Если угол зрения настолько мал, что лучи от двух краев предмета попадают на одну и ту же колбочку или палочку, этот предмет мы воспримем как точку без каких-либо подробностей. Зная, что поперечник колбочек и палочек близок к 0,004 мм, а фокусное расстояние хрусталика около 23 мм, нетрудно подсчитать, что предельный угол зрения, при котором глаз может различить форму предмета, а значит, и увидеть в отдельности две тесно расположенные звезды, близок к одной минуте дуги. Под таким углом мы увидели бы типографскую точку на этой странице с расстояния трех с половиной метров.
Конечно, указанная величина есть величина средняя, верная для нормального глаза. Наблюдаются уклонения как в ту, так и в другую сторону. Однако и для самого зоркого глаза звезды всегда выглядят точками — их реальные диаметры видны с Земли под углами, гораздо меньшими одной минуты дуги.
Роль оптических средств, употребляемых астрономами при изучении Вселенной, заключается, в сущности, в усовершенствовании нашего зрения, в преодолении недостатков человеческого глаза.
Как бинокль, так и телескоп прежде всего в двух отношениях превосходят глаз — они собирают больше света и позволяют наблюдать небесные тела под гораздо большим углом зрения.
Для знакомства с достопримечательностями созвездий из различных биноклей наиболее пригодны призменные.
Что касается театральных биноклей, то их оптические качества несравненно ниже и астрономические наблюдения с ними весьма ограничены.
В призменных биноклях обе половины бинокля соединены осью, поворот вокруг которой изменяет расстояние между окулярами. Перед наблюдениями надо установить бинокль так, чтобы расстояние между оптическими осями его окуляров было равно расстоянию между глазами наблюдателя.
Мы не будем касаться подробностей устройства биноклей, отсылая интересующихся к прекрасной и единственной в своем роде книге М.Е. Набокова. Отметим лишь те качества биноклей, которые будут существенными для намеченных нами астрономических наблюдений.
Советская оптическая промышленность выпускает призменные бинокли нескольких типов. Наиболее доступен и часто встречается в продаже шестикратный бинокль с диаметром объектива 30 мм. Теоретически такой бинокль собирает света в 36 раз больше, чем человеческий глаз. В темную ночь при хороших атмосферных условиях в него удается разглядеть звезды до 10m. Иначе говоря, на всем звездном небе с помощью этого бинокля можно увидеть около полумиллиона звезд!
Увеличивает бинокль и разрешающую способность человеческого зрения — в тот же шестикратный бинокль удается различить в отдельности звезды, если на небе расстояние между ними не меньше 7,5 секунды дуги. Правда, эта величина — предельная.
Практически разрешающая способность оптических инструментов зависит и от атмосферных условий, и от разности в блеске наблюдаемых тесно расположенных звезд, и от других причин. Благодаря им фактическая разрешающая способность инструмента всегда ниже теоретической.
При наблюдениях в бинокль или телескоп поле зрения имеет форму круга. Угловой поперечник этого круга у разных инструментов различен, а у одного и того же инструмента зависит от применяемого увеличения: чем больше увеличение, тем меньше поле зрения.
В советских шестикратных призменных биноклях диаметр поля зрения равен 8,5 градуса, что в 17 раз превосходит видимые угловые поперечники Луны или Солнца.
Встречаются в продаже и восьмикратные призменные бинокли с диаметром объектива 30 мм, и десятикратные бинокли с объективом 50 мм. Последние являются отличными инструментами для общего изучения звездного неба.
Если при астрономических наблюдениях держать бинокль в руках, результаты получаются плохие. Руки быстро устают, начинают дрожать и наблюдатель увидит прыгающие изображения звезд. Чтобы избежать этого, непременно сделайте штатив для бинокля. Без опоры или установки астрономические наблюдения с биноклем почти полностью обесцениваются.
