Напротив, отражательный телескоп — это труба, открытая в верхнем своем конце. В трубу непосредственно проникают лучи от наблюдаемого светящегося небесного тела и встречают большое металлическое вогнутое зеркало. Отражаясь от вогнутого зеркала, лучи сближаются друг с другом.
Затем эти отраженные лучи собираются во втором, небольшом зеркале, которое направляет их в окуляр, расположенный таким образом, чтобы увеличивать получающееся изображение.
Таким образом, в астрономической трубе главную роль играет рефракция (преломление) лучей, а в телескопе — рефлексия (отражение). Отсюда понятно, почему труба называется рефрактором, а телескоп — рефлектором. Главная трудность при изготовлении этих оптических приборов состоит в выделке объективов, то есть крупных чечевиц, и металлических зеркал.
Однако в эпоху, когда «Пушечный клуб» приступал к своему грандиозному опыту, изготовление астрономических труб достигло уже высокой степени совершенства и давало превосходные результаты. Далеко уже было то время, когда Галилей наблюдал небесные светила в свою жалкую трубку, увеличивавшую всего в тридцать раз! Начиная с XVI века зрительные трубы все расширялись и удлинялись и к середине XIX столетия позволяли уже далеко проникать в неведомые до тех пор глубины звездного неба. Наиболее замечательными рефракторами этой эпохи считались пулковский в России, стоивший 80 тысяч рублей, с объективом в 15 дюймов (38 сантиметров) в диаметре, труба французского оптика Леребура с объективом такой же величины и, наконец, рефрактор Кембриджской обсерватории с объективом в 19 дюймов (48 сантиметров).
Из отражательных телескопов своими огромными размерами и увеличительной силой издавна известны два. Первый, сооруженный Гершелем, имел 36 футов в длину; зеркало его достигало 4,5 фута в диаметре; он давал увеличение в шесть тысяч раз. Второй был сооружен лордом Россом в Биркастле, в парке Парсонстоуна, в Ирландии. Длина телескопа — 48 футов, вес 28 тысяч фунтов. Пришлось построить огромное каменное здание, чтобы вместить трубу и приспособления, посредством которых ею управляли. Зеркало его имело в диаметре шесть футов (1 метр 93 сантиметра). Рефлектор давал увеличение в 6400 раз.
Отсюда видно, что, несмотря на колоссальные размеры труб, даваемое ими увеличение в круглых числах не превышало шести тысяч раз. Такое увеличение приближает Луну лишь на расстояние 39 миль (16 лье), то есть позволяет различать на ее поверхности предметы не меньше 60 футов в диаметре.
Между тем по заданиям «Пушечного клуба» требовалось изготовить трубу, которая позволяла бы увидеть снаряд шириною в девять футов при длине в пятнадцать футов; следовательно, требовалось приблизить Луну до расстояния не меньше пяти миль (двух лье), то есть добиться увеличения в 48 тысяч раз.
Такую задачу поставили перед Кембриджской обсерваторией Решение ее облегчалось тем, что обсерватория могла затратить сколько угодно денег; но все же оставались трудности технического порядка.
Прежде всего обсерватория должна была выбрать тип трубы: рефрактор или рефлектор. Вообще говоря, по сравнению с рефлекторами рефракторы обладают большими преимуществами. При одинаковом размере объектива они дают возможность достичь большего увеличения, так как световые лучи, проходя сквозь чечевичное стекло, теряют меньший процент своей яркости, чем при отражении металлическим зеркалом телескопа. Но, с другой стороны, нельзя делать чечевицы особенно крупных размеров, так как толстое стекло чечевицы поглощает слишком много световых лучей. К тому же изготовление крупных чечевиц сопряжено с большими трудностями и требует значительного времени — нескольких лет.
Поэтому, хотя рефрактор дает более яркое изображение, что особенно важно при наблюдении Луны, которая освещается лишь отраженными солнечными лучами, — Кембриджская обсерватория решила остановиться на отражательном телескопе, так как его можно быстрее изготовить и он имеет несколько большую увеличительную силу. Ввиду того, что световые лучи теряют свою силу, проходя сквозь атмосферу, особенно в нижних, наиболее плотных ее слоях, «Пушечный клуб» решил установить аппарат на одной из высочайших гор Соединенных Штатов, где воздух значительно более разрежен. Как мы видели, в телескопе производит увеличение окуляр, то есть лупа, расположенная перед глазами наблюдателя, и чем больше диаметр и фокусное расстояние объектива, тем больше он дает увеличение.
