Параллактические измерения Бесселя утвердили профессиональных астрономов во мнении о преимуществе ахроматических рефракторов в сравнении с большими и неповоротливыми рефлекторами как инструментами для точных измерений. Одним из профессионалов, чья астрономическая репутация сопоставима с репутацией Бесселя, был Ф. Г. В. Струве, покинувший (как мы уже упоминали) в 1833 г. Дерпт, чтобы основать блистательную императорскую обсерваторию в Пулково, недалеко от Санкт-Петербурга. Пользуясь финансовой поддержкой царя Николая I, Струве получил возможность покровительствовать лучшим изготовителям инструментов.

Поскольку семья Струве дала науке не менее пяти астрономов (а некоторые из них были выдающимися), будет уместно упомянуть здесь об их родственных отношениях, поскольку их часто путают. Фридрих Георг Вильгельм был отцом Отто Вильгельма – не говоря о других его семнадцати детях от двух жен. Сыновья Отто, а именно Карл Герман и Густав Вильгельм Людвиг, оба стали астрономами. У каждого из последних было по сыну-астроному – Георг Отто Герман и Отто соответственно. Основателя этой династии изначально отправили из Германии в Россию, чтобы избежать призыва на военную службу. Его сын Отто Вильгельм стал его преемником в Пулковской обсерватории, но, подав в отставку после пятидесяти лет службы в обсерватории, переехал в Германию. В третьем поколении Густав занимал в России различные астрономические должности, в то время как Карл Герман оставался там до 1895 г., когда принял директорство над Кенигсбергской обсерваторией. Карьера сына Карла продолжилась в Германии и оказалась не такой выдающейся, хотя он провел важные исследования Сатурна. Отто, младший из шести, подвергся серьезным испытаниям, когда его исследования были прерваны Гражданской войной в России, поскольку он вступил в армию генерала Деникина только для того, чтобы быть изгнанным со своей родины Красной армией. В 1921 г. он сумел добраться через Турцию до Америки и до Йерксской обсерватории, которую в итоге и возглавил.

Когда глава династии Фридрих Струве покинул Дерпт и переехал в Санкт-Петербург, он взял с собой великолепный дерптский рефрактор Фраунгофера (ил. 193). Царь купил ему множество других прекрасных инструментов, изготовленных такими мастерами, как Эртель, Репсольд, Мерц, Траутон, Дент, Плёссл и Пистор, и через десять лет или около того у него в Пулково была на тот момент самая оснащенная в мире обсерватория. Он приобрел для нее самый большой из когда-либо сооруженных рефракторов – с 38-сантиметровым ахроматическим объективом Мерца и Малера – на монтировке, изготовленной в Гамбурге фирмой «Репсольд и сыновья». Позже, когда его сын узнал о совершенстве мастерства американской фирмы «Алван Кларк и сыновья», там заказали 30-дюймовый объектив. Будучи установленным Репсольдом, он также в течение очень короткого времени оставался самым большим в мире (ил. 194). Сначала его незначительно обошел инструмент Медонской обсерватории, а затем объективы Алвана Кларка для рефракторов Ликской (36 дюймов [91 сантиметр]) и Йерксской (40 дюймов [102 сантиметра]) обсерваторий. В итоге последнему из этих инструментов было суждено попасть во владение другого члена династии Струве. Спустя более ста лет после того как его построили, он остается самым большим рефрактором в мире, хотя надо сказать, что размер – это не главное. Йерксский инструмент (1898), который моложе Ликского на десять лет, был установлен в гораздо более низком месте – не в Калифорнии на горе Гамильтон, а в Висконсине. Когда в том же 1898 г. Лик приобрел в дополнение к своему рефрактору 36-дюймовый рефлектор Кроссли, Ликская обсерватория все еще могла претендовать на звание мирового лидера. Она оставалась таковой еще в течение десяти лет, после чего этот титул переняла Обсерватория Маунт-Вилсон со своим 60-дюймовым рефлектором.

