто позднее. При конечном же расстоянии от источника дифракционное явление изучено О.-Ж. Френелем в 1815—1818 гг., а в параллельных пучках (т. е. с коллиматорной линзой101) то же явление изучил Фраунгофер в 1821—1822 гг. Это и привело его к открытию дифракционных решеток как спектральных приборов. Первые решетки он делал из проволоки, которую наматывал на два параллельных болта. Это были «растровные» решетки. Затем он их нарезал в виде канавок по золотой фольге, нанесенной на стекло («отражательные» решетки), а впоследствии он нарезал алмазом канавки прямо на стекле (это «прозрачные» дифракционные решетки).

Рис. 4. Вероятное применение М. В. Ломоносовым (в цикле работ по сложению цветов) грубых дифракционных решеток (оригинальный рисунок из «Записок»).

У Ломоносова в заказе мастеру сказано: внизу слева «решетка чаще», а справа — «и реже».

Впоследствии, в конце XIX в., стали изготовлять отражательные решетки, нарезанные алмазом на зеркальном металле, а сейчас — почти

- 93 -

исключительно на алюминиевой и хром-алюминевой (хром в виде подложки, он хорошо прилипает к стеклу, а к нему хорошо прилипает алюминий) фольге, нанесенной на стекло. Алюминий отражает 90%, а зеркальный металл — всего лишь 60% света и к тому же быстро тускнеет со временем. В Америке нарезкой хороших отражательных решеток на зеркальном металле прославился в конце XIX в. Г. Роуланд, а в XX в. — Р. Вуд и другие.

В настоящее время в СССР нарезаются лучшие и самые большие отражательные решетки на алюминиевом фильме (Ф. М. Герасимов и др.). Обычно считается, что первая дифракционная решетка была изготовлена американским механиком, физиком и астрономом Ф. Риттенгаузом в 1785 г. Но это открытие прошло незамеченным и было забыто вплоть до вторичного изобретения в 1821 г. Фраунгофером. Может быть, это открытие было сделано еще на 20—25 лет раньше Ломоносовым и тоже прошло, как и многие его другие работы, незамеченным. В связи с этим представляет интерес найти дополнительные документы, в частности в рапортах мастеров, которые, вероятно, их изготовляли. Интересно отметить, что многие свои приборы Ломоносов копировал, срисовывая их с экрана камеры-обскуры. Например, в «Записках», № 31 (1), мы читаем:

«Махины мои срисовывать все в камере-обскуре».102 Камера была изобретена еще в XVI в. (Леонардо да Винчи и др.). Кеплер, а позднее Рэлей создали ее теорию. По последнему, оптимальное входное отверстие для получения резкости равно по диаметру (F — расстояние от отверстия до экрана, λ — длина волны). Камера-обскура имеет преимущество перед линзовой (описанной в 1558 г. Барборо), ибо лишена дисторсии (искажения масштаба) и годится для работы с рентгеновскими и вообще УФ-лучами, что и используется сейчас.

Венцом всех перечисленных выше астрофизических инструментальных работ явилось открытие, постройка и проверка однозеркального телескопа Ломоносова. В обращении к Канцелярии Академии наук в Петербурге он писал 21 апреля 1762 г.: «Изобретен мною новый род катодиоптрической трубы об одном большом зеркале без малого, который, ежели к совершенству приведен будет, то превзойдет простотою и чистотою известные поныне таковые инструменты и будет служить к чести Академии».103

Венцом всех не инструментальных астрофизических исследований Ломоносова явилось открытие атмосферы у планеты Венеры.

6. «Явление М. В. Ломоносова»

Редчайшее астрономическое явление — прохождение планеты Венеры по диску Солнца (или, точнее, перед диском Солнца) — представляет огромный астрономический вообще и астрофизический в частности интерес. Оно наблюдалось 7 XII 1631, 4 XII 1639, 6 VI 1761, 3 VI 1769, 9 XII 1874, 6 XII 1882, будет наблюдаться 8 VI 2004 и т. д. Ломоносов наблюдал это замечательное явление сразу после окончания петербургской «белой ночи»,104 начиная с 4 час. утра (т. е. при низком положении Солнца относительно горизонта) и до 10 час. утра 26 мая по старому или 6 июня по новому стилю 1761 г. с трубой 4¹/₂ фута — рефрактором Доллонда у себя дома в усадьбе на берегу Мойки. Кроме собственных наблюдений

- 94 -

прохождения Венеры, Ломоносов произвел большую организационную подготовку для наблюдений в труднейших экспедициях далекой Сибири. Целью этих экспедиций было определение солнечного параллакса. Район Сибири был выгоден для этих определений, в частности в плане международных исследований. Одна экспедиция, в которой наблюдал Н. И. Попов, работала в Иркутске, вторая, во главе с С. Я. Румовским, в Селенгинске и третья, французская во главе с Шапп д’Отерошем, в Тобольске. Помимо своих наблюдений, Ломоносов организовал наблюдения также в Петербурге, в академической Обсерватории. Здесь наблюдения вели А. Д. Красильников и Н. Г. Курганов. В частности, во время непосредственного прохождения Венеры перед диском Солнца они наблюдали с телескопом, имеющим фокусное расстояние 1.8 м, с сеткой нитей в окуляре105 и с параллактическим штативом.