Окуляр увеличивает получающиеся в телескопе изображения, величина же этих изображений зависит от размеров зеркала, служащего объективом; следовательно, чтобы достигнуть увеличения в 48 тысяч раз, требовалось придать зеркалу телескопа значительно больший диаметр, чем в телескопах Гершеля и лорда Росса. В этом и заключалась наибольшая техническая трудность, так как отливка крупных металлических зеркал — операция весьма сложная.
К счастью, несколько лет тому назад член французского института известный ученый Леон Фуко добился значительного облегчения и ускорения шлифовки объективов путем замены металлического зеркала стеклянным, покрытым слоем серебра. Отливка стекла нужных размеров и серебрение его не представляют особых трудностей. Понятно, что Кембриджская обсерватория остановилась на способе Фуко.
Объектив решили установить по методу, примененному Гершелем при конструкции его телескопов
В большом аппарате астронома Слау изображение предмета, отраженное наклонным зеркалом, установленным внизу трубы, направляется в окуляр, находящийся в верхнем конце трубы. Таким образом, наблюдатель, вместо того чтобы стоять внизу, поднимается в верхнюю часть огромного цилиндра и смотрит в лупу. Это делает ненужным второе маленькое зеркало, направляющее изображение в окуляр. Таким образом, изображение выигрывает в яркости, избегнув вторичного отражения. А это было особенно важно ввиду предстоящих специальных наблюдений.
Когда комитетом были приняты все нужные решения, приступили к изготовлению телескопа. Согласно расчетам бюро Кембриджской обсерватории труба нового рефлектора должна была быть длиною в 280 футов, а зеркало — диаметром в 16 футов. Правда, несколько лет тому назад астроном Гук предлагал построить телескоп в 10 тысяч футов длиной, в сравнении с которым телескоп «Пушечного клуба» показался бы детской игрушкой. Тем не менее установка нового аппарата была связана с огромными трудностями.
Вопрос о выборе места для установки телескопа был быстро решен. Требовалось поставить его на высокой горе, а высоких гор в Соединенных Штатах не так много.
В самом деле, орографическая система этой огромной страны охватывает всего две горных цепи средней высоты, между которыми протекает величественная Миссисипи; американцы назвали бы ее «королевой рек», если бы они признавали королевскую власть.
На востоке — это Аппалачский хребет, наивысшая точка которого — в Нью-Гэмпшире — достигает весьма скромной высоты 5600 футов.
На западе высятся Скалистые горы, составляющие часть той огромной горной цепи, которая начинается у Магелланова пролива, затем под названием Анд и Кордильеров тянется вдоль всего западного побережья Южной Америки, образует Панамский перешеек и проходит через всю Северную Америку до берегов Северного Ледовитого океана.
Скалистые горы также не особенно высоки: Альпы и Гималаи имели бы право смотреть на них «с высоты своего величия». В самом деле, наивысшая точка Скалистых гор достигает лишь 10 701 фута над уровнем моря, тогда как Монблан возвышается на 14 439, а Кинчинджунга — на 26 776 футов.
Но так как «Пушечный клуб» постановил, чтобы его обсерватория находилась на территории Соединенных Штатов, то пришлось выбирать лишь между отдельными вершинами Скалистых гор. Избрана была вершина Лонгспик в штате Миссури; к подножью этой горы и был направлен весь необходимый строительный материал.
Трудно передать словами, сколько препятствий всякого рода пришлось при этом преодолеть американским инженерам, какие чудеса мужества и ловкости были ими проявлены. Это был 'настоящий подвиг! Пришлось поднимать на гору огромные камни, массивные железные балки, тяжелые желоба, крупные части, цилиндрической трубы и объектив весом около 30 тысяч фунтов, — поднимать выше линии вечных снегов, на высоту более 10 тысяч футов. Нелегко было подвозить эти материалы через пустынные степи, лесные дебри и бешеные горные потоки, вдали от населенных центров, без дорог, в дикой непроходимой местности. Понадобилась вся энергия американских рабочих и вся изобретательность инженеров, чтобы довести дело до благополучного конца. В последних числах октября, то есть меньше чем через год от начала работ, колоссальный рефлектор на вершине Лонгспика уже поднимал к небу свою 280-футовую трубу. Труба была установлена на громадном железном помосте, причем благодаря остроумным механизмам можно было легко ею управлять: вращать во все стороны, наводить на все точки неба и следить за движением любого светила от восхода его в одной части горизонта до захода в другой.
