Оригинальную конструкцию двухзеркальной системы, состоящей из первичного и вторичного параболического зеркала, предложил французский скульптор и художник Кассегрен. Эта конфигурация очень удобна и широко применяется в настоящее время, но в те далекие времена идея не была реализована из-за невозможности получить зеркала нужной формы.
В России большего успеха в изготовлении металлических зеркал достиг Я.В. Брюс, а М.В. Ломоносов разработал новую конструкцию телескопа с наклоненным главным зеркалом без вторичного, что существенно уменьшало потери света. Такую же схему, независимо от него, использовал и У. Гершель. В своем доме, превращенном в мастерскую, он вместе с братьями получал особый сплав из меди и олова, а затем изготавливал зеркала и сам их шлифовал. Вершиной его трудов стал гигантский по тому времени телескоп с диаметром главного зеркала в 122 см. К середине XVIII века компактные, удобные в обращении высококачественные рефлекторы с металлическими зеркалами практически вытеснили громоздкие рефракторы. Однако и они были далеки от совершенства. Во-первых, металлические зеркала имели низкий коэффициент отражения, а их поверхность со временем тускнела. Во-вторых, их изготовление было трудоемким и дорогостоящим. В-третьих, большие металлические зеркала деформировались под собственным весом. И тут очень помогли успехи в деле стекловарения. В 1758 году были получены два сорта стекла: легкий — крон и более тяжелый — флинт, а следовательно, появилась возможность создания двухлинзовых объективов. Англичанин Дж. Доллонд, изготовил объектив из положительной кроновой и отрицательной флинтовой линз и получил патент на изобретение объектива-ахромата, то есть свободного от хроматической аберрации. Такие объективы, названные доллондовыми трубами, быстро получили распространение.
Немецкий оптик Й.Фраунгофер ввел в широкую практику научный метод изготовления линзовых объективов и контроль за их качеством. Он конструировал и изготавливал первоклассные ахроматические объективы. Венцом его оптического искусства стал 25-сантиметровый рефрактор, купленный у него Россией и установленный в Тартуской обсерватории.
К середине XIX века фраунгоферовские рефракторы стали основными инструментами наблюдательной астрономии. Казалось, что у них безоблачное будущее. Но по мере расширения спектрального диапазона наблюдений вновь стал проявляться главный недостаток линзовых объективов — хроматизм. Большие проблемы вызывало и дальнейшее увеличение диаметра объектива рефрактора. Было невозможно получить однородные большие блоки стекла для линз, а толстые линзовые объективы поглощали слишком много света. Самый большой рефрактор с диаметром объектива 1,02 м был построен в 1897 году, но на этом их дальнейшее развитие остановилось.
И тут создатели телескопов снова вспомнили о рефлекторах. В середине XIX века получил известность химический метод серебрения стеклянных поверхностей. Это позволило изготавливать зеркала из стекла. Серебряная пленка — фильм наносилась на стеклянное зеркало путем воздействия виноградного сахара на соли азотнокислого серебра.
Такие зеркала со свежим серебряным фильтром отражали уже не 60% упавшего света, как бронзовые, а от 90 до 95%, а значит, были более светосильными при том же размере зеркала.
Вскоре Л. Фуко разработал метод определения формы и качества поверхности зеркал. Благодаря его исследованиям появились рефлекторы с параболическими зеркалами.
Новым толчком в дальнейшем развитии телескопостроения стало использование алюминированных зеркал. Они, в отличие от серебренных, медленнее старились и лучше отражали ультрафиолетовые лучи.
В конце XIX века начало первому поколению новых рефлекторов положил состоятельный человек, любитель астрономии Кросслей, который приобрел вогнутое стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см и изготовил телескоп. Следующий телескоп такого же типа с диаметром зеркала 1,5 м был установлен на обсерватории Маунт Вилсон. В 1918 году здесь же был построен 2,5-метровый рефрактор, а в 1947-м в Паломарской обсерватории был введен в строй телескоп с 5-метровым зеркалом. И все же проблемы, возникшие при создании этого телескопа, заставили специалистов в дальнейшем продвигаться в сторону увеличения диаметров более осторожными шагами. Особенно с учетом того, что работа на крупных телескопах показала, что 3-метровый диаметр с применением высококачественной оптики в пункте со спокойной атмосферой может оказаться гораздо эффективнее 5-метрового. А потому в 50 — 80-е годы в основном строились 3 — 4-метровые телескопы. Единственный 6-метровый был построен в СССР и установлен в Специальной астрономической обсерватории на Кавказе.