Ломоносов со свойственной ему энергией смог преодолеть все препятствия, которые чинились в вышестоящих инстанциях. Погода благоприятствовала наблюдению прохождения Венеры во всех русских экспедициях, в том числе и в Петербурге. Все наблюдатели определяли главным образом время контактов лимбов Венеры и Солнца. Это имело целью астрометрическую задачу — определение параллакса Солнца. Для этого всего в мире было организовано около 40 экспедиций, имеющих около 112 участников. Ломоносов также определял моменты контактов. Все наблюдения русских ученых были использованы в дальнейшем, а работа экспедиций была широко освещена в печати, и мы на них здесь не останавливаемся. Сам Ломоносов писал в своей работе, опубликованной впервые еще в 1761 г. (между 26 мая и 4 июля) на русском языке и вскоре на немецком (август 1761 г.), так: «Кроме сих строгих астрономических наблюдений, господин коллежский советник и профессор Ломоносов любопытствовал у себя больше для физических примечаний, употребив зрительную трубу о двух стеклах длиною 4¹/₂ фута. К ней присовокуплено было весьма не густо копченое стекло (курсив мой, — О. М.), ибо он намерился только примечать начало и конец явления и на то употребить всю силу глаза, а в прочее время прохождения дать ему отдохновение».106

Наблюдая Венеру, Ломоносов заметил, что при частичном вступлении ее на диск Солнца (после 1-го контакта) вокруг ее части, еще не вошедшей на диск, на одну секунду или долю ее вспыхнул светлый, яркий, даже огненный ободок, окружающий диск планеты в виде каемки со стороны темного фона неба (рис. 5). Это и было «тонкое, как волос, сияние». Напомним, что ввиду кратковременности этого сияния, получившего название «явление Ломоносова», наблюдателю показалось от неожиданности (как и всем наблюдавшим в 1874 и 1882 гг.), что светлое сияние даже пересекло темный диск планеты и как бы являлось продолжением солнечного края (лимба) по диску планеты. Результаты наблюдения опубликованы на русском и немецком языках под заглавием «Явление Венеры на Солнце, наблюденное в Санктпетербургской императорской Академии наук, мая 26 дня 1761 года».

Кроме этого явления, Ломоносов наблюдал еще и другое. Когда Венера перешла по диску Солнца к противоположному его краю на расстояние ¹/₁₀ ее радиуса от края, то в этот момент на лимбе Солнца, находящемся перед темным диском Венеры, образовался выступ, или бугорок («пупырь»). В дальнейшем по мере перемещения Венеры ближе к краю Солнца этот выступ увеличивался. Казалось, что лимб планеты как бы приподнимает

- 95 -

лимб Солнца. Наконец этот выступ исчез вместе с небольшим сегментом диска планеты. Кроме того, было обращено внимание на то, что как при первом, так и при последующем, четвертом контакте края диска Венеры с краем диска Солнца край последнего становился неясным, размывался и оба диска как бы «слипались». Особенно важно, что Ломоносов не только наблюдал это явление ободка, как и другие в России (он это отмечал в работе) и за рубежом, но также и объяснил причину этого явления рефракцией в плотной атмосфере Венеры, а не рассеянием света, как думали и еще думают некоторые наблюдатели даже сейчас (рис. 6, 7). Полная ясность была внесена, в частности, и по приоритету открытия исследованиями В. В. Шаронова и некоторыми другими.

Вывод из наблюдений был таким: «По сим примечаниям господин советник Ломоносов рассуждает, что планета Венера окружена знатною воздушною атмосферою, таковою (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного».107 По поводу «приподнятия» края Солнца краем планеты он пишет: «Сие не что иное показывает, как преломление лучей солнечных в Венериной атмосфере»108 (рис. 6).

Рис. 5. «Явление Ломоносова» (схема).

Здесь следует напомнить, что во время прохождения Венеры по диску Солнца многие другие наблюдатели отмечали эффект, названный явлением «черной капли». После 2-го и непосредственно перед 3-м контактом между краями планеты и Солнца наблюдалась черная перемычка. Это происходит тогда, когда тонкое воооражаемое кольцо между фактически наблюдаемым внешним кругом планеты и истинным внешним лимбом (первый меньше из-за иррадиации и пр.) частично выходит за край видимого лимба Солнца (истинный его лимб лежит ближе к планете из-за того же явления). По Юнгу, это явление можно «воспроизвести»: 1) закрыть левой ладонью с вытянутыми пальцами на расстоянии 5—10 см от глаза яркий свет, 2) под углом 90° подвести большой палец правой руки к пальцам левой до контакта, 3) медленно отвести большой палец правой руки вправо, 4) при этом будет наблюдаться явление «черной капли».

Ломоносов не наблюдал или же не описал этого явления. Оно связано, как частично уже упомянуто выше, главным образом не с атмосферой Венеры, а с различными оптическими явлениями, как то: иррадиация, дифракция, дефекты оптики (которые при прохождениях 1874 и 1882 гг. были значительно снижены благодаря развитию ахроматов), волнение атмосферы Земли и пр. Необходимо также иметь в виду, что, по-видимому, именно из-за иррадиации Венера кажется на диске Солнца по диаметру меньше, а Солнце, наоборот, больше. Поэтому действительные диаметры Венеры и Солнца на рисунках показываются, например, пунктиром.

- 96 -

Указанные явления и «явление Ломоносова», которое наблюдалось и на части диска планеты, уже сошедшей с диска Солнца, несмотря на свою важность для астрофизики, служили, однако, неприятной помехой в астрометрии при определении параллакса Солнца по прохождениям. Во время прохождения Венеры по диску Солнца 1769 г. Риттенгауз также видел фактически «явление Ломоносова».

Рис. 6. Комплекс явлений, наблюдавшихся Ломоносовым при прохождении планеты Венера перед диском Солнца, и объяснение причины части явления преломлением солнечных лучей в атмосфере планеты (fig. 7 на оригинальном рисунке из отчета о наблюдениях).

Во время последних прохождений применялась фотография на сухих бром-желатинных пластинках и специальные инструменты — гелиографы, что значительно облегчило проведение измерений и исследований. Через 29 лет после открытия Ломоносовым атмосферы на Венере, в 1790 г.,

- 97 -

Иоганн Иероним Шретер в своей частной обсерватории в Лилиентале (Германия) открыл явление «удлинения рогов» видимого серпа диска планеты. Это явление, иногда распространяющееся за полуокружность планеты, тоже говорило о существовании атмосферы на планете Венера и было подтверждено позднее. При этом даже, например в 1866 г., а затем снова в 1874 г., Ч.-С. Лайману удалось пронаблюдать дважды при очень узком серпе явление полного смыкания рогов в кольцо (сумеречное кольцо, рис. 7), которое, как выяснилось, может наблюдаться с Земли на уровне моря только при элонгациях не более 2°. При этом наблюдения в этих условиях в 1914 г., по-видимому, не производились.