После этого отступления, посвященного последним почтенным рефракторам, вернемся к Струве: помимо исполнения обязанностей государственного астронома, чье участие было крайне необходимо для картографирования огромной континентальной империи, он поставил себе задачу продолжить исследование Уильяма Гершеля, касающееся двойных звезд, и к тому времени, когда он опубликовал свой каталог 1827 г., он уже зарегистрировал положения 122 000 звезд (3112 из них были двойными). К 1847 г. он и его сотрудники распространили его на все северное небо, и каталог 1852 г., в котором было проведено сравнение положений 2874 звезд с положениями, полученными его предшественниками (от Брэдли до Грумбриджа), представляет собой памятник точности и обстоятельности XIX в., сопоставимый с тем, что сделал Бессель. Однако Струве глядел дальше. Он хотел решить проблему, поставленную Гершелем. Действительно ли звезды распределены в соответствии с какой-либо распознаваемой структурой? Есть ли какая-нибудь ощутимая зависимость между расстояниями до звезд и их звездными величинами? Он пришел к выводу, что снижение блеска звезд, изучаемое Гершелем, а теперь штатом Пулковской обсерватории, лишь частично объясняется убыванием света согласно закону обратных квадратов. Частично, как он полагал, это может быть также результатом поглощения света в межзвездном пространстве. Вычисленные им значения поглощения находятся в весьма хорошем соответствии с современными значениями в окрестностях Млечного Пути – объекта, который он изучал.

Несмотря на достоинства рефрактора, продемонстрированные профессиональными обсерваториями, особенно в точных измерениях, у рефлектора были все преимущества там, где требовалась высокая светосила. Однако эти преимущества проявлялись медленно и никогда бы не реализовались, если бы все придерживались консенсуса, разделяемого большинством изготовителей телескопов. Согласно Уильяму Парсонсу, казалось, все они считали, что «после открытий Фраунгофера рефрактор одержал полную победу над рефлектором, и все попытки усовершенствовать последний инструмент ведут к провалу». Когда в 1833 г. Джон Гершель взял на мыс Доброй Надежды любимый телескоп своего отца с зеркалом диаметром 47 сантиметров (если говорить о длине, то обычно его называли «20-футовый» телескоп), в мире не существовало более совершенного рефлектора, несмотря на то что ему было уже полсотни лет.

Возвращение рефлектора к жизни приходится примерно на 1840‐е гг. и является результатом работы трех любителей: Уильяма Ласселла, английского пивовара, установившего свои рефлекторы (с объективами 23 сантиметра и 61 сантиметр) на экваториальных монтировках фраунгоферова типа; Скота Джеймса Холла Несмита, одного из величайших инженеров столетия, построившего несколько прекрасных инструментов (прежде всего, с объективами 25, 33 и 51 сантиметр) с замечательными механическими качествами и с новым типом оптической схемы; и ирландского землевладельца Уильяма Парсонса, третьего графа Росса, который осуществил свое стремление построить зеркало большее, чем у Гершеля.

Ласселл проектировал и применял станки для шлифовки и полировки своих зеркал. В 1846 г. он открыл с помощью своего большого инструмента спутник Тритон, обращающийся вокруг недавно открытой планеты Нептун. Двумя годами позже, одновременно с У. К. Бондом из Гарварда, он обнаружил восьмой спутник Сатурна Гиперион; а в 1851 г. два дотоле неизвестных спутника Урана – Ариэль и Умбриэль. Он взял этот инструмент на Мальту, где в надежде найти другие спутники определил положение более 600 новых туманностей, но спутников более не обнаружил. Несмит с самого детства был фанатичным астрономом-любителем, он спроектировал и построил несколько телескопов. После выхода в отставку в 1856 г. он удвоил свои усилия, но и до этого его внимание было в высшей степени сосредоточено на Солнце и Луне. За исключительные рисунки Луны в 1851 г. его удостоили золотой медали на Всемирной выставке в Лондоне. Он первым обратил внимание (и стал причиной определенных разногласий после обнародования этого в 1861 г.) на то, что поверхность Солнца имеет особую, гранулированную структуру, напоминающую, как он выразился, «ивовые листья». В 1870‐х гг. он изготовил впечатляющие фотографии «лунной поверхности», не самой Луны в буквальном смысле, сфотографировать которую было непросто, а созданных им гипсовых моделей. Под косыми солнечными лучами они отбрасывали четкие и очень правдоподобные тени. Однако наиболее памятный его вклад в астрономию относится к инструментальной механике.