Несмотря на большие преимущества бинокля по сравнению с не-вооруженным глазом, главным инструментом при изучении достопримечательностей созвездий все же следует считать телескоп. В последние годы советская оптическая промышленность стала выпускать недорогие и хорошие по качеству телескопы. Их можно приобрести в магазинах наглядных пособий Главучтехпрома и они вполне удовлетворяют запросы рядового любителя астрономии. По этим причинам мы не будем описывать устройство небольших современных телескопов заграничных марок (например, Народного предприятия Цейс) или телескопов дореволюционного выпуска, иногда попадающих в руки астронома-любителя. Заметим лишь, что те из читателей, которым не удастся приобрести настоящий телескоп заводского изготовления, могут при достаточном усердии сами построить себе довольно хороший самодельный телескоп-рефлектор.
Итак, речь пойдет об изредка появляющихся в продаже так называемых школьных телескопах. Самый простой из них — это телескоп-рефрактор с диаметром объектива 60 мм. Он снабжен двумя окулярами с увеличением 32 и 64 раза и укреплен на так называемой азимутальной головке, позволяющей ему вращаться вокруг двух взаимно перпендикулярных осей — горизонтальной и вертикальной.
Так как при движении светил по небосводу одновременно меняются и их угловая высота над горизонтом и их азимут, азимутальная установка обладает существенным недостатком: приходится все время подправлять телескоп сразу по двум направлениям — и по высоте и по азимуту.
Малый школьный рефрактор — назовем так этот телескоп — позволяет наблюдать звезды до 11m и различать в отдельности две звезды, если угловое расстояние между ними не меньше 2,4 секунды дуги. Гораздо совершеннее школьный менисковый телескоп системы Д.Д.Максутова. В чем преимущества этой системы телескопов перед обычными телескопами-рефракторами?
В телескопе-рефракторе объективом служит положительная, собирательная линза или система из двух линз, действующая совместно, как одна собирательная линза. Объектив, собирая лучи от небесного тела, дает его изображение в так называемой фокальной плоскости. Это изображение рассматривается через сильно увеличивающую сложную лупу, называемую окуляром.
И объектив, и окуляр телескопа имеют определенные фокусные расстояния (так называют расстояния от этих линз до даваемых ими четких изображений далеких предметов). Можно легко доказать, что увеличение телескопа равно отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра. Так, например, если фокусное расстояние объектива равно 1 м, а фокусное расстояние окуляра 1 см, то телескоп будет увеличивать ровно в 100 раз. Иначе говоря, в такой телескоп все небесные светила мы увидим под углом в сто раз большим, чем невооруженным глазом.
В телескопе-рефлекторе объективом служит вогнутое параболическое зеркало. Даваемое им изображение светила обычно отражается с помощью зеркала или призмы в боковой окуляр, укрепленный на тубусе (трубе) рефлектора. Бывают и такие рефлекторы, в главном зеркале которых сделано отверстие для окуляра. При всех достоинствах рефракторов и рефлекторов они обладают существенными недостатками. Их оптические части (линзы и зеркала) вносят в изображение небесных тел искажения, которые называются аберрациями. Из них главными являются сферическая и хроматическая аберрации.
Краевые части собирательной линзы преломляют световые лучи параллельного пучка сильнее, чем ее центральные части. Из-за этого точка схождения «краевых» лучей — их фокус — расположена ближе к линзе, чем фокус «центральных» лучей. В этом заключается сферическая аберрация, которая проявляется в размытости даваемых линзой изображений. Точнее говоря, из-за сферической аберрации или края изображения бывают размытыми (не «в фокусе»), или его центральные части. Достичь же одинаковой четкости изображения во всех его частях не удается.
Иной характер носит хроматическая аберрация. Она выражается в том, что лучи разного цвета преломляются линзой по-разному — фиолетовые, например, сильнее, чем красные. Из-за этого изображение небесного светила выглядит окрашенным в радужные цвета, что, конечно, также мешает наблюдениям.