Параллельно с развитием оптической части совершенствуются и механические конструкции, управление телескопом доверяется компьютерам. Сейчас уже все готово к созданию больших телескопов, но из-за отсутствия достаточных средств обсерватории, институты и даже страны объединяются для совместного строительства.
Весь имеющийся арсенал телескопов ученые используют для решения важных астрономических вопросов, таких как происхождение планет, звезд, Солнечной системы, квазаров и активных галактик. Судя по всему, будущие разработки в телескопостроении обещают быть поистине грандиозными. Уже сейчас предлагаются проекты 50- и 100-метровых телескопов, оснащенных самой современной приемно-регистрирующей аппаратурой, способной обеспечить качество наблюдений, о котором сейчас можно только мечтать.
Очень большой телескоп
Совместный проект восьми европейских стран, названный Очень большой телескоп (VLT), также близок к завершению. Его основной идеей стало создание четырех однотипных телескопов с диаметром главного зеркала 8,2 м и установка их в одном месте с максимально благоприятным астроклиматом. Каждый из них может работать как в автономном режиме, так и в комбинации с другими телескопами, обеспечивая в этом случае собирательную способность 16-метрового телескопа. Эти телескопы имеют цельные зеркала из особого сорта стекла, их толщина всего 175 мм, поэтому специально для них была разработана сложная система разгрузки. В перспективе эти телескопы будут работать в режиме интерферометра для получения высокого разрешения.
Общий вид механической структуры, приводящей в движение зеркало телескопа YEPUN.
Телескопы кека
Первыми «ласточками» нового поколения больших телескопов стали два 10-метровых близнеца для оптических инфракрасных наблюдений, получивших имя «Кек». Они появились на свет благодаря помощи фонда У. Кека, предоставившего 140 000 долларов на их строительство. Размером с восьмиэтажный дом и весом 300 тонн, они работают с высокой точностью. В «сердце» каждого из них — главное зеркало диаметром 10 м, состоящее из 36 шестиугольных сегментов, работающих как одно отражательное зеркало. Они установлены в одном из лучших на Земле мест для астрономических наблюдений — на Гаваях, на склоне потухшего вулкана Мануа Кеа высотой 4 200 м. К 2002 году эти два телескопа, расположенных на расстоянии 85 м друг от друга, смогут работать в режиме интерферометра, давая такое же угловое разрешение, как 85-метровый телескоп. Дело в том, что зеркало телескопа имеет две характеристики. Первая из них — светособирающая способность, пропорциональная площади зеркала, вторая — способность зеркала разделять или разрешать малые объекты, называемая угловым разрешением и пропорциональная диаметру зеркала. Если убрать из зеркала некоторую часть, то его собирательная способность резко упадет, а угловое разрешение останется тем же, что и при целом зеркале. Это и позволяет использовать два телескопа «Кек», как два кусочка большого 85-метрового зеркала. Для улучшения качества изображения эта система будет дополнена еще четырьмя телескопами с диаметром зеркала 1,8 метра.
Зеркально-линзовый телескоп
История зеркально-линзовых телескопов не столь богата, как история рефракторов и рефлекторов, и восходит к 1930 году, когда эстонский оптик, сотрудник Гамбургской обсерватории Барнхард Шмидт предложил зеркально-линзовую систему, состоящую из сферического зеркала и прозрачной коррекционной пластины, поставленной в центре его кривизны. Эта пластина имеет сложную асферическую поверхность, позволяющую устранять аберрации сферического зеркала и получать как можно большее поле зрения.
Фотографическая камера Шмидта имела единственную аберрацию — кривизну поля. Причем, чем больше светосила камеры, тем лучше изображение и тем больше неискаженное поле зрения!
Телескопы Шмидта и сейчас применяются в качестве инструментов для широкоугольного обзора неба, один из них до сих пор успешно работает на Паломарской обсерватории с 1948 года.
В 1935-м Франклин Райт расположил пластину относительно зеркала так, что поле зрения стало плоским, хотя светосила и поле зрения уменьшились по сравнению с камерой Шмидта. Причем камера Райта может быть и фотографической, и визуальной.
