Более 350 лет назад Христиан Гюйгенс с гордостью заявил, что его телескопы — лучшие на Земле. С его помощью он обнаружил спутник Сатурна Титан, но итальянские ученые наступали за ним по пятам со своими телескопами. Исследование самых старых линз, проведенное Музеем Бурхааве, теперь проливает свет на методы заточки первых строителей телескопов и на вопрос о том, кто был лучшим.
По современным меркам материал, с помощью которого голландский астроном Христиан Гюйгенс сканировал небо в 1655 году, был детской игрой. Может быть, даже меньше. По своим характеристикам телескоп, который он построил сам, сегодня превосходит детский телескоп или бинокль. И все же этого было достаточно, чтобы обнаружить пятнышко света возле Сатурна:Гюйгенс открыл самый большой спутник Сатурна:Титан.
Гюйгенс с гордостью заявил, что он и его брат Константин изготовили лучшие линзы в мире. Вместе они буксируют около тридцати линз, большая часть из которых сейчас находится в музее Бурхааве в Лейдене. «Гюйгенс чрезвычайно быстро освоил процесс повышения резкости, — говорит Тимен Кокуит, куратор музея, — но действительно ли он и его брат сделали лучшие линзы в мире, до сих пор остается под вопросом. Этими заявлениями он, вероятно, оскорбил нескольких итальянских специалистов по точилке линз, таких как Эстахио Дивини и Джузеппе Кампани».
Будь то братья Гюйгенс или их итальянские «конкуренты», в целом мало что известно о ремесле заточки линз того времени:это была существенная часть бурного развития, которое переживала в то время наука. Точилки вроде Гюйгенса почти не оставили описания своей работы. Единственный способ узнать о культуре шлифовки сейчас — это присмотреться к самим линзам. С первой половины семнадцатого века во всем мире сохранилось от десяти до пятнадцати линз.
Когда в 2015 году Коквит получил грант от NWO на исследование практики полировки в семнадцатом и восемнадцатом веках, он сразу понял, что ему следует не только просматривать коллекцию линз Музея Бурхааве. Он разработал мобильную лазерную установку, с помощью которой посетил несколько европейских музеев и просмотрел некоторые из старейших известных линз. Таким образом, работа полировщиков XVII века сведена к нанометрам. Кстати, теперь мы знаем, насколько хороши были линзы Гюйгенса.
Собираемся на eBay
Эта наука фактически зародилась еще во времена учебы Кокита в колледже на онлайн-торговой площадке eBay. Тогда он работал над прототипом такой установки для оптических измерений и обыскивал площадку в поисках запчастей. «Раньше я надеялся на завод сломанных деталей, чтобы можно было купить их практически за бесценок», — говорит он, открывая портфель с большой блестящей линзой внутри. «По моим оценкам, эта новая копия стоит десятки тысяч евро, я заплатил небольшую часть этой суммы».
Кокуиту пришлось во многом полагаться на свою техническую изобретательность. Но в дальнейшем различные измерительные установки, сделанные из собранной оптики и самописного программного обеспечения, сумели за десять лет разработать относительно доступную и полноценную оптическую измерительную установку, не уступающую профессиональным станкам для проверки линз. «Они стоят около тонны», — говорит Коквит. «У нас нет таких денег».
Но почему бы не использовать уже существующие устройства, даже если у вас их нет? Действительно, Коквит говорит, что линзы Галилео Галилея ранее измерялись в оптической лаборатории. «Когда вы проводите сравнительные исследования, вы предпочитаете измерять все линзы одним и тем же устройством», — говорит он. «Я подумал, что очень важно систематически смотреть на эти линзы. Но это проблематично. Музеи не любят перевозить эти старые и хрупкие предметы. Теперь я преодолел это, сев в машину с этой установкой и подойдя к линзам. Масштаб исследования намного шире».
Картографические линзы
Устройство представляет собой так называемый интерферометр. Он позволяет лазерному свету дважды проходить через линзу (для измерения), а затем интерферировать сам с собой:два луча света падают в одну точку и там обезболивают или усиливают друг друга. Этот трюк отображает работу объектива с высокой точностью. «Мы измеряем, среди прочего, форму линзы, которая на самом деле является своего рода картой высот. Обычно точность составляет несколько нанометров», — говорит Коквит. «Эта карта многое говорит о качестве огранки объектива».
За последний год в линейке Кокуита было несколько объективов. Это Гюйгенс в Лейдене, а также Кампани из швейцарской частной коллекции. Он поехал в Берлин за телескопом 1617 года – одним из старейших сохранившихся экземпляров.
Совершенная (выпуклая) линза имеет форму так называемой гиперболы. В наши дни линзы шлифуются до идеального профиля с точностью до десятков нанометров, шлифовальные станки семнадцатого века выполняли значительно менее точную работу. Если вы посмотрите на профили по высоте, то увидите большие отклонения от идеальной формы. В результате увеличенное ими изображение стало менее резким. Эту проблему, кстати, можно частично решить, используя диафрагму, которая экранирует внешние (обычно менее совершенные) области линзы.
Гюйгенс против Кампани
В измерительной установке Кокита были линзы голландских и итальянских мастеров. По сравнению, например, с линзами Кампани, линзы Гюйгенса обычно были очень большими. Например, сравнивались экземпляры размером 4,6 сантиметра (Кампани) и 9,6 сантиметра (Гюйгенс). «В принципе, большой объектив лучше, но тогда он должен иметь достаточное качество», — говорит Коквит. «Линзе такого размера сложнее придать правильную форму из-за большей площади поверхности. Если при заточке что-то пойдет не так, весь объектив сразу придет в негодность. Существует тонкий баланс между размером и качеством».
Были ли эти большие линзы братьев Гюйгенс действительно лучшими в мире? Коквит заметил, что внешние области их линз немного отклоняются от идеальной формы, особенно вышеупомянутые очень большие 9,6 сантиметра. Он также подозревает, что его спасло использование диафрагмы. «На самом деле это позволило ему убрать «худшие» части объектива. Центр объектива действительно был хорош, а это значит, что характеристики этого объектива можно сравнить с конкурентом Campani. Так что они были примерно такими же хорошими», — сказал Коквит.
С середины семнадцатого века качество линз улучшилось, и с этого времени в использовании диафрагмы отпала необходимость. Коквит говорит, что линзы Кампани становились все больше и оставались хорошего качества. Линзы имели правильную форму по всей поверхности, в отличие от десятилетий назад. Мы можем только догадываться, как Кампани это сделал. Но слова Гюйгенса о том, что «его телескопы предпочтительнее телескопов других ученых», к тому времени явно устарели. Коквит:«Среди спорящих ученых Кампани в конечном итоге стал бесспорным мастером полировки».
Тщательно измеряя линзы, Кокуит точно знает, как они преломляют свет и как увеличивают изображение. Это позволяет ему «вымышленно» посмотреть в телескоп Гюйгенса и увидеть, например, как он, должно быть, видел Сатурн в 1655 году. Современное (четкое) изображение планеты поступает в компьютер, который вычисляет, как упало изображение газового гиганта. через телескоп. На нем показаны кольца планеты как два придатка. «Если вы действительно хотите узнать, как Гюйгенс увидел Сатурн, вам придется вставить линзу в телескоп и подняться на крышу», — говорит Коквит. «К сожалению, с этими уникальными изделиями это невозможно».
