Первый рефлекторный телескоп, построенный сэром Исааком Ньютоном в 1668 году [3], является важной вехой в истории телескопов , будучи первым известным успешным рефлекторным телескопом . [4] [5] Это был прототип конструкции, которая позже стала называться ньютоновским телескопом . Существовало несколько ранних прототипов, а также современные копии этой конструкции.
Исаак Ньютон построил свой рефлекторный телескоп в качестве доказательства своей теории о том, что белый свет состоит из спектра цветов. [6] Он пришел к выводу, что линза любого рефракторного телескопа будет страдать от дисперсии света на цвета ( хроматическая аберрация ). Телескоп, который он построил, использовал зеркала в качестве объектива , что обходит эту проблему. Для создания главного зеркала Ньютон использовал специальный состав металла, состоящий из шести частей меди и двух частей олова , ранний состав металла-зеркала . [4] Он изобрел средства для формования и шлифования зеркала и, возможно, был первым, кто использовал шлифовальный круг [7] для полировки оптической поверхности. Он выбрал сферическую форму для своего зеркала вместо параболы, чтобы упростить конструкцию: он убедился, что хроматическая, а не сферическая аберрация, образовывала главные недостатки рефракторных телескопов . Он добавил к своему рефлектору то, что является отличительной чертой конструкции «ньютоновского телескопа» , вторичное «диагональное» зеркало около фокуса главного зеркала, чтобы отражать изображение под углом 90° к окуляру , установленному сбоку телескопа. Это уникальное дополнение позволило просматривать изображение с минимальным заграждением от зеркала объектива. Он также изготовил всю трубу, крепление и фитинги.
Ньютон описал свое изобретение так:
«Диаметр сферы, к которой был отшлифован металл, был около 25 английских дюймов, и, следовательно, длина инструмента была около шести дюймов с четвертью. Линза была плоско-выпуклой, а диаметр сферы, к которой была отшлифована выпуклая сторона, был около 1/5 дюйма или немного меньше, и, следовательно, она увеличивалась от 30 до 40 раз. Другим способом измерения я обнаружил, что она увеличилась в 35 раз. Вогнутая металлическая поверхность имела отверстие в дюйм и третью часть, но отверстие было ограничено не непрозрачным кругом, покрывающим лимб металла вокруг, а непрозрачным кругом, помещенным между линзой и глазом и пробитым в середине небольшим круглым отверстием для прохождения лучей к глазу. Поскольку этот круг, помещенный здесь, задерживал большую часть ошибочного света, который в противном случае нарушил бы зрение. Сравнивая его с довольно хорошей перспективой в четыре фута в длину, сделанный с вогнутым стеклом, я мог читать на большем расстоянии с моим собственным инструментом, чем со стеклом. Однако объекты казались намного темнее в нем, чем в стекле, и это отчасти потому, что больше света терялось из-за отражения в металле, чем из-за преломления в стекле, а отчасти потому, что мой инструмент был перегружен. Если бы он увеличивал только в 30 или 25 раз, он бы заставил объект казаться более живым и приятным" ... "Металл объекта был два дюйма шириной и около одной трети дюйма толщиной, чтобы не дать ему согнуться. У меня было два таких металла, и когда я отполировал их оба, я попробовал, какой из них лучше; и снова отшлифовал другой, чтобы посмотреть, смогу ли я сделать его лучше, чем тот, который я оставил".
Ньютон описывает телескоп с объективным вогнутым главным зеркалом диаметром 2 дюйма (50 мм) и толщиной 0,3 дюйма, отшлифованным так, чтобы соответствовать сфере диаметром 25 дюймов, что дает радиус 12,5 дюймов и фокусное расстояние 6,25 дюймов (158 мм). Зеркало было уменьшено до эффективной апертуры 1,3 дюйма путем размещения диска с отверстием в нем между глазом наблюдателя и окуляром. Телескоп имел плоское диагональное вторичное зеркало, отражающее свет под углом 90° к плосковыпуклому окуляру с вероятным фокусным расстоянием 4,5 мм, что давало его наблюдаемое 35-кратное увеличение. Ньютон сказал, что телескоп был длиной 6,25 дюйма; это соответствует длине инструмента, изображенного в его монографии «Оптика». Похоже, что второй телескоп, представленный Королевскому обществу, имеет большее фокусное расстояние, поскольку он значительно длиннее первого, показанного на его иллюстрации и описанного в «Оптике». [8] Ньютон завершил свой первый рефлекторный телескоп в конце 1668 года и впервые написал о нем в письме от 23 февраля 1669 года Генри Ольденбургу (секретарю Королевского общества ). [9]
Ньютон обнаружил, что он может видеть четыре галилеевых спутника Юпитера и серповидную фазу планеты Венера с помощью своего нового маленького телескопа. [8] Друг Ньютона Исаак Барроу показал телескоп небольшой группе из Королевского общества Лондона в конце 1671 года. Они были настолько впечатлены им, что продемонстрировали его Карлу II в январе 1672 года. [10] Этот телескоп оставался в хранилище Королевского общества, пока не распался, а затем исчез из их записей. Последнее упоминание о нем было в 1731 году, где говорилось, что от него остались только два зеркала. [2]
Практический потенциал первого телескопа Ньютона стал более очевиден к концу XVIII века, когда апертура самого большого рефлектора выросла почти до 50 дюймов (126 см) [11] , в то время как самый большой ахроматический линзовый объектив не превышал 5 дюймов (13 см) [12] .