В горной обсерватории (Столовая гора) в Африке то же явление сумеречного кольца наблюдалось в 1940 г. даже при элонгации не менее 3° и фотографически в 5 спектральных участках.109 Но при этом богатых красок нашей земной зари совсем не наблюдалось, явление было «белым» во всех лучах. По В. Г. Фесенкову и Б. Лио, это явление объясняется рассеянием света, а не рефракцией, как думали и еще думают многие.

Отметим, что фотографическим методом упомянутое выше явление «удлинения рогов» (рис. 8) наблюдалось в Харьковской университетской обсерватории Н. П. Барабашевым со скромным телескопом еще в 1932 г. Было подтверждено заключение Фесенкова и Лио.

Рис. 7. Явление «черной капли», наблюдавшееся при прохождении планеты Венера перед диском Солнца (пунктиром показаны истинные края дисков двух светил).

К явлению «удлинения рогов» следует добавить также и результаты наблюдения переменных по форме и яркости пятен и полос (перпендикулярных терминатору на диске Венеры, особенно в ультрафиолетовых лучах и близко к «рогам». Это тоже говорит о наличии атмосферы у планеты. Таким образом, мы видим, что все наблюдения в послеломоносовский период вплоть до сего времени подтвердили открытие Ломоносовым атмосферы на планете Венера. Отметим также, что, учитывая важность явления прохождения Венеры по диску Солнца, Россия заказала за рубежом ряд доллондовых труб для прохождений 1761 и 1769 гг., а также и другое оборудование. В 1884 г. эти телескопы и другое оборудование академической Обсерватории были переданы в музей Пулковской обсерватории и, к сожалению, погибли во время Великой Отечественной войны 1941—1945 гг.

Использовав наблюдения прохождения Венеры перед диском Солнца с точки зрения диоптрики, при мгновенном образовании ободка («явление Ломоносова»), Шаронов смог определить величину горизонтальной рефракции в верхних слоях атмосферы Венеры. Она оказалась порядка 20 сек. дуги (в самом нижнем из прозрачных слоев атмосферы планеты), что гораздо меньше значения для Земли в 35′= 2100″. Однако, по-видимому, в самых верхних слоях Земли горизонтальная рефракция значительно меньше

- 98 -

(порядка одной минуты). Результат по величине горизонтальной рефракции для атмосферы Венеры не согласуется с результатом количественного значения «удлинения рогов». Шаронов относит это за счет особого «трехслойного» строения атмосферы Венеры, столь оптически плотной в одном слое, что прямые лучи Солнца, идущие вдоль касательной к телу шара Венеры, полностью поглощаются. В то же время рассеянный свет в атмосфере достаточно хорошо виден и образует явление «удлинения рогов». Если горизонтальная рефракция, ее угол в атмосфере 22″, то в двух предельных случаях образование светлого ободка («явление Ломоносова») будет идти по-разному!110 Схема I. Если она < 22″, то ободок, по Шаронову, образуется сначала в точке лимба Венеры со стороны центра солнечного диска (где он не может, однако, наблюдаться на ярком фоне), а после того как центр диска планеты пересечет лимб Солнца, вокруг ее диска появятся охватывающие «усики», которые затем сомкнутся, и на стороне планеты, проектирующейся на фон неба появится светлый ободок Ломоносова. Схема II. Если угол рефракции > 22″, то явление будет обратным. Ободок образуется на стороне планеты, противоположной центру солнечного диска, в виде «яркой каймы», которая, расширяясь в обе стороны, охватит ободком полудиск планеты и тоже даст светлый ободок Ломоносова. Наблюдатели прохождений 1769, 1874, 1882 гг. подтвердили схему I или же близкую к ней, когда ободок возникает сначала в виде рожек, которые затем огибают весь диск планеты, что ведет к почти

Рис. 8. Фазы планеты Венера на разных расстояниях от Солнца, как они представляются при наблюдении в телескоп.

Вверху справа достаточно ярким виден только серп Венеры с «рогами», которые при некоторых элогациях планеты «удлиняются», а в очень редких случаях даже образуют полное, так называемое «сумеречное кольцо», охватывающее весь диск планеты. Вверху слева — № 1, справа — № 2; внизу слева — № 3, справа — № 4.

- 99 -

внезапному или же постепенному (но быстрому) появлению ободка. Однако есть большое отличие от одного прохождения к другому, иногда, в виде аномалии, даже в сторону более высокого значения горизонтальной рефракции, чем 22″. Иногда даже ободок вспыхивает по схеме II, а не I. Шаронов приписывает это колебаниям облачного слоя, состоянию газа атмосферы и колебаниям ее высоты.111

Здесь потребуются некоторые уточнения, тем более что Ломоносов наблюдал Венеру сквозь «закопченое стекло», которое в комбинации с глазом, телескопом и атмосферой Земли существенно изменяет эффективную длину волны для данных условий. От эффективной же длины волны зависит и сила рефракции. Например, в случае плоскопараллельной атмосферы рефракция будет приближенно равна: где K″_λ — постоянная рефракция, i — угол падения лучей на твердую поверхность планеты, а n_λ — показатель преломления в слое атмосферы у твердой поверхности планеты. Приближенно, например, для земной атмосферы и при малом k_λ:(n_λ—1)≈k_λρ/ρ₀, где ρ — плотность воздуха, а ρ₀ — плотность при температуре 273° и давлении 760 мм рт. ст. Для белого света k_λ= 0.000294. В табл. 5 дается значение (n_λ—1)·10⁸ исходя из (n_λ)s для стандартного воздуха.112 При этом, как обычно, , а стандартный воздух определяется как сухой при t = +15°С, P₀= 760 мм рт. ст. и содержании CO₂, равном 0.03% по объему.

Из табл. 5 мы видим, что даже для земной атмосферы (воздуха) в визуальном участке спектра хроматическая постоянная рефракции изменяется в пределах 1″.7, 1″.5 и 1″.3 при t = —30, 0 и +30°C соответственно. В пересчете на хроматическую рефракцию, например при i = 60°, это дает

ΔR″_λ1λ2= 2″.9, 2″.6 и 2″.2.

