Wielkie teleskopy przeszłości

Astronomowie, zarówno zawodowi i amatorzy, którzy żyli 200 lat temu, nie mieli takich możliwości zakupu teleskopu, którymi cieszymy się dzisiaj. O wiele łatwiej było zdobyć niewielkie lunety niż poważne instrumenty astronomiczne. Tylko nieliczne firmy, które wówczas istniały, prawie wyłącznie zlokalizowane w Europie, budowały dobre (i odpowiednio drogie) teleskopy. Większość sprzedawanych instrumentów to refraktory, ponieważ w tamtych czasach producenci soczewek wytwarzali lepsze produkty niż producenci luster.

Teleskop jest bardziej odkryciem rzemieślników optycznych niż naukowców. Soczewka i właściwości załamywania i odbijania światła były znane od starożytności, a teoria ich działania została opracowana przez starożytnych filozofów greckich, zachowana i rozwinięta w średniowiecznym świecie islamskim i osiągnęła zaawansowany stan do czasu wynalezienia teleskopu we wczesnej, nowożytnej Europie. Jednak najważniejszym krokiem wymienionym w wynalezieniu teleskopu był rozwój produkcji soczewek do okularów, najpierw w Wenecji i Florencji, a później w Holandii i w Niemczech. To właśnie w Holandii w 1608 roku pojawiły się pierwsze dokumenty opisujące załamujący teleskop optyczny w formie patentu złożonego przez producenta okularów Hansa Lippersheya, a kilka tygodni później oświadczenia Jacoba Metiusa i trzeciego nieznanego wnioskodawcy, jakoby również wiedział o tej „sztuce”.

Wieść o wynalazku rozeszła się szybko i Galileusz, słysząc o urządzeniu, w ciągu roku stworzył własne ulepszone projekty i jako pierwszy opublikował wyniki obserwacji astronomicznych wykonanych z pomocą teleskopu. Teleskop Galileusza wykorzystywał wypukłą soczewkę obiektywu i wklęsłą soczewkę okularu. Projekt do tej pory określamy teleskopem Galileusza. Johannes Kepler zaproponował ulepszenie, w którym wykorzystano okular wypukły, często nazywany Teleskopem Keplera.

Kolejnym dużym krokiem w rozwoju refraktorów było pojawienie się soczewki achromatycznej w połowie XVIII wieku, która korygowała aberrację chromatyczną – pozwalając na znacznie krótsze instrumenty z dużo większymi obiektywami.

Achro i Apo

Najsłynniejszym angielskim optykiem tamtych czasów (oprócz Herschela, ale o tym później) był niewątpliwie John Dollond. Określił on konkretne typy i kombinacje szkła, które dzięki swoim właściwościom optycznym miały poprawić obrazy otrzymywane za pomocą teleskopów soczewkowych. Szybko odkrycie to opatentował i tak powstał „achromatyczny” refraktor, w którym Dollond połączył soczewki ze szkła kronowego i krzemowego, co zmniejszyło kolorowe prążki aberracji chromatycznej, widoczne we wcześniejszych instrumentach.

Firma Dollonda rozpoczęła komercyjną produkcję achromatów w 1758 roku. Pięć lat później, jego syn, Peter, który przejął stery firmy po śmierci ojca, udoskonalił konstrukcję optyczną, dodając trzeci element do obiektywu. Firma w innowacyjny sposób wprowadziła na rynek „potrójny achromat”, ale w rzeczywistości był to pierwszy obiektyw apochromatyczny. Taka optyka sprawia, że ​​kolorowe obwódki stały się praktycznie niewykrywalne.

Zgodnie z warunkami patentu Dollonda, tylko jego firma mogła komercyjnie produkować achromatyczne refraktory. Wraz z wygaśnięciem patentu w 1772 roku, na scenę wkroczyły inne firmy, produkujące achromatyczne refraktory w bardziej rozsądnych cenach.

Ameryka w natarciu

Po drugiej stronie Atlantyku, Henry Fitz stał się jednym z pierwszych amerykańskich producentów teleskopów komercyjnych. W 1845 roku skonstruował wysokiej jakości 6-calowy refraktor. Za pieniądze, które zarobił, organizując publiczne pokazy gwiazd, założył firmę produkującą teleskopy. Firma Fitza sprzedawała refraktory od 1848 roku do koncówki lat 60-tych XIX wieku, nawet kilka po jego śmierci w 1863 roku. Astronomowie uznali te instrumenty za jedne z najlepszych dostępnych. Soczewki wypadły bardzo korzystnie w porównaniu z tymi, które były wtedy produkowane w Europie, co ma sens, ponieważ Fitz właśnie na starym kontynencie nauczył się swoich technik.