В 1849 г. Несмит построил 51-сантиметровый (20-дюймовый) рефлектор и установил его на поворотной площадке собственного изобретения, эта конструкция снова вошла в моду в конце XX в. для целого класса очень больших альт-азимутальных инструментов. В этой конструкции окуляр устанавливался на торце одной из цапф, на которых вращается инструмент, зеркало внутри главной трубы изменяет направление луча, отраженного от вторичного зеркала наподобие того, как это делается в телескопе Кассегрена. Обычный кассегреновский телескоп с окуляром, расположенным за главным зеркалом, особенно труден в обращении, если наблюдение ведется в направлении зенита, теперь же Несмит мог находиться в вертикальном положении и производить наблюдение с боковой стороны. Если судить по уже случившимся авариям, связанным с большими рефлекторами, то эти конструкции должны были оставить нам в наследство множество поломанных деталей. Современные альт-азимутальные инструменты могут нести на себе кабины для наблюдения и огромное количество оборудования на платформах у обеих цапф, которые сохраняют горизонтальное положение при движении. Внутреннее зеркало перенаправляет луч света на нужную цапфу к «фокусу Несмита». Типичный современный инструмент подобного рода изображен на ил. 195 (система Кассегрена уже была представлена нами на ил. 161 в главе 12).

После окончания университетов в Дублине и Оксфорде Уильям Парсонс (он был лордом Остмантаунским, а после смерти отца взял себе титул графа Росса) стал членом палаты общин. Он знаменит своей порядочностью, что редко встречалось в ирландской политике того времени, у него была только одна страсть – изготовление телескопических зеркал прекрасного качества. Росс работал с металлом «спекулум», отшлифованным и отполированным с помощью станка с паровым двигателем, непрерывно охлаждаемым в ходе работы. Металл отличался хрупкостью, и Гершель добавлял в него побольше меди, делая его прочнее, однако это понижало его отражательную способность. Росс пробовал отливать зеркала сегментами, удерживая металл «спекулум» на латунной подложке с таким же коэффициентом расширения. Особенно трудно удавалось соблюсти правильность линий совмещения сегментов в готовой мозаике, и сначала качество изображения было низким, но после неоднократных экспериментов он нашел другое решение. Росс понимал, что проблема отливки заключается в контроле снижения температуры. Он экспериментировал с различными видами литейных форм, составленными частью из песка и частью из металла, и охлаждал свое 90-сантиметровое зеркало не менее двух недель в специально построенном для этого здании. Получилось зеркало прекрасного качества. А вот погода в окрестностях его замка Бирр таковою не была, и все же в редкие моменты, когда небо расчищалось, он различал гораздо больше деталей в скоплениях и туманностях. Он обнаружил в центре туманности М57 – объекте в созвездии Лира, напоминающем диск, – очень слабую голубую звезду. Это еще одна из «планетарных туманностей», убедивших Гершеля в реальном существовании туманностей.

Росса настолько воодушевили его разнообразные открытия, что вместе с работниками своего поместья и другими помощниками он приступил к созданию зеркала диаметром 183 сантиметра и весом около 4 тонн. Через пять лет, после пяти попыток и четырех катастроф, зеркало «Парсонстаунского Левиафана» успешно отлили, отшлифовали и отполировали. Тяжелую трубу телескопа (ил. 196) было крайне сложно подвесить: ее поднимали в проеме между двумя несущими стенками восемнадцатиметровой высоты, установленными в плоскости меридиана, поэтому большинство звезд оказывались доступными для наблюдений только в течение часа или около того. Для защиты огромного зеркала от деформаций под действием собственного веса оно было укреплено на железной платформе, покрытой войлоком.

Левиафан, являвшийся на то время самым большим телескопом в мире, был введен в эксплуатацию в феврале 1845 г. К апрелю Росс совершил свое наиболее знаменательное открытие, а именно – спиральную структуру туманности М51, что он великолепно изобразил на рисунке. Это изображение приведено на ил. 197. Он обнаружил аналогичную структуру и у некоторых других туманностей. Однако в Ирландии бушевал массовый голод, и ему пришлось на несколько месяцев забыть о своем телескопе. (В это время Росс вернул бо́льшую часть своей ренты, чтобы смягчить бедствие своих арендаторов.) Когда наблюдения возобновились, он имел перед собой четкую программу – исследовать форму туманностей. Ему помогали в этом его старший сын, который продолжил эту программу после его смерти, и Томас Ромни Робинсон, а также разные другие друзья и наемные наблюдатели.