Таблица 5

λ (мкм)	(nλ, t—1)·108			Kλ, t
	t (°C)			t (°C)
	—30	0	+30	—30	0	+30
0.4	33509	29828	26875	69″.1	61″.5	55″.4
0.5	33060	29428	26514	68.2	60.7	54.7
0.6	32824	29218	26325	67.7	60.3	54.3
0.7	32684	29093	26213	67.4	60.0	54.1

При расчете же горизонтальной рефракции ω_λ, т. е. при i=90°, что представляет интерес в случае Венеры, мы получим тоже существенные изменения. Кроме того, постоянная рефракция изменяется существенно и с температурой. Например, при λ=0.6 мкм мы имеем изменение ΔK_λ (t₁, t₂) на 13″.4 при изменении t от —30 до +30°C или же соответственно изменение ΔR_λ″ (t₁, t₂) на 23″.2 при i = 60°. Следовательно, в этом случае изменения даже гораздо заметнее. Неопределенность с λ_эфф и t не дает возможности подсчитать интересующие нас постоянные.

- 100 -

Неоднократно отмечалось, что открытие атмосферы на Венере для науки и для самого Ломоносова было исключительно важным, ибо подтверждало его широкие взгляды на вопрос о множественности обитаемости миров, о жизни во Вселенной: «Читая здесь о великой атмосфере около помянутой планеты, скажет кто: подумать-де можно, что в ней потому и пары восходят, сгущаются облака, падают дожди, протекают ручьи, собираются в реки, реки втекают в моря, произрастают везде разные прозябения, ими питаются животные».113

В связи со сказанным выше о рефракции упомянем, что в докладе «Рассуждение о большей точности морского пути», прочитанном на собрании Академии наук 8 мая 1759 г., Ломоносов говорит: «Преломление лучей, от светил и от горизонта простирающихся, как упомянуто (§ 1) выше, несколько исправить должна теория преломлений, по наблюдениям сочиняемая, которой основанием следующее почитаю: ежели количество преломления соответствует количеству материи (действительно, (n—1)~ρ, как указано выше, — О. М.) прозрачной, то есть в сем случае воздуха, то, конечно, количество его, лучом пронзенное, есть мера преломления».114

Это и есть, правда качественная, но фактически научно обоснованная115 формула средней (т. е. для средних метеоданных) астрономической рефракции. В современном виде R̄_λ″=K̄_λ″· tg i. Само же явление рефракции было известно еще Птолемею, а строгая теория уже была дана в 1694 г. Ньютоном. В случае истинной рефракции K_λ″=K̄_λ″·

7. Другие работы по астрофизике

Среди других работ следует упомянуть блестящий перевод Ломоносова с немецкого языка работы Гейнзиуса о наблюдении яркой кометы, появившейся над Петербургом в начале 1744 г.116 Эта комета вызвала панику среди жителей городов, так как считалось, что это «весьма плохое предзнаменование». Перевод пользовался огромной популярностью.

Кроме этого, Ломоносов специально интересовался и занимался физической природой комет, их ядер и хвостов. При этом он считал несостоятельной теорию хвостов комет, которую еще в XVII в. предложил Ньютон, полагавший, что под действием солнечного облучения из оболочек ядер комет происходит испарение вещества и пар перетекает в область пространства за ядром, в котором и образуются хвосты.

Ломоносов придавал большое значение электрическим процессам в кометах и, как следствие, наличию в них кроме отраженного солнечного также и собственного излучения, что мы сейчас называем люминесценцией и флуоресценцией. Не случайно поэтому, что его теория содержится в труде по физике «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих, предложенное от Михаила Ломоносова»,117 отпечатанном по последнему прижизненному изданию (подлинник рукописи утерян; впервые опубликовано в виде «речи» 26 XI 1753). Он пишет, в частности: «...но бледного сияния и хвостов причина не довольно еще изведана, которую я без сомнения в электрической силе полагаю. Правда, что сему

- 101 -

противно остроумного Невтона рассуждение, который хвосты комет почел за пары, из них исходящие и солнечными лучами освещенные». И далее: «Того ради сие мнение совсем оставить и другой причины искать рассудил за благо, имея всегда подозрение, что сие явление с северным сиянием сродно и состоят оба в движении эфира. Размышления мои о погружении верхней атмосферы в нижнюю, которые имел я издавна, ныне, восшествием в натуральной науке электрического дня осиянные, произвели следующую о хвостах комет теорию».118 Далее следует подробное изложение собственной теории образования хвостов комет при разных приближениях к Солнцу. Развив теорию образования хвоста кометы в стороне, противоположной Солнцу, Ломоносов пришел к заключению о полной аналогии с явлениями в земной атмосфере (полярные сияния и пр., в кометах разница только в масштабе). Он пишет: «Распростертые косы в хвосте кометы совершенно сходствуют со столпами и лучами, которыми блещет северное сияние... Ныне всяк видеть может, что хвосты комет здесь почитаются за одно с северным сиянием, которое при нашей земле бывает, и только одною величиною рознятся». И далее: «Ибо, что до положения надлежит, обое показывается на стороне, от солнца отвращенной».119

Таким образом, Ломоносов из своей теории явлений в хвостах комет и их аналогии с явлениями в атмосфере Земли пришел к заключению о наличии у Земли аналогичного (только не по размерам) хвоста в стороне, противоположной Солнцу. Соответствующее явление сейчас усиленно наблюдается в СССР и называется «противосиянием». Здесь можно установить некоторую аналогию с заключениями В. Г. Фесенкова120 и И. С. Астаповича121 и других в работах, посвященных объяснению «противосияния» — газовых хвостов Земли. Фесенков пишет в резюме к работе: «В направлении на Солнце внешние слои атмосферы (Земли, — О. М.) образуют своего рода кому, удовлетворяющую поверхности эллипсоида вращения, сплюснутого в направлении полюса эклиптики, или, быть может эллиптического параболоида, вытянутого на 1—2 тысячи километров. В направлении, противоположном Солнцу, эти внешние слои переходят в длинный газовый хвост, расположенный целиком в плоскости эклиптики и расширяющийся в виде конуса с углом между образующими около 8—10°».122

Одни исследователи детально изучали «параллактическое смещение» противосияния, другие изучали его спектр, яркость и т. д. Отметим, что физическая теория комет Ломоносова, как выяснилось в наше время, в его время широко обсуждалась научной общественностью с участием ее автора.123

Свои весьма интересные и прогрессивные вплоть до сего времени мысли о физическом строении Солнца, солнечных пятен и протуберанцев Ломоносов изложил еще в 1743 г. в стихотворной форме.124 При этом он многое предвидел, предсказал в виде догадок и намного опередил своих современников и даже астрономов до середины XIX в.