Od 1840 do 1855 roku Fitz wyprodukował 80 procent wszystkich teleskopów astronomicznych sprzedawanych wówczas w Stanach Zjednoczonych. Jego mniejsze refraktory (te z soczewkami o średnicy 4 cali lub mniejszej) charakteryzowały się pięknymi drewnianymi tubusami i są dziś uważane za wysoce pożądane i kolekcjonerskie. Jednak Fitz stworzył także kilka dużych refraktorów – w sumie 30 sztuk z soczewkami o średnicy od 6 do 16 cali. Niektóre z jego bardziej znanych obejmują 8-calowy dla South Carolina College w 1851 roku; 9,75-calowy dla West Point w 1856 roku i 13-calowy dla Stowarzyszenia Allegheny Telescope w Pittsburghu w 1861 roku.

Ten ostatni posiada ciekawą historię. W 1872 roku ktoś ukradł obiektyw z teleskopu, który był wówczas głównym instrumentem w Obserwatorium Allegheny. Następnie złodziej poinformował placówkę, że soczewka jest przetrzymywana dla okupu. Samuel Pierpont Langley, pierwszy dyrektor placówki, nie zdołał wynegocjować zwrotu.

Po kilku miesiącach obiektyw pojawił się w hotelowym koszu na śmieci w Beaver Falls w Pensylwanii, mocno zarysowany. Langley zwrócił się do firmy Alvan Clark & ​​Sons o przerobienie soczewki, ponieważ Fitz zmarł jakieś dziewięć lat wcześniej. Przerobiony obiektyw zapewniał obrazy o wyższej jakości niż oryginał Fitza, więc nieprzyjemna historia paradoksalnie doprowadziła do powstania lepszego teleskopu.

Artyści optyki

W 1846 roku, kilka lat po tym, jak Fitz założył swoją firmę, Alvan Clark założył Alvan Clark & ​​Sons w Cambridgeport w stanie Massachusetts. Jak sugeruje nazwa firmy, do przedsięwzięcia dołączyli jego dwaj synowie, George Bassett Clark i Alvan Graham Clark. Rodzina Clarków niewątpliwie zalicza się do najbardziej znanych amerykańskich producentów teleskopów. Często określani jako „artyści optyki”, wyprodukowali wysokiej jakości refraktory w różnych rozmiarach, pożądanych zarówno przez profesjonalistów, jak i amatorów.

Nie tylko ich optyka była doskonała, ale montaż i konstrukcja tuby optycznej były znakomite, demonstrując jeden z najlepszych kunsztów tamtej epoki (wystarczy spojrzeć na zdjęcie). Clarkowie byli wielokrotnie wzywani do budowy większych teleskopów. Firma pięciokrotnie konstruowała największy refraktor na świecie. Punktem kulminacyjnym było zaprojektowanie i zbudowanie wciąż największego refraktora na świecie: 40-calowego w Yerkes Observatory w Williams Bay w stanie Wisconsin.

Refraktory Clarka z tamtej epoki wiążą się z wieloma ciekawymi historiami i odkryciami z nimi związanymi. Asaph Hall, astronom z Obserwatorium Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych, użył 26-calowego refraktora Clarka do odkrycia dwóch księżyców Marsa w sierpniu 1877 roku. Ponieważ Mars był zbyt jasny, Hall trzymał Czerwoną Planetę tuż poza polem widzenia, co pozwoliło najpierw dostrzec zewnętrzny księżyc (Deimos), a następnie wewnętrzny księżyc (Fobos).

Inna opowieść dotyczy bogatego mieszkańca Bostonu – Percivala Lowella, którego zainteresowanie astronomią, a zwłaszcza Marsem, doprowadziło do Flagstaff w Arizonie, gdzie w 1894 roku zbudował obserwatorium. 24-calowy refraktor Clarka, wciąż używany do obserwacji publicznych, był głównym instrumentem, którego Lowell i jego pracownicy używali do badania Marsa, skupiając się na legendarnych „kanałach”.