Росс был убежден, что спиральная структура туманностей должна содержать в себе важную динамическую информацию. Он обладал степенью по математике, но без дополнительной информации ничего не мог поделать, и должно было пройти много десятилетий, прежде чем оказалось возможным приступить к формальному решению этой проблемы. Поэтому астрономы замка Бирр начали систематический поиск спиральных туманностей и обнаружили их во множестве. Некоторые из них относились к типу, теперь известному как галактики Сейферта. (Они обладают высокоплотными центрами, и недавно было признано, что источником их энергии служат черные дыры.) Нередко детали рисунков, изготовленных в Бирре, продолжали сохранять огромное значение даже после возникновения астрономической фотографии. Огромный рефлектор продолжал регулярно использоваться, находясь на одном и том же месте, до 1878 г., когда астроном датского происхождения Дж. Л. Э. Дрейер уволился из Бирра, чтобы получить место в национальной обсерватории в Дансинке. Дрейер, широко известный как историк астрономии, помимо этого, составил спустя некоторое время знаменитый «Новый общий каталог туманностей и звездных скоплений». Его номера с номенклатурой NGC все еще используются для обозначения подобных объектов: например, планетарная туманность Гершеля имеет обозначение NGC 1514.

Помимо прочего, работа Росса способствовала изменению моды в телескопостроении в пользу больших рефлекторов. Конечно, астрономы продолжали делать открытия и на больших рефракторах – как это было в случае с Асафом Холлом в 1877 г., открывшим спутники Марса с помощью Вашингтонского инструмента, оснащенного объективом Кларка. Наряду с упомянутыми ранее рефракторами, Дублинская фирма Грабб изготовила в 1880‐х гг. для Кембриджа объектив диаметром 63 сантиметра, а братья Поль и Проспер Анри в Париже изготовили 76-сантиметровый рефрактор для Ниццы и 83-сантиметровый – для Медона. Были произведены и более совершенные объективы – например, во Франции в мастерской Мантуа из стекла фабрики Сен-Гобена и в Германии в фирме Карла Цейсса в Йене, основанной при поддержке знаменитого оптика-теоретика Эрнста Аббе. Астрономия особенно обязана Карлу Цейссу, который начинал как игрушечник. Цейсс основал свой небольшой оптический бизнес в 1846 г. в Йене, а к 1880‐м гг. он работал в тесном сотрудничестве с расположенным неподалеку стекольным производством Отто Шотта. Это было идеальное сочетание. Вскоре, благодаря государственной субсидии Пруссии, их совместная фирма значительно продвинулась в развитии и стала крупнейшим европейским производителем высококачественных оптических инструментов всех типов; она с легкостью удерживала эти позиции в период между двумя мировыми войнами.

Будущее телескопов было за рефлекторами в силу простого обстоятельства: стекло в центре объективов диаметром порядка метра настолько толстое, что поглощение света стало бы запредельным. Физическая деформация под тяжестью стекла также является проблемой. Однако следовало найти новый материал для замены металла «спекулум», неудобного для обработки. Стеклянные зеркала нельзя считать чем-то новым, и шлифовка и полировка достигли уровня высокого искусства, но прежние методы серебрения стекла были слишком грубы. В 1853 г. немецкий химик Юстус фон Либих изобрел методику нанесения тонкого и однородного слоя серебра на стеклянную поверхность с помощью водного раствора нитрата серебра. Эту методику демонстрировали на Всемирной выставке в Лондоне в 1851 г., но вскоре ее заново изобрел Либих, доведший ее до сведения широких научных кругов. Спустя два года знаменитый мюнхенский изготовитель инструментов Карл Август фон Штейнгейль и парижанин Жан Бернард Леон Фуко одновременно применили эту методику, нанося слои серебра на стеклянное зеркало, предназначенное для телескопа – на первый раз не слишком большое. Фуко, начавший свою карьеру отнюдь не как интеллектуал, проявил свое подлинное достоинство сначала в работе с маятником, наглядно демонстрирующим вращение Земли, а затем экспериментами, позволившими ему сравнить скорость света в воздухе и в воде. В 1853 г. Наполеон III пожаловал ему должность в Парижской обсерватории. Серебрение зеркала было завершено им в 1857 г.; а год спустя он внедрил еще одну технологически важную инновацию – «метод Фуко» для проверки качества изображения, производимого зеркалом.

