ДАЙТЕ ВЗГЛЯНУТЬ В ТЕЛЕСКОП!

А что мог увидеть человек на небе без всяких приборов? Разумеется, Луну, яркие звезды и, конечно же, Солнце. Их движение по небосклону давало огромную информацию и для понимания места Земли в космосе, и для производства самых насущных земных измерений. Например, следя за перемещением Солнца или положением приполярных звезд, можно было с большой точностью определить местонахождение корабля в океане.

Неизмеримо возросли возможности чело века, когда он смог вооружить свой глаз оптическими инструментами. То, что шлифованное стеклышко — линза — может увеличивать изображение предметов, обнаружили давно, и где-то в XII веке это его свойство было использовано для очков. Однако через одну такую линзу рассмотреть небесные объекты нелегко. Нужно было найти комбинацию из двух или более линз, благодаря которой небесные объекты стали бы к нам ближе.

Вот около четырехсот лет назад и был построен прибор под названием телескоп — почти одновременно в Италии и Голландии. Одним из его создателей считается Галилей. Когда он продемонстрировал устройство, с помощью которого стали различимы горы на Луне, народ повалил толпами взглянуть на это "чудо".

Стремление проникнуть взором как можно дальше в глубины космоса стимулировало к поиску все новых конструкций телескопов. Заслугой немецкого астронома И. Кеплера стало изобретение такой зрительной трубы, которую впоследствии преобразовали из только лишь наблюдательного инструмента в измерительный. Появилась возможность оценивать малые углы, под которыми были видны планеты, и огромные космические расстояния.

Оказалось, что крупные линзы не дают четкого изображения таких удаленных объектов, как звезды. На помощь пришли зеркала, изготовлять которые и придавать им необходимую форму было несколько легче. Борьба между линзами и зеркалами, надо сказать, продолжается по сей день, что привело в конце концов к созданию гибридных, зеркально-линзовых телескопов. В них используются преимущества и устраняются недостатки обеих систем по отдельности. Конкуренция оказалась весьма плодотворной. Приборы совершенствовались настолько быстро, что редкий год не приносил астрономических открытий.

Подумайте, сколько нового для себя выяснил человек благодаря телескопам. Были обнаружены новые планеты в Солнечной системе — теперь мы знаем, что их девять, открыты спутники и кольца планет, солнечные пятна. Число звезд, которых простой наблюдатель насчитывал на небосводе несколько тысяч, стало исчисляться миллионами. А начало этому положил английский астроном В. Гершель, построивший огромные зеркальные телескопы, один из которых нарисован рядом.

Мир раздвинул свои границы, и мы узнали невероятно много не только о его нынешнем устройстве, но и о невообразимо далеком его прошлом. Ведь доходящий сегодня до Земли свет далеких звезд излучался порой миллиарды лет назад.

Правда, человек по-настоящему стал понимать это уже в нынешнем, XX веке...

КАК ПРЕДСКАЗАТЬ ПОГОДУ?

К сожалению, вести астрономические наблюдения с помощью оптических телескопов можно лишь в ясную погоду. Конечно, знать, какой она будет, необходимо не только астрономам, это важно и земледельцам, и мореплавателям, да вообще каждому из нас. Как научиться предугадывать ее, опираясь не только на приметы, но и на точные измерения?

До сих пор, несмотря на обилие созданной для этой цели техники, считается, что это — дело неблагодарное. Недаром столько анекдотических и печальных историй связано с неудачными прогнозами погоды. Однако отдадим должное тем, кто упорно создавал приборы, нужные для метеорологических исследований. Еще полтысячи лет назад Леонардо да Винчи изобрел анемометр — устройство для подсчета скорости ветра. Его даже пытались приспособить на каретах, чтобы по скорости "набегавшего воздуха определять, насколько быстро они движутся.