Jak już zostało wspomniane, ukoronowaniem osiągnięć Alvan Clark & ​​Sons jest 40-calowy refraktor w Yerkes Observatory. Yerkes zostało założone w 1897 roku przez astronoma George’a Ellery Hale’a i sfinansowane przez przedsiębiorcę Charlesa Yerkesa. Hale na początku swoich poszukiwań coraz większych teleskopów założył Yerkes jako część University of Chicago. Astronomowie prowadzili tam przez lata znaczące badania, a do dziś obserwatorium znane jest z zarówno formalnej edukacji, jak i popularyzacji astronomii.

Przełom wieków, wiek przełomów

Z przełomem XIX i XX wieku na scenie zaczęli pojawiać się inni producenci teleskopów, w szczególności John Brashear. Chociaż astronomią zainteresował się jako dziecko patrząc przez teleskop na Księżyc i Saturna, Brashear rozpoczął swoją karierę jako znakomity mechanik. Nie było go stać na zakup teleskopu, więc stworzył własny, rozpoczynając tym samym drogę do założenia firmy John A. Brashear Company.

Od około 1880 roku wujek John (jak go nazywano), stał się wybitny w produkcji nie tylko teleskopów, ale także innych instrumentów. Jego eksperymenty doprowadziły również do opracowania nowej metody powlekania srebra na szkle, techniki dominującej aż do wprowadzenia procesu powlekania próżniowego w 1932 roku.

Wśród innych lunet Brasheara trzeba wyróżnić 30-calowy refraktor „Thaw” w Obserwatorium Allegheny, który został ukończony około 1914 roku i jest nadal w użyciu. Z kolei 20-calowy refraktor Brashear na montażu Warner & Swasey, pierwotnie zainstalowany w 1914 roku, jest głównym urządzeniem Chabot Space & Science Center w Oakland w Kalifornii, a teleskop „Rachel” został odnowiony w 2000 roku i przeniesiony w lepsze miejsce.

W tej epoce w Europie pojawiły się inne wielkie refraktory i każdy z nich przyczynił się do poprawy technologii wytwarzania sprzętu optycznego. Obejmowały one 28-calowy refraktor Grubba należący do Royal Greenwich Observatory, który zaczął działać w 1893 roku; refraktory 32,7-calowe i 24,4-calowe w Obserwatorium Paryskim (1891); oraz 31,5-calowe i 19,7-calowe refraktory w Obserwatorium Astrofizycznym w Poczdamie, Niemcy (1899).

Lustereczko powiedz przecie…

W erze wielkich refraktorów projektanci i inżynierowie również czynili powolne, ale stałe postępy w technikach budowy dużych teleskopów zwierciadlanych. Głównym problemem były zwierciadła główne, które wykonywane były z mieszanki miedzi i cyny o fatalnym współczynniku odbicia światła wynoszącym około 68 procent. Już w 1668 roku Izaak Newton zbudował swój pierwszy teleskop zwierciadlany właśnie na bazie lustra z cyny i miedzi jako najbardziej odpowiedniego znanego mu materiału. Lustra takie jednak oprócz przeciętnych właściwości optycznych, wymagały również ponownego polerowania i odnawiania co kilka miesięcy, ponieważ matowiały w kontakcie z powietrzem, co dodatkowo zmniejszało współczynnik odbicia.

Być może dwoma najbardziej znanych wielkich teleskopów zwierciadlanych, były te autorstwa Sir Williama Herschela i Williama Parsonsa. „40-stopowy teleskop” Herschela, 49,5-calowy reflektor, ujrzał pierwsze światło w 1787 roku. Prawdziwy gigant tamtych czasów pozwolił Herschelowi dokonać wielu wcześniej niemożliwych obserwacji. Zapisy pokazują, że był trudny w użyciu, a pogoda rzadko pozwalała na skuteczne obserwacje. Ostatni raz ujrzał światło w 1815 roku.

„Lewiatan z Parsonstown” w Irlandii to ówczesny gigant z 72-calowym teleskopem zwierciadlanym wykonanym przez Williama Parsonsa, trzeciego hrabiego Rosse. Pierwsze światło ujrzało w 1845 roku i był największym teleskopem na świecie, aż do otwarcia w 1917 roku na Mount Wilson 100-calowego Teleskopu Hookera. W latach 70. XIX wieku John Dreyer używał teleskopu, przy opracowywaniu New General Catalog (katalog NGC). Demontoważ Lewiatana rozpoczął się w 1908 roku, a 6 lat później przeniesiono jedno z dwóch głównych luster Parsonsa do Muzeum Nauki w Londynie, gdzie można podziwiać go do dziś.