Изготавливая второй телескоп – взятый им с собой на Мальту, – Ласселл последовал французскому примеру, посеребрив стеклянное зеркало. Вскоре стеклянные зеркала почти повсеместно стали стандартным решением при изготовлении рефлекторов. Последним большим зеркалом, которое должно было быть отлито из металла «спекулум», стал 120-сантиметровый экземпляр, предназначенный для Мельбурна, изготовленный Томасом Граббом в Дублине в соответствии с рекомендациями Королевского общества. Это оказалось ошибкой как по оптическим, так и по механическим соображениям (ил. 198). Зеркало было отправлено с защитным покрытием из шеллака. Во время его удаления поверхность оказалась испорченной. Через несколько месяцев директор обсерватории попытался освоить технику повторной шлифовки одного из самых больших телескопов в мире. И конечно же, потерпел неудачу; но затем Грабб сделал эту работу, потратив на это целых тридцать лет.

В течение недолгого времени после наступления эпохи стекла как материала для зеркальных объективов рефлекторам в целом стали отдавать большее предпочтение, чем рефракторам. Простейшие ахроматические объективы имели четыре оптические поверхности, каждая из которых требовала шлифовки, в то время как у зеркала – только одна. Его усовершенствование преобразованием сферической поверхности в параболическую оказалось не слишком сложным делом. Было и другое важное соображение. С появлением астрономической фотографии объективные линзы, всегда считавшиеся ахроматическими, больше не могли рассматриваться в качестве таковых, поскольку фотографическая эмульсия чувствительна к гораздо более широкому диапазону световых волн, чем воспринимает человеческий глаз.

Если шлифовать небольшие зеркала и придавать им нужную форму стало относительно простым делом (что доказали тысячи любителей), то век любителей сооружения самых больших инструментов стремительно шел к завершению. Фирма Грабба наконец возродила свою репутацию благодаря 51-сантиметровому рефлектору с объективом из стекла, изготовленному для Айзека Робертса в 1885 г. С его помощью Робертс заметно увеличил свою популярность, сфотографировав M31 – большую «туманность» Андромеды, отчетливо продемонстрировав ее спиральную структуру и сняв многие сомнения по поводу довольно двусмысленного рисунка М31, сделанного Бондом в 1847 г. (ил. 199). В ноябре 1886 г. Робертс добился еще одного успеха благодаря фотографии Туманности Ориона. Такую фотографию уже получили Дрэпер (1880), Жансен (1881) и особенно Э. Эйнсли Коммон (1883), но изображение, полученное Робертсом, продемонстрировало следующее: туманность оказалась по меньшей мере в шесть раз больше, чем это предполагалось ранее, и с ней соединена расположенная рядом туманность, которая отмечена в каталоге Мессье как отдельная.

К концу столетия ситуация целиком и полностью изменилась. Опыт Джорджа Хейла в Йерксе позволил ему понять пределы возможностей рефракторов. Ему повезло, что в составе обслуживающего персонала был рабочий-оптик с незаурядной квалификацией Джордж Ричи. И когда при поддержке гранта, выделенного Институтом Карнеги, началось строительство телескопа для обсерватории Маунт-Вилсон, ни у кого не оставалось сомнений в том, что это должен быть рефлектор. В ходе его постройки Хейл дважды менял свое мнение, планируя 1,5‐метровое зеркало, ставшее ступенькой для изготовления 2,5‐метрового зеркала – 100-дюймового телескопа Хукера, с помощью которого удалось получить огромное количество великолепных астрономических фотографий, столь широко использовавшихся в первой половине XX в. Будучи завершенной в 1918 г. и обладая весом около 100 тонн, решетчатая «труба» удерживалась на чрезвычайно прочной экваториальной монтировке с ярмом, хотя это и не позволяло наводить трубу на околополярные звезды (ил. 200). Наконец-то появился инструмент, достойный того, чтобы продолжить работу над выяснением формы и распределения туманностей, начатую задолго до этого Гершелем и продолженную Россом.