Было некоторое отсутствие ясности относительно ранних телескопов, которые построил Ньютон, но теперь ясно, что его первый телескоп был прототипом, который он построил в 1668 году. Его видели только несколько друзей в Кембридже, и о нем очень мало известно. Этот прототип имел зеркало диаметром чуть больше дюйма, вероятно, 1,3 дюйма, и около 6 дюймов в длину. [13] Ньютон редко ссылался на этот прототип в последующие годы, поэтому его второй телескоп часто называют первым.
Второй телескоп Ньютона был изготовлен в 1671 году; он имел зеркало диаметром 2 дюйма и фокусное расстояние между 6,25" и 6,3". Он сделал два зеркала и выбрал лучшее для телескопа. Он не держал этот телескоп долго, а представил его Королевскому обществу для изучения. Отчет об этом телескопе сразу после его презентации в декабре 1671 года описывал его как около 7 дюймов в длину и около 2,25 дюйма в диаметре. Изображение просматривалось через отверстие в боковой части трубы «примерно размером с большую булавочную головку». Труба была цельной, и зеркало поднималось снизу, чтобы сфокусировать его. Он был установлен на шаровом держателе. [14] Этот второй телескоп оставался в обществе и к 1731 году он распался до такой степени, что остались только два металлических зеркала. Затем он впоследствии исчез. Определенно, это не тот телескоп, который Королевское общество сейчас держит в своих руках, так как это зеркало содержало серебро, а третье зеркало телескопа не содержит серебра, но имеет добавку мышьяка. Это было то, что Ньютон предложил в качестве улучшения своего второго зеркала телескопа, так как он обнаружил, что металл был слишком мягким из-за серебра.
Третий телескоп Ньютона был построен в 1671–1672 годах Ньютоном и его «камерным товарищем» в Тринити-колледже Джоном Уикинсом. Он сообщил, что Уикинс лучше справился с расчетом зеркала, чем он сделал это на своем втором телескопе. Это телескоп, который был у него, когда он писал «Оптику». Телескоп появился некоторое время спустя в мастерской производителей инструментов Хита и Уинга вместе с инструментом Ньютона, принадлежавшим Эдмонду Галлею. Вероятнее всего, телескоп перешел к Галлею, а затем к Хиту и Уингу. Зеркало этого третьего телескопа было повреждено в 1694 году Ньютоном, когда тот пытался его очистить. Считается, что зеркало было позже переделано реставраторами, учитывая его заткнутое отверстие окуляра на подходящем расстоянии для зеркала с фокусным расстоянием 6,25 дюйма и новое положение окуляра для текущего фокусного расстояния зеркала 8,5 дюйма. Текущий латунный окуляр не является оригинальным и был добавлен позже. Этот телескоп был восстановлен Хитом и Уингом и представлен Королевскому обществу в 1766 году как телескоп, который сделал Ньютон. Позднее к этому телескопу была добавлена табличка с неправильной надписью, утверждающей, что это был его первый телескоп и сделанный в 1671 году. Этот телескоп, вероятно, включает оригинальные зеркала, перешлифованные, часть оригинального основания, оригинальный опорный стержень и, возможно, оригинальную трубу или ее части. [2]
Копия телескопа Ньютона 1668 года была сделана в 1924 году FL Agate для Музея науки в Лондоне . [15] Две копии были сделаны в 1960-х годах с оригинала, одна для королевы, а другая для Европейской Северной обсерватории в Ла-Пальме. [16] Еще одна копия была сделана в 1984 году для главного конструктора телескопа Уильяма Гершеля. [16] Копия 1984 года оказалась в коллекции Национального морского музея к началу 21-го века. [16]