Postęp w materiale używanym do produkcji zwierciadeł w reflektorach, skłonił Hale’a (który widział produkcję 40-calowego teleskopu Yerkesa aż do jego ukończenia), aby ponownie wysunąć się na prowadzenie w konstrukcji dużych teleskopów. Saint-Gobain, francuska firma zajmująca się obróbką szkła, odlała 60-calowy półfabrykat lustra, który zamówił William Hale, ojciec George’a. Po zapewnieniu funduszy z Carnegie Institution, w 1904 roku rozpoczęto na poważnie budowę nowego teleskopu.
Hale wybrał Mount Wilson, szczyt o wysokości 1740 metrów n.p.m., w górach San Gabriel, na północny wschód od Los Angeles. Miejsce to pozostaje do dziś wysokiej jakości miejscówką obserwacyjną ze względu na specyficzny i stały przepływ powietrza. 60-calowy gigant z pokrytą srebrem powierzchnią, ujrzał pierwsze światło w 1908 roku i do dziś (już z aluminiową powłoką na lustrze) jest używany.

Jednak Hale już wtedy myślał o jeszcze większym teleskopie. Przekonał Johna Hookera, by zapłacił za lustro, a Andrew Carnegie, by sfinansował obserwatorium i konstrukcję teleskopu. Ponownie wybrano firmę Saint-Gobain, tym razem do wykonania 100-calowego półfabrykatu lustra, co okazało się niełatwym zadaniem. 100-calowy teleskop został oddany do użytku pod koniec 1917 roku i stał się przyczynkiem wielu poważnych odkryć, takich jak rozpoznanie „mgławicy w Andromedzie” jako galaktyki przez Edwina Hubble’a w 1923 roku, oraz późniejszych odkryć Hubble’a wraz z Miltonem Humasonem z 1929 roku, dotyczących rozszerzania się Wszechświata i pomiarów tempa tej ekspansji. Podobnie jak poprzedni teleskop Hale’a, teleskop Hookera do dnia dzisiejszego jest przeznaczony do użytku publicznego.

Ambicje Hale’a sięgały jednak jeszcze dalej i ponownie pokierował wysiłkiem zbudowania kolejnego bijącego rekordy teleskopu, już czwartego w swojej karierze. Hale napisał artykuł do magazynu Harper’s Magazine w kwietniu 1928 roku, zatytułowany „Możliwości dużych teleskopów”. Był to początek 200-calowego reflektora na górze Palomar w hrabstwie San Diego w Kalifornii. Za pośrednictwem Kalifornijskiego Instytutu Technologii i dzięki finansowaniu z Fundacji Rockefellera w 1928 roku, rozpoczęto prace nad lustrem, teleskopem i obserwatorium. Półfabrykat pyrexowego lustra o niskiej rozszerzalności, wykonany przez Corning Glass Works, był znacznie lepszy od szkła używanego w 100-calowym teleskopie. Niestety, Hale zmarł w 1938 roku, przed ukończeniem teleskopu. Jednak prace były kontynuowane, choć spowolnione przez kilka wyzwań, w szczególności problemów związanych z II wojną światową. Wreszcie 26 stycznia 1949 roku, Edwin Hubble miał zaszczyt wykonania pierwszego zdjęcia za pomocą nowego instrumentu.

Z biegiem XX wieku pojawiło się wiele dużych reflektorów, z których pierwszym był Wielki Teleskop Atazymutowy Związku Radzieckiego w 1975 roku. Jeszcze większe, bardziej złożone teleskopy pokrywają dzisiejszy krajobraz astronomiczny, w tym gigantyczny 409-calowy Gran Telescopio Canarias i oczywiście, teleskopy kosmiczne, takie jak Teleskop Hubble’a oraz – miejmy nadzieję, że już wkrótce – Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.

W miarę jak teleskopy stają się coraz większe i bardziej wyrafinowane, na naszą wdzięczność i szacunek zasługują pionierzy, tacy jak Henry Fitz, Alvan Clark, John Brashear czy George Ellery Hale, którzy otworzyli nam na oścież okno na wszechświat.

---

• https://astronomy.com/magazine/2019/08/great-telescopes-of-the–past
• https://books.google.co.uk/books?id=2LZZginzib4C

544 views