Расширяя границы Вселенной: История астрономии в задачах - Страница 7

2.9. Каково принципиальное отличие изображения звёздного неба в планетарии от реального звёздного неба?

2.10. Место, где регулярно проводятся наблюдения за небесными светилами, называется астрономической обсерваторией. Всегда ли астрономические обсерватории имели традиционные башни с куполами и соблюдается ли неуклонно этот «архитектурный стиль» сейчас?

2.11. Как известно, Галилей с помощью телескопа одним из первых открыл пятна на Солнце. Объясните, каким образом он мог наблюдать поверхность Солнца в свой телескоп, имевший в качестве окуляра отрицательную линзу. Существует версия, что к старости Галилей ослеп оттого, что смотрел на Солнце глазом в окуляр. Согласны ли вы, что для него это был единственный способ наблюдать солнечные пятна?

2.12. Основы теории простых оптических инструментов, применяемых в астрономии, разработал Кеплер. Однако в своих исследованиях он использовал закон преломления в приближённой форме α/β=п, где α — угол падения, β — угол преломления, n — относительный показатель преломления. Почему, несмотря на то, что Кеплер пользовался приближённым законом для диоптрических систем, он получил правильные результаты?

2.13. Какой принципиальный оптический недостаток объективов телескопов — рефракторов подтолкнул Исаака Ньютона к исследованиям, приведшим его в 1672 г. к открытию дисперсии света?

2.14. Почему телескопы- рефракторы конца XVII века имели огромную длину, достигавшую 64 метров?

К задаче 2.14. Телескоп — рефрактор Яна Гевелия (конец XVII века).

2.15. Почему «мода» на телескопы — рефракторы, продержавшаяся три столетия, сменилась в XX веке «модой» на телескопы — рефлекторы?

2.16. Борьба за размеры и качество телескопов — рефракторов и рефлекторов привела не только к победе рефлекторов, но и к специализации обоих видов телескопов для различных астрономических наблюдений.

Для каких видов наблюдений предпочтительны рефракторы, а для каких — рефлекторы?

2.17. Какое преимущество имеет труба Кеплера по сравнению с трубой Галилея при астрометрических измерениях?

2.18. Тихо Браге был основоположником точной астрометрии. Свои наблюдения он преимущественно проводил при помощи прибора, изображённого на рисунке в заголовке этого раздела. Как называется этот прибор? Как называется современный астрометрический прибор, выполняющий те же функции, что и прибор Тихо Браге?

К задаче 2.14. Телескоп — рефрактор конца XVII века.

2.19. Измерения положений небесных тел, сделанные Тихо Браге и Улугбеком, имели точность 1–2'. Примерно такую же точность дают современные компактные оптические угломерные инструменты — теодолиты. Каким образом астрономы той эпохи достигали относительно высокой точности угломерных измерений, не имея оптических приборов?

2.20. Все телескопы XVII‑XVIII вв. и многие крупные телескопы первой половины XIX в. имели альт-азимутальную монтировку, т. е. могли поворачиваться вокруг вертикальной и горизонтальной осей, причём их подвижность вокруг горизонтальной оси была весьма ограниченной: области неба вблизи горизонта и зенита были им, как правило, недоступны (вспомните, как выглядят телескопы Гевелия, Ньютона, Гершеля, Росса). Изобретение фотографии и начало её применения в астрономии потребовало длительного и точного ведения телескопа за избранным участком неба. Повсеместное распространение получила экваториальная монтировка, на которой телескоп может следить за звездой, вращаясь лишь вокруг одной, полярной оси. Различные модификации этой монтировки — немецкая, английская, вилочная, подковообразная — полностью вытеснили к концу XIX в. альт — азимутальную, которая сохранилась лишь у астрометрических пассажных инструментов. Однако в последние десятилетия XX в. альт- азимутальная монтировка неожиданно стала вновь широко использоваться. Почему?

2.21. Какое техническое приспособление, предложенное в первой половине XVII века, позволило существенно повысить точность астрометрических измерений без изменения параметров самого телескопа?

2.22. Наблюдатели, работавшие в XIX веке на крупных телескопах — рефракторах Ликской и Йеркской обсерваторий испытывали большие трудности при наблюдениях планетарных туманностей. Почему при фотографических наблюдениях нужно было заметно сдвигать пластинку для получения резкого изображения либо ядра, либо самой туманности?

2.23. Какие функции выполнял телескоп в XVII и XVIII веках и какую новую функцию он стал выполнять в XIX веке?

2.24. Почему Бернар Лио, изобретатель коронографа (инструмента, позволяющего наблюдать солнечную корону вне затмений), использовал для своего прибора в качестве объектива простую линзу, а не сложный ахроматический объектив? Как при этом была решена проблема хроматической аберрации?

2.25. Определить географическую долготу точки на Земле значительно сложнее, чем широту. Чтобы найти широту, достаточно измерить высоту полюса мира или высоту Солнца в момент его полуденной кульминации. А для определения долготы из астрономических наблюдений необходимы точные часы, хранящие время нулевого меридиана. Определив по таким часам, например, момент кульминации

Солнца в точке наблюдения, мы узнаём, на сколько часов в точке наблюдения полдень наступает раньше или позже, чем на нулевом меридиане, а значит, определим свою долготу.

Для определения долготы наземных пунктов пригодны часы не очень высокого качества, которые были созданы уже к концу XVII в. С ними можно было неоднократно путешествовать между пунктами наблюдения, определяя поправку часов и таким образом постепенно уточняя разницу долгот. Но гораздо большие трудности испытывали моряки, которым, чтобы не пройти мимо цели, например, небольшого острова или порта, требовалось определять долготу «с первого захода». Чтобы создать точные часы, выдерживающие правильный ход в течение нескольких месяцев, а то и лет, в условиях морской качки и смены температуры, потребовалось большое искусство механиков: хорошие морские хронометры были созданы лишь к концу XVIII века. Но до этого момента предлагались и другие способы определения долготы без использования часов на корабле.

Один из таких методов — «координатную службу» — предложили английские математики Уильям Уистон (1667–1752) и Хемфри Дит- тон (1675–1714). Для экономии средств предполагалось создать её не по всей акватории Мирового океана, а лишь вдоль важнейших торговых путей (Хауз, 1983, с. 61):

«В известных пунктах, расположенных на торговых путях, следовало поставить на якорь суда, оснащённые мортирами; каждую полночь по местному времени о. Тенерифе (через который, по мнению Уистона и Диттона, проходил нулевой меридиан) каждое судно должно было производить выстрел вертикально вверх трассирующим снарядом (или ракетой), видимым издалека, причём так, чтобы снаряд взрывался точно на высоте 6440 футов (около 2000 м). Чтобы установить своё местоположение, корабли должны в полночь следить за этими сигналами, а затем по компасу определять направление на сигнальное судно. Расстояние корабля от сигнального судна можно было определить, измерив время между моментом вспышки взорвавшегося снаряда и звуком орудийного выстрела или измерив высоту наивысшей точки траектории снаряда».

Заметьте, что в этом проекте есть немало общего с современной системой глобального позиционирования GPS, реализованной с помощью искусственных спутников Земли. Однако в то время такая система выглядела утопически. Убедитесь в этом сами: оцените количество заякоренных кораблей, которые могли бы обеспечить такую систему на трассе Лондон — Калькутта в обход Африки протяжённостью около 20 тыс. км.

2.26. Почему оптики в середине XIX в. (Штейгейль, 1856 г.; Фуко, 1857 г.) при изготовлении телескопов — рефлекторов перешли от металлических зеркал к стеклянным с тонким серебряным покрытием?