- 102 -

Исключительно интересны мысли Ломоносова и в отношении космогонии, как мы сейчас ее понимаем. Во-первых, он был неизменным сторонником и пропагандистом гелиоцентрического мировоззрения Н. Коперника, во-вторых — бесконечности Вселенной, множественности обитаемых миров (этому, в частности, помогло открытие атмосферы Венеры) и т. д. Эти работы Ломоносова уже широко обсуждались в многочисленных исследованиях. Следует только подчеркнуть, что он всемерно стремился тверже ввести в космогонию идею развития во Вселенной вообще и на Земле125 в частности идею изменчивости в природе. Он обосновывал ее самыми современными для того времени фактами и аргументами, в частности изменениями наклонности оси Земли к орбите (для объяснения изменения климата и пр.), сдвигами материков Земли (что в 1912 г. было использовано А. Вегенером126 в его тектонической гипотезе перемещения материков для объяснения наличия континентов и океанов в современном виде), изменениями земных гор в результате действия вековых и быстропеременных геологических сил (воды, воздуха и пр.), изменениями в мире планет, звезд (в частности, Новых, переменных)127 и пр.

Из этого краткого перечня видно, что Ломоносов был астрофизиком широкого профиля, конструктором астрономических инструментов.128 Видно также, сколь интересны и глубоки были идеи Ломоносова в области космогонии, хотя он, по-видимому, и не дал ее единой теории, даже в области космогонии солнечной системы.129

Все изложенное в данной работе показывает, как важны для астрофизиков открытия, теории и предвидения Ломоносова, как они еще в ряде случаев не вполне изучены и ждут всестороннего исследования. Изучение его работ, этого замечательного золотого фонда отечественной науки, послужит лучшим памятником нашему гениальному соотечественнику — ученому М. В. Ломоносову.

Сноски

Сноски к стр. 63

¹ Куликовский П. Г. Ломоносов — астроном и астрофизик. Гостехиздат, М. — Л., 1950; Шаронов В. В. 1) Определение горизонтальной рефракции в атмосфере Венеры из наблюдения «явления Ломоносова». — ДАН СССР, 1952, т. 82, с. 351; 2) «Явление Ломоносова» и его значение для астрономии. — Астр. журн., 1952, т. 29, с. 728; 3) Рефракция и сумеречные явления в атмосфере Венеры. — Вестн. ЛГУ, 1953, т. 8, с. 51; 4) К вопросу о приоритете М. В. Ломоносова в открытии атмосферы Венеры. — Научн. бюл. ЛГУ, 1955, № 33; 5) Природа планет. М., 1958; 6) Ломоносов как организатор наблюдений прохождения Венеры по диску Солнца в 1761 г. в России и открытие им атмосферы Венеры. — В кн.: Ломоносов, IV; Вавилов С. И. 1) Оптические работы и воззрения М. В. Ломоносова. — Природа, 1936, № 12; 2) Оптические работы и воззрения Михаила Васильевича Ломоносова. — В кн.: Меншуткин Б. И. Жизнеописание Михаила Васильевича Ломоносова. Изд. 3-е. М. — Л., 1947; Ченакал В. Л. 1) Проблемы оптического стекла в России XVIII в. — Природа, 1939, № 6; 2) Оборудование Астрономической обсерватории Петербургской Академии наук ломоносовского времени. — Астр. журн., 1951, т. 28, с. 297; 3) Зеркальные телескопы Ломоносова. — В кн.: Ломоносов, III; 4) Сплавы Ломоносова для металлических зеркал. — Там же; 5) Большой неподвижный телескоп Ломоносова с сидеростатом. — ИАИ, 1955, № 1.

О. Струве (Struve O. Lomonosov. — Sky and Teleskope, 1954, vol. 13, № 4, p. 118) ошибочно, как отметил В. В. Шаронов (в кн.: Ломоносов, IV), пишет, что будто бы работа М. В. Ломоносова «О наблюдении явления прохождения Венеры по диску Солнца» была опубликована лишь в 1902 г., а Ф. Линк (Link F. Allongement des comes de Vénus. — Mem. Soc. Roy. Sci. Liège, 1957, t. 18, fasc. unique, p. 148—155), следуя ему, также ошибочно считает, что явление на Венере, которое мы называем «явлением Ломоносова», фактически в то время не наблюдалось и будто бы не могло наблюдаться Ломоносовым. В. В. Шаронов (указ. соч.) убедительно показал, что это не соответствует действительности.

Сноски к стр. 64

² Максутов Д. Д. Астрономическая оптика. М. — Л., 1946.

Сноски к стр. 65

³ До Ньютона плохие качества изображений в телескопах приписывали сферической аберрации (Рене Декарт), роль которой, как мы видели, меньше, чем хроматизма.

⁴ Л. Эйлер в 1727—1741 и 1766—1783 гг. жил и работал в Петербурге.

⁵ О составных (из двух линз разного состава стекла и обратной силы, по аналогии со строением глаза) объективах-ахроматах писал также в 1695 г. оксфордский профессор Давид Грегори — племянник Дж. Грегори, изобретателя схемы зеркального телескопа. Действительно, Холл построил в 1729 г. такой объектив, но Эйлер, повидимому, не знал о его работах.