Термометры, служащие для измерения степени нагретости воздуха, барометры, определяющие его давление, гигрометры, с помощью которых можно найти его влажность, — вот самый необходимый комплект приборов, благодаря которым и по сию пору мы получаем сводки погоды.

Появление этих устройств, требующих достаточно высокой точности измерений, повлекло более тщательную разработку так называемых шкал. На обычной линейке вы видите разметку на сантиметры и миллиметры — это и есть измерительная шкала. Стрелка часов обегает размеченный на часы и минуты круг, счетчик электроэнергии у входа в вашу квартиру показывает цифры, говорящие о ее потреблении, спидометр автомобиля четко фиксирует его скорость.

Приборы должны выдавать нам точную и удобную для использования информацию об измеряемых ими величинах. Проблему разметки, в том числе для зубчатых колес в часах и станках, а также для приборных шкал удалось решить в XVIII веке, что способствовало дальнейшему прогрессу приборостроения.

А если вернуться к задаче предсказания погоды, то, как бы она ни была сложна, определенных успехов человек все-таки добился. Сегодня, помимо сбора данных от размещенных на Земле и в космосе измерительных приборов, которых становится все больше, главным стала своевременная обработка огромной массы полученной информации. Используя такое подспорье, как суперкомпьютер, способный перебирать огромное число вариантов будущего развития атмосферных процессов и выбрать наиболее вероятный, уже удалось предсказать шторм за шесть часов до его наступления. Летом 1996 года в испытаниях подобной системы были предугаданы восемьдесят процентов ураганов! Внедрение этой системы в широких масштабах, как полагают, может сэкономить только в США около 14 миллиардов долларов в год.

Вот на что оказались способны приборы, дополненные возможностью оперативно воспользоваться добытой ими информацией...

ЧТО МОЖЕТ "ВЫСМОТРЕТЬ" МИКРОСКОП?

А насколько маленькие предметы помогают разглядеть приборы? Очки не в счет, они позволяют человеку не столько улучшить рассмотрение мелких деталей, сколько исправить дефекты зрения. То есть вернуть способность глядеть на мир, как "задумала" природа.

И хотя мы получаем с помощью глаз больше информации об окружающем нас мире, чем от всех остальных органов чувств, и тут есть пределы.

Маковое зернышко мы еще можем разглядеть, но вот обнаружить, что в кажущейся чистой капле воды живет множество мельчайших существ, глаз уже не в силах.

Обнаружить такие крошечные объекты люди сумели, лишь снабдив глаз значитель-но более сильным, чем очки, оптическим инструментом. Впервые удалось это сделать голландцу А. Левенгуку.

Удивительно, но этот богатый торговец, владелец мануфактурного магазина, вовсе не был ученым. Шлифовал и монтировал линзы, как бы ни было это парадоксально, он лишь... для своего удовольствия.

Однако изобретение, сделанное им, произвело настоящий переворот в науке. О роли подобных исследований пусть шутливо, но очень верно писал автор "Путешествий Гулливера" Джонатан Свифт:

Специалистами открыты
У паразитов паразиты,
И произвел переполох
Тот факт, что блохи есть у блох.
И обнаружил микроскоп,
Что на клопе бывает клоп...

Результаты своих наблюдений Левенгук отправлял в Лондонское Королевское общество, фактически — Академию наук Англии. Переписка длилась около пятидесяти лет, и всего им было послано триста писем!

Собственно говоря, хотя приборы, которыми пользовался Левенгук, называли микроскопами, это были обыкновенные одиночные лупы, то есть довольно выпуклые линзы, дающие увеличение в 250—300 раз. Тогда уже существовали микроскопы, включающие в себя по нескольку линз, каждая из которых как бы подхватывала изображение, даваемое предыдущей, и дополнительно увеличивал его. Но одиночные линзы Левенгука оказались более пригодными: изображение в них было отчетливее.

