Существовал очевидный механический предел целесообразности увеличения длины телескопов в целях ослабления аберрации. Как бы ни были хороши линзы Гюйгенса, даже его телескопы-рефракторы 1660‐х гг. практически достигли указанного предела в условиях отсутствия ахроматических линз. Например, Уильям Дерем взял во временное пользование 123-футовую объективную линзу, но нашел ее крайне непрактичной. Многие люди, компетентные в математической оптике, время от времени обращались к изучению проблемы ложного цвета телескопических изображений, но мало чего добились. Существовало расхожее мнение, что Исаак Ньютон доказал невозможность существования такой комбинации линз, которая позволила бы избежать ложного окрашивания. Со временем его репутация становилась все более весомой, поэтому данное его убеждение (так ли это было на самом деле или нет – в данном случае неважно) сильно затормозило разработку ахроматических линз. Человеческий глаз, ошибочно считавшийся совершенным в этом отношении, согласно утверждениям некоторых, является живым доказательством возможности существования ахроматических линз. Английский землевладелец, адвокат и оптик-любитель Честер Мур Холл обнаружил (после серии экспериментов, описание которых он не опубликовал), что ахроматическую комбинацию можно получить посредством совместного использования различных типов стекла (кронгласа и флинтгласа). Он осуществил детальную проработку этого открытия в период 1729–1733 гг. и передал работу по изготовлению первых ахроматических линз профессионалам на подрядной основе. Первую из них изготовил Джордж Басс в 1733 г., и у Холла примерно в это же время имелось по меньшей мере два ахроматических телескопа. В середине 1750‐х гг. он рассказал о своих достижениях хорошо известному английскому мастеру по изготовлению инструментов Джону Доллонду. Эйлер тоже рассматривал такую возможность и направил Доллонду несколько писем с просьбой поэкспериментировать в этом направлении.

В 1754 г. шведский физик Сэмюэль Клингенстерн опубликовал собственное теоретическое изложение этого вопроса и послал его Доллонду, но не удостоился упоминания в отчете об исследовании, проведенном самим Доллондом, опубликованном в 1758 г. Рассерженный этим обстоятельством Клингенстерн опубликовал в 1760 г. работу, в которой изложил все, что было известно на тот момент о системах линз, позволявших избежать хроматических и сферических искажений, – произведение, ставшее крайне важным для последующих изготовителей больших астрономических телескопов. Однако начало коммерческому производству ахроматических линз положил Доллонд. Дания – не близкий край, но патент есть патент. Позже Доллонд подвергся преследованию со стороны торговцев-конкурентов, утверждавших, что право на приоритет принадлежит Холлу, но сам Холл оставался в стороне от этой полемики, и судья постановил: тот, кто первым ставит изобретение на службу обществу, должен получать за это вознаграждение. Это разительно контрастировало со случаем Ханса Липперсгея.

Для достижения высокой кратности без сферических искажений или ложного окрашивания изображения у рефракторов XVII в. сохранялись небольшие апертуры, а фокусные расстояния все более и более увеличивались, в результате чего получались чрезвычайно длинные телескопы, зачастую вовсе без трубы. Например, Гевелий построил в Данциге 46‐метровый телескоп (ил. 160). Как уже упоминалось в связи с исследованием Сатурна, у Гюйгенса был 37‐метровый инструмент. Вместо трубы в нем использовались канаты, распределенные по длине планки, соединяющей объектив с окуляром. При натягивании троса объектив, подвешенный на карданном шарнире, расположенном на верхушке высокого столба, поворачивался в нужном направлении. Вскоре Гюйгенс обнаружил неприятную особенность всех подобных телескопов: изображение сильно искажалось в результате воздействия воздушных течений. Благодаря усилиям Холла, Клингенстерна и Доллонда все эти малоудовлетворительные «воздушные телескопы» отошли в прошлое.

Во Франции Алексис Клеро ввел упрощение в ахроматические линзовые системы, сократив количество линз в системе Доллонда с трех до двух при условии идеально тесного контакта между ними. Несколько парижских оптиков сумели добиться этого в 1763 г., после чего эта комбинация линз стала наиболее распространенной. В 1765 г. сын Доллонда Питер передал во временное пользование их первый ахроматический телескоп королевскому астроному Маскелайну; результаты были настолько впечатляющими, что Доллонды сколотили на этом целое состояние. Как выяснилось, можно сократить и другие типы аберраций, заставив линзы совместно участвовать в преломлении и избегая, например, таких ситуаций, когда свет, попадающий в телескоп, встречается с плоской поверхностью. В общем, качественное улучшение объективных линз гарантировало рефракторам долгую историю, а составные окуляры способствовали ее продлению посредством значительного увеличения кратности. С другой стороны, светосила зависит от апертуры, и линзы быстро достигли пределов, диктуемых технологией того времени. Нужно было искать что-то новое, и это новое появилось в виде отражающих телескопов.