⁶ Euler L. Sur la perfection des verres objectif des lunettes. — Mem. Akad. Wiss., Berlin, 1747, Bd. 3, S. 274—296.

⁷ Относительная частная дисперсия определяется по соотношению для призмы с преломляющимся углом A, показателем преломления ее материала n и углом отклонения в минимуме θ: , θ = A (n—1), dθ = A·dn при малых углах (призма-клин) и отсюда , т. е. относительная частная дисперсия есть относительное изменение угла отклонения призмой-клином двух лучей (близ минимума).

⁸ Кларк А. Общедоступная история астрономии в XIX столетии. Одесса, 1913, с. 177.

Сноски к стр. 66

⁹ Максутов Д. Д. Указ. соч., с. 213.

¹⁰ Ввиду важности величины фокусных расстояний ахроматов (при примерно одинаковых поперечниках объективов порядка 10 см) в то время указывалось именно фокусное расстояние или приблизительно длина трубы, в данном случае около 1.4 м.

¹¹ ПСС, т. 4, с. 368.

Сноски к стр. 67

¹² Там же, т. 8, с. 508—522.

Сноски к стр. 68

¹³ Безбородов С. А. М. В. Ломоносов — основатель научного стеклоделия. М., 1956; см. также: Качалов Н. Н. М. В. Ломоносов — основатель науки о стекле. — Природа, 1953, № 2, с. 77.

¹⁴ ПСС, т. 10, с. 396.

¹⁵ Китайгородский И. И. Технология стекла. М., 1951.

Сноски к стр. 69

¹⁶ ПСС, т. 4, с. 439.

¹⁷ Представляется весьма вероятным, что анализ материалов Ломоносова по описанию результатов опытов, выполненных им для создания цветных («рубиновых») стекол (для этого при варке стекла в него вводились такие красители, как золото и медь), даст еще очень много интересного. В частности, сейчас известно, что некоторые из этих силикатов являются «фотостеклами» (они получили названия «фотоформ», «фотокерам» и пр.). Они реагируют на свет, особенно ультрафиолетовый, в частности солнечный. С помощью облучения потоком света и последующей термической обработки можно управлять процессами кристаллизации стекломассы и получить эти новые и замечательные сорта стекол. Например, фотостекла при облучении их солнечным светом в течение минуты тускнеют и пропускают только около 20% света. После же прекращения облучения они через минуту восстанавливают свою прозрачность, которая доходит до 80—90%. См., например, научно-популярное изложение вопроса в статье Я. Марка («Наука и жизнь», 1965, № 4, с. 22—25). Невольно напрашивается мысль, не открыл ли тогда уже Ломоносов в своих опытах эти замечательные свойства рубиновых стекол? Ведь они отнюдь не являются современным изобретением, как думают некоторые, а были известны в общих чертах мастерам-оптикам в XIX в.

Сноски к стр. 70

¹⁸ ПСС, т. 4. с. 421.

Сноски к стр. 71

¹⁹ Вавилов С. И. Оптические работы и воззрения М. В. Ломоносова. — Природа, 1936, № 12, с. 121—128.

²⁰ Меншуткин Б. Н. Жизнеописание Михаила Васильевича Ломоносова, гл. IV.

Сноски к стр. 72

²¹ ПСС, т. 4, с. 421.

²² Mudge J. The best composition for the metals of reflecting telescopes, the process for griding etc. — Phil. Trans., 1777, vol. 67, p. 298.

Сноски к стр. 73

²³ Zonnefeld A. Die Hohspiegel. Berlin, 1957, S. 89.

²⁴ Шлаки, возникающие при плавке.

²⁵ «Королек» (или «регулус») — металлическая сурьма.

²⁶ — условный знак в «Записках», означает «осажденный» (лат. praepciptatus).

²⁷ ПСС, т. IV, с. 409—410, 457.

Сноски к стр. 74

²⁸ Там же, с. 413.

²⁹ Там же, с. 413—415.

³⁰ Архив АН СССР, p. 1, оп. 74б, № 4.

³¹ Т. е. английские системы Ньютона 1668 г. с плоским диагональным зеркалом перед главным фокусом основного зеркала и удлиняющая система Дж. Грегори 1663 г. с вогнутым эллиптическим вторичным зеркалом, которое стоит за фокусом главного и дает точку эквивалентного фокуса перед центром поверхности главного зеркала или даже за ним (при наличии отверстия).

Сноски к стр. 75

³² Д. Д. Максутов (указ. соч., с. 276) пишет: «Такая система телескопа носит название системы Гершеля, хотя имеются указания, что еще за полтора века до Гершеля такая система телескопа была известна современникам Галилея как наиболее простая и естественно приходящая на мысль человеку, желающему использовать одиночное вогнутое зеркало для наблюдения удаленных предметов», и в примечании: «Телескоп такой же системы предлагал М. В. Ломоносов ранее (на 27 лет, — О. М.) В. Гершеля». Подобную же зеркальную систему с очень малым полем зрения в 1616 г. предлагал Н. Цукки (Zucchius Nicolaus. Optica Philosophia. Collegio Romano, i, cap. XIV, sec. V, 1652, p. 126), но в комбинации с отрицательным окуляром, а у Гершеля он был положительным.

³³ ПСС, т. 4, с. 475.

³⁴ Там же, с. 412.

³⁵ Там же, с. 479 и сл.

³⁶ Такие трубы или оптические системы мы сейчас называем «катоптрическими» или «зеркальными». «Катодиоптрическими» или «зеркально-линзовыми» системами мы называем те, в которых линзовая оптика (диоптрическая) входит в схему телескопа еще до окуляра. Здесь же в это понятие включается также и линзовая оптика окуляра.

³⁷ ПСС, т. 4, с. 407.

Сноски к стр. 76

³⁸ Там же, с. 475.

³⁹ Там же, с. 485.

⁴⁰ Там же, с. 800.

⁴¹ Там же, с. 427.

⁴² Там же, с. 416, № 28.

⁴³ Ченакал В. Л. Проблема оптического стекла в России. — Природа, 1938, № 6, см. также выше, примеч. 1.