Свои приборы Левенгук совершенствовал до конца жизни. После его смерти их обнаружили в рабочем кабинете несколько сотен! Тем не менее, как бы ни были они хороши, в дальнейшем развитие микроскопов шло по пути использования систем из нескольких линз. Благодаря все большей точности их изготовления и способам расположения линз относительно друг друга удалось добиться увеличений, превышающих полторы тысячи раз. Иными словами, разглядеть детали размером около четверти от одной миллионной метра!

И вот тут сказались ограничения, которые словно сама природа наложила на дальнейший прогресс оптических приборов. Ведь зрительную информацию о мельчайших объектах доносит до нас свет, а он представляет собой ничтожно малые по величине волны. Может быть, вы наблюдали, как бегущая по поверхности воды волна обходит, словно не замечая, воткнутый в дно прутик. Так и свет, проходя или отражаясь от очень мелких — меньших, чем длина его волны, — деталей рассматриваемых предметов, "игнорирует" их, а мы в результате наблюдаем потерю резкости изображения.

Чтобы вернуть ее, необходимо обратиться к еще более мелким волнам. А для этого потребовались уже не световые лучи, а излучения совсем иной природы...

КАКИЕ ЕЩЕ БЫВАЮТ МИКРОСКОПЫ?

Когда возможности оптических микроскопов были исчерпаны, ученые и изобретатели обратились к источникам иных, невидимых излучений. Оказалось, что если на вещество направить пучок мельчайших заряженных частиц — электронов, то они, отражаясь от него, принесут нам более детальные сведения, чем свет.

Это те самые электроны, направленное движение которых создает электрический ток в проводах. Но движутся они там крайне медленно. А вот если их разогнать, ускорить в вакууме, то по своим свойствам они в чем-то будут похожи на световые лучи, только со значительно укороченной длиной волны.

Ведь именно это и было нужно, чтобы глубже проникнуть в строение вещества. И вот во время второй мировой войны появляются первые электронные микроскопы. Отражая частицы от поверхности тел или пропуская их "насквозь", исследователи научились считывать с них информацию о веществе, даже делать ее видимой.

Представьте, что с помощью этих приборов стали различимы крошечные детали глаза мухи, вирусы или ничтожные дефекты на поверхности металлических изделий. Понятно, что необходимость в таком инструменте сразу почувствовали и микробиологи, и металловеды, и многие специалисты, пытающиеся добыть сведения о мельчайшем строении вещества. Увеличение этих микроскопов достигает сегодня сотни миллионов раз!

Не забыт, правда, оказался и способ исследования материалов с помощью хорошо известных уже к началу нашего века рентгеновских лучей. Просвечивая ими кристаллы и улавливая рассеянные лучи, можно было составить картину расположения атомов — так называемую кристаллическую решетку. Этот способ, названный рентгеноструктурным анализом, позволил позже выявить структуру сложных молекул — белков и даже носителей наследственности — ДНК.

Стремление все глубже проникнуть в тайны строения вещества заставляло изобретать новые "щупы" и "зонды". А для этого нужно было найти все меньшие длины волн просвечивающих вещество лучей. Как в электронном микроскопе разгоняют для этих целей электроны, так в современных "микроскопах" микромира — ускорителях — разгоняют и другие самые крохотные, так называемые элементарные частицы. Чем больше их скорость, тем глубже они проникают в вещество и дают нам картину устройства уже атомного ядра и входящих в его состав еще более мелких образований.

Современные ускорители потребовали от техники создания невероятных по точности измерительных приборов. Процессы, происходящие при столкновении разогнанных частиц, необходимо мгновенно фиксировать. А эту огромную по своим масштабам информацию можно было обработать, лишь привлекая все более мощные вычислительные машины.

Неудивительно, что ускорительные установки стали центром самой передовой научно-технической мысли. Множество изобретений, сделанных там поначалу исключительно для исследовательских целей, нашли потом применение в других областях.

Вернуться в раздел