Шотландский математик и астроном Джеймс Грегори создал конструкцию такого телескопа и опубликовал ее детальное описание уже в 1663 г. Принцип его работы заключался в использовании параболического зеркала, которое отражало лучи от удаленного объекта в обратном направлении на небольшое вторичное вогнутое зеркало, немного отстоящее от основного фокуса. Вторично отраженные от него лучи проходили узким пучком через отверстие в центре главного зеркала и попадали сначала на плосковыпуклую окулярную линзу, а затем – в глаз. Исходная схема была более совершенной: в первоначальном варианте телескопа Грегори использовалось не сферическое, а эллипсоидное вторичное зеркало с двумя фокусами. Планировалось, что главное зеркало будет создавать первичное изображение в одном из фокусов эллипсоида, после чего вторичное зеркало переместит изображение в другой фокус, совпадающий с фокусом окулярной линзы. (При условии что световые лучи, поступающие от удаленного объекта, будут идти параллельно; см. ил. 161.) На самом деле, эта задумка предъявляла слишком завышенные требования к уровню мастерства ремесленников того времени. Грегори заказал лондонскому оптику Ричарду Риву изготовить телескоп собственной конструкции с фокусным расстоянием в шесть футов. Еще задолго до этого, работая вместе с математиком Джоном Пеллом, Рив пытался изготавливать несферические, а именно – гиперболические линзы, за которые ратовал Декарт. (Считается, что это удалось сделать Иоганну Визелю из Германии, но без какого-либо практического применения.) Однако Риву так ни разу и не удалось добиться того, чего от него требовалось. Грегори остался недоволен заменой вторичного сферического зеркала и оставил эти попытки. Когда около 1668 г. изучением этой проблемы занялся Исаак Ньютон, он остановил свой выбор на гораздо менее претенциозной конструкции, использовав плоское зеркало, установленное непосредственно перед первым фокусом для отражения сходящихся лучей вбок за пределы главной трубы, которые затем попадали в окуляр (ил. 162). Считается, что небольшой рефлектор конструкции Ньютона был подарен Королевскому обществу в 1672 г. и по сей день остается в его собственности. Его компактное устройство – всего лишь около 20 сантиметров в длину – и отсутствие аберраций, благодаря чему впоследствии предпочтение было отдано именно рефлекторам, оказались главными его достоинствами. Его основной недостаток – малая отражательная способность, свойственная зеркалам того времени. При изготовлении своих зеркал Ньютон напряженно работал над созданием сильноотражающего сплава, металла «спекулум», и этот сплав широко использовался в течение следующих двух столетий.

Конструкцию, очень похожую на телескоп Грегори, но на сей раз использующую выпуклое зеркало, расположенное внутри главного фокуса, анонсировал француз по имени Кассегрен – человек, о котором мы знаем очень мало. Эти отличающиеся друг от друга оптические системы быстро распространились по всей Европе, например они были опубликованы в «Философских трудах» Королевского общества (ил. 161 и 162). Королевское общество проявило особую заинтересованность в улучшении качества телескопов и других научных инструментов и долго придерживалось этой позиции, в результате чего спустя некоторое время Лондон стал торговым центром подобного рода изделий. Одним из наиболее знаменитых мастеров стал Джеймс Шорт, обосновавшийся в Лондоне уроженец Эдинбурга. Он был астрономом, хотя и не очень известным, а также специалистом по изготовлению больших и очень точно выверенных зеркал. Сначала он делал их из стекла, а затем – из металла «спекулум». Шорт изготовил не менее 1370 рефлекторов, и более ста из них сохранились по сей день. Его инструменты пользовались громадным спросом по всей Европе. Переносной экваториальный инструмент, сделанный им для принца Оранского (ил. 163), не только был из разряда тех вещей, которые следовало иметь каждому джентльмену с претензией на интеллектуальность, но и обладал одной интересной особенностью, совмещая в себе рефлектор Грегори с одной из разновидностей монтировок, используемых для торкветума (ил. 103 в главе 10). Он производил свои наблюдения с помощью инструмента с фокусным расстоянием около 1,5 метра. Большинство его рефлекторов обладало существенно меньшими размерами, но фокусное расстояние одного из них достигало 3,6 метра.

Четвертый классический тип рефлектора отличался простотой. Его конструкция, используемая Уильямом Гершелем, состояла только из немного наклоненного главного зеркала, в которое можно было смотреть напрямую через окуляр, прикрепленный к краю открытой трубы. Это снимало необходимость использования промежуточного отражения и таким образом снижало потерю света на вторичном зеркале. Именно с помощью этого инструмента Гершель открыл в 1787 г. два спутника Урана – Титанию и Оберон.

После того как Доллонд наладил промышленное производство ахроматических линз, астрономы на какое-то время перестали интересоваться рефлекторами. Отражающие зеркала отличались хрупкостью, легко окислялись, а точность шлифовки и полировки требовалось обеспечивать более сложными средствами, чем для поверхностей линз. Однако поразительные открытия, сделанные Гершелем с помощью его рефлекторов, опять привлекли внимание тех астрономов, главной заботой которых было не соблюдение точности измерений, а увеличение кратности и светосилы.