Сноски к стр. 77

⁴⁴ ПСС, т. 4, с. 485.

⁴⁵ Это обозначение единиц радиуса и фокусного расстояния неясно. Вероятно, поскольку 1°=2πR/360≈1/57 R, то «57 градусов» это просто R, т. е. радиус.

⁴⁶ ПСС, т. 4, с. 420.

⁴⁷ При условии, что входные отверстия зеркал и поверхности последних совпадают.

Сноски к стр. 78

⁴⁸ Первые кольца будут с цветными каемками (фиолетовые внутри, красные снаружи соответствующего кольца).

Сноски к стр. 79

⁴⁹ ПСС, т. 4, с. 485.

Сноски к стр. 80

⁵⁰ Максутов Д. Д. Указ. соч.

⁵¹ ПСС, т. IV, с. 423.

⁵² Там же.

⁵³ Там же, с. 424.

Сноски к стр. 81

⁵⁴ Цукки (указ. соч.) ввел еще в 1616 г. вогнутое сферическое зеркало и отрицательный окуляр. Но изображение было столь плохим, что автор системы стал употреблять обычный линзовый телескоп Галилея.

⁵⁵ ПСС, т. 4, с. 471.

⁵⁶ Herschel W. 1) On the investigation of vision in telescopes. — Philos. Trans., London, 1786, vol. 76, p. 457—499; 2) Discription of a forty-feet reflecting telescope. — Ibid., 1795, vol. 85, p. 347—409.

⁵⁷ Gregory J. Optica promota. London, 1663.

Сноски к стр. 82

⁵⁸ Cassegrain G. 1672. См.: Ball L. The Telescope, 1922, p. 22—23; King H. C. The History of the Telescope. Cambridge (USA), 1955, p. 75.

⁵⁹ Фактически же, как показал Максутов, при главном сферическом зеркале немалой светосилы теоретически предфокальные удлиняющие системы требуют, чтобы поверхность вторичного зеркала была бы «сплюснутым сфероидом». Для остальных систем зеркало эллиптическое или гиперболическое.

Сноски к стр. 83

⁶⁰ Т. е. с небольшим доллондовским рефрактором.

⁶¹ ПСС, т. 4, с. 452. Эта система, но без окуляра, описана еще в XVII в. И. Цаном (Zahn J. Oculus artificialis Helipolis, 1685, S. 153).

⁶² Приоритет у Форстера и Фрича оспаривал в пользу англичан А. А. Коммон: Common A. A. 1) Preliminary Note on a Modified (Oblique) form of Cassegrain Telescope. — Monthly Notices, 1895, vol. 55, p. 8; 2) The Brachy Telescope of Messr. Fritsch and Forster. — Ibid., 1895, vol. 55, p. 325. На рисунке Ломоносова (см. рис. 2, 11) изображена, однако, зафокальная удлиняющая внеосевая система Грегори, а не Кассегрена. В настоящее время Брахиты снова входят в употребление в связи с новыми расчетами, но для небольших телескопов.

Сноски к стр. 84

⁶³ Модзалевский Л. Б. Ломоносов о своих трудах. — Научное наследство т. 1. М. — Л., 1948; ПСС, т. 4, с. 381—397; 775—777.

⁶⁴ ПСС, т. 4, с. 381—382.

⁶⁵ Архив АН СССР, ф. 3, оп. 1, № 506, л. 219.

⁶⁶ Hartman W. Beitrage zur Geschichte und Theorie der astronomischen Instrumente mit rotierenden Planspiegel und fester Reflexrichtung (Heliostat, Siderostat, Zölostat, Uranostat). — Abhandl. Hamburg—Bergedorf Sternwarte, 1928, Bd. V, № 1, S. 1.

⁶⁷ Там же.

⁶⁸ ПСС, т. 4, с. 445, 450.

Сноски к стр. 86

⁶⁹ Труба этого телескопа была выполнена по схеме «Внеосевой Ньютон». Главное зеркало — внеосевой параболоид 1.5 м в диаметре (F=92 м), с расхождением лучей падающего и отраженного в 1.25°, диагональное зеркало 1.2 м отражает пучок лучей почти под 90° на спектрограф. Эта схема была сочтена лучшей из ряда рассмотренных вариантов.

⁷⁰ ПСС. т. 4, с. 460, № 164-22. О телескопе Ломоносова с применением сидеростата см.: Ченакал В. Л. Большой неподвижный телескоп Ломоносова с сидеростатом. — В кн.: Историко-астрономические исследования, т. 1. М., 1955, с. 207—212.

⁷¹ ПСС, т. 4, с. 434, № 58.

⁷² Вавилов С. И. Оптические работы и воззрения М. В. Ломоносова, с. 127.

⁷³ ПСС, т. 4, с. 433—434, 438, 445.

Сноски к стр. 87

⁷⁴ «Шарового фотометра».

⁷⁵ В дальнейшем он высинил внутренность шара «так бело, чтобы с ясным небом издали не распознать» (ПСС, т. 4, с. 434).

Сноски к стр. 88

⁷⁶ Это угловой диаметр Солнца в радианах со среднего расстояния Земли, т. е. 1 а. е.: D/r =9.277·10^-3 рад. ≈ 1910″.

⁷⁷ Куликовский П. Г. Справочник астронома-любителя. Изд. 3-е. М., 1961, с. 102.

⁷⁸ Паренаго П. П. Курс звездной астрономии. Изд. 3-е. М., 1954, с. 112.

⁷⁹ Аллен К. У. Астрофизические величины. М., 1960, с. 247—249.

⁸⁰ Вернее, π̄ · r̄  > 1.

Сноски к стр. 89

⁸¹ Существенно было погасить незвездные источники свечения неба (с помощью светофильтров).

⁸² Также металлические зеркала, приготовлявшиеся Ломоносовым путем расплющивания, а возможно и вальцовки (горячая обработка металла вращающимися штампами) серебряных пластинок на полированной металлической доске для лекальных работ. См., например, «Записки», № 13-5: «...серебряные зеркала бить штемпелем»; № 15-5: «Серебряные плоские зеркала к Гадлееву квадранту и к моему морскому жезлу тиснить на полированной стальной плоской доске» (ПСС, т. 4, с. 413).

