Как телескопы античности помогают в поисках экзопланет

What can antique telescopes reveal about finding exoplanets?

Amanda Alvarez, ISNS Contributor

19 сентября 2013 года

(авторизованный перевод)

 Команда французских астрономов пролила свет на один из важных моментов истории астрономии, тестируя старые линзы, при помощи которых Жан-Доминик Кассини наблюдал крошечный зазор между кольцами Сатурна в 1675 году. Вопрос - а мог ли Кассини вообще увидеть щель в свой допотопный, как по современным меркам, телескоп?

"Не думаю, что я могу четко видеть Щель Кассини в свой любительский телескоп" - говорит Лари Клоуз (Lary Close), астроном обсерватории Стюард университета Аризоны. "Промежуток шириной в 3 тысячи миль не так просто увидеть".

Минимальное расстояние, на которое Сатурн подходит к Земле - около 750 млн миль. На этом расстоянии Щель Кассини видна под углом всего 0.65 угловой секунды.

Когда Галилей наблюдал Сатурн в 1610м, он описал его кольца, как "ушки", поскольку его телескоп был не в состоянии показать, что кольца не соединены с планетой. Но как Кассини удалось не только увидеть, что кольца отделены от планеты, но даже увидеть разделяющую их узенькую полоску всего лишь 65 лет спустя? Оказывается, причиной тому было сочетание нескольких обстоятельств - момент наблюдений, погодные условия и... высококачественные линзы!

В письме к Королевскому Сообществу в 1676 году Кассини написал, что кольца разделены темной полоской.

Кольца Сатурна постоянно меняют угол своего наклона по отношению к Земле - как же в свое время (в 1612м) был удивлен Галилей, когда они просто ... исчезли!

Однако автор исследования Жульен Лози (Julien Lozi) утверждает, что у Кассини было определенное преимущество перед Галилеем.

"Условия были просто наилучшие - угол наклона колец был практически максимальным, и видимый размер полосы был тоже максимальным" - говорит Лози, ученый-оптик Университета Аризоны и Исследовательского Центра Эймс в Калифорнии.

Высота над уровнем моря и атмосферные условия в Париже, где тогда находился Кассини, - не самые идеальные, но в то время еще не мешало уличное освещение. Лози говорит, что первые рисунки Кассини не показывают саму полосу, а всего лишь два главных кольца разного цвета, и что-то что отделяет один цвет от другого.

Кроме удачного положения колец, атмосферные искажения во время наблюдений оказались минимальными, говорит Клоуз.

Но Кассини полагался не только на удачу. Как говорит Лози, качество его оптики, изготовленной в Риме оптиком Джузеппе Кампани (Giuseppe Campani) было "впечатляющим".

Самой большой проблемой того времени были придание стеклу нужной формы и его полировка, чтобы достичь нужного преломления света. Кампани был одним из лучших оптиков своего времени - даже несмотря на то, что в его линзах встречались пузырьки и трещинки. Он тщательно оберегал свои секреты, рассказывая о их только своей дочери. Лози говорит, что "очень долго было непонятно, как же ему удавалось создавать такие отличные линзы. Чтобы найти его приборы, потребовалось 100 лет."

У современных телескопов и биноклей есть корректирующие блоки, чтобы исправлять аберрации - которые, вообще говоря, есть всегда там, где имеет место преломление света. Но у первых телескопов такого не было. Одним из известных способов улучшить качество изображения было увеличение фокусного расстояния линзы - то есть изображение строилось на расстояниях от 7 до 50 метров от нее! Это означало, что телескопы того времени были настоящими динозаврами - например, окуляр мог находиться на улице, а объектив - закреплен на здании или на вышке!

Клоуз говорит, что "телескопы были исключительно длинными", "длиной с телеграфный столб и диаметром с чашку кофе". Наведение такого телескопа на Сатурн представляло собой по-настоящему трудную задачу для целой команды помощников. Длина одного из телескопов Кассини составляла 11 метров, а диаметры объективов редко превышали 13.5 см.

По просьбе Парижской обсерватории Лози с коллегами протестировали качество этих линз, сделав симуляцию того, как же Сатурн был виден тому, кто работал с такими телескопами. Результаты были представлены на конференции в августе, и появились на arxiv.org.  Большие фокусные расстояния не только уменьшали хроматическую аберрацию, но и немного скрывали недостатки процесса полирования.

Клоуз, который не был частью команды исследователей, был впечатлен. "Качество линз было максимально высоким, насколько это возможно". Для одной из линз коэффициент Штреля (который показывает качество оптики), был 0.94 при максимальном значении 1.00. Даже по меркам современной оптики эта линза очень хороша. "За исключением хроматической аберрации эти линзы практически совершенны".

Используя информацию о фокусном расстоянии линз, ученые построили изображения планет такими, какими их видели астрономы 300 лет назад. И Щель Кассини была видна на них очень четко! "Для сравнительно ярких объектов, которыми были планеты, для своего времени это была совершенная технология!", говорит Клоуз, "но наблюдения по-прежнему представляли проблему". Возможно, поэтому и были сомнения в реальности тех наблюдений Кассини - на грани возможности технологии.

Для Лози, этот побочный проект имеет отношение к наблюдениям экзопланет в наше время - его основной специализации. Щель Кассини - первый пример промежутка в планетных кольцах, с тех пор вокруг звезд найдены пылевые диски, например у TW Гидры, на расстоянии 176 св. лет от Земли.

Особенно интересуют астрономов промежутки в дисках около звезд, поскольку указывают на присутствие экзопланет. Наблюдения Кассини и связанная с этим теория - о следах пыли планет (например,  зодиакальный свет) продолжают иметь большое значение в современной астрономии.

Примерно так видел Сатурн Жан-Доменик Кассини 300 лет назад...