⁸³ ПСС, т. 4, с. 445.

⁸⁴ Там же, с. 455.

⁸⁵ Там же, с. 451.

⁸⁶ Там же.

⁸⁷ Вавилов С. И. Оптические работы и воззрения М. В. Ломоносова, с. 128.

Сноски к стр. 90

⁸⁸ «Книга мирозрения или мнение о небесно-земных глобусах и их украшениях Христиана Гюйгенса». Перев. Я. В. Брюса. СПб., 1717.

⁸⁹ Бугер П. Оптический трактат о градации света. М. — Л., 1950.

⁹⁰ ПСС, т. 4, с. 786.

⁹¹ Там же, с. 415.

⁹² Ньютон И. Оптика. 2-е изд. М., 1954, с. 57.

⁹³ ПСС, т. 4, с. 458—459.

⁹⁴ Там же.

⁹⁵ Вавилов С. И. Глаз и Солнце. Изд. 5-е. М. — Л., 1950, с. 55.

Сноски к стр. 91

⁹⁶ Там же, с. 17, рис. 6.

⁹⁷ Ньютон И. Указ. соч., с. 326.

⁹⁸ Wollaston W. A method of egsamenning refractive and dispersive powers by prismatic refraction. — Phil. Magaz., 1802, vol. 92, p. 378 (цит. по: Naturwiss., 1926, S. 541).

⁹⁹ ПСС, т. 4, с. 459.

Сноски к стр. 92

¹⁰⁰ Там же.

¹⁰¹ Коллиматор используется для получения части фронта плоской волны. Но это условие выполняется лишь приближенно из-за конечных размеров источника света (щель) и из-за явления дифракции.

Сноски к стр. 93

¹⁰² ПСС, т. 4, с. 421.

¹⁰³ ПСС, т. 9, с. 380.

¹⁰⁴ Явление началось на 40 мин. позднее предсказанного момента, т. е. эфемеридного.

Сноски к стр. 94

¹⁰⁵ Сетка окулярная (нитяной микрометр) тогда называлась «ретикул» от лат. reticulum — «сеточка».

¹⁰⁶ ПСС, т. IV, с. 367.

Сноски к стр. 95

¹⁰⁷ Там же, с. 368.

¹⁰⁸ Там же.

Сноски к стр. 97

¹⁰⁹ Шаронов В. В. Природа планет. М., 1958, с. 467.

Сноски к стр. 98

¹¹⁰ См. работы В. В. Шаронова выше, примеч. 1, а также его статью: «Вероятное строение атмосферы Венеры» (Астр. цирк., 1952, т. 125).

Сноски к стр. 99

¹¹¹ См. выше, примеч. 1, 110.

Сноски к стр. 99

¹¹² Penndorf R. Tables of the refractive index for standard air and the rayleigh scattering coefficient for the spectral region between 0.2 and 20.0 μ and their application to atmospheric optics. — Journ. Optical Soc. Amer., New York, 1957, vol. 47, № 2, p. 176.

Сноски к стр. 100

¹¹³ ПСС, т. 4, с. 371.

¹¹⁴ Там же, с. 137.

¹¹⁵ Там же, с. 149, № 29—30.

¹¹⁶ Там же, с. 9—110.

¹¹⁷ Там же, т. 3, с. 15—100.

Сноски к стр. 101

¹¹⁸ Там же, с. 91—93.

¹¹⁹ Там же, с. 94—97.

¹²⁰ Фесенков В. Г. 1) Свечение ночного неба. — Усп. физ. наук, 1947, т. 3, с. 254; 2) О газовом хвосте Земли. — Астр. журн., 1950, т. 27, с. 89.

¹²¹ Астапович И. С. 1) Газовый хвост Земли. — Труды Ашхаб. гос. пед. ин-та, 1945, т. 1—2, с. 46—50; 2) Эфемериды противосияния. — Астр. цирк., 1950, № 103—104, с. 19.

¹²² См. примеч. 120.

Сноски к стр. 101

¹²³ Идельсон Н. И. Замечания по поводу теории Ломоносова о кометных хвостах и вызванной ею дискуссии. — В кн.: Ломоносов, I, с. 66—116.

¹²⁴ ПСС, т. 8, с. 117—119.

Сноски к стр. 102

¹²⁵ Там же, т. 5, с. 530—631.

¹²⁶ Эта теория не была принята большинством геологов. Но сейчас она начинает появляться снова, однако в совсем другой форме: материки расходятся по дуге земной поверхности из-за векового расширения Земли в результате «старения» (ослабления или убывания, по П. Дираку и др.), но их положение вдоль радиусов Земли сохраняется.

¹²⁷ До 1782 г. их было известно 8. Правда, итальянский математик и астроном Монтанари еще в 1672 г. сообщил перечень более 100 «погасших» или же, по подозрению, «погасших» и «возгорающихся» переменных звезд, но он не включил данных наблюдений и его перечень практически не использовался. Вот список переменных и новых звезд в доломоносовскую эпоху: N Cas (B) 1572 г. (Тихо Браге), o Cet 1596 г. (Д. Фабрициус), P Gyg 1600 г. (В. Блау), N Oph 1604 г. (Д. Фабрициус, Бруновский), β Per 1669 г. (Г. Монтанари), N Vul 1670 г. (монах Антельм), χ Cyg 1686 г. (Г. Кирх), R Hya 1704 г. (Маральди), и далее, 9-я, R Leo, открыта только в 1782 г. (Д. Кох), т. е. после Ломоносова.

¹²⁸ Литинецкий И. Б. М. В. Ломоносов — основоположник отечественного приборостроения. М. — Л., 1952; Куликовский П. Г. М. В. Ломоносов — астроном и астрофизик. М. — Л., 1961.

¹²⁹ По истории русской астрономии см.: Воронцов-Вельяминов Б. А. Очерки истории астрономии в России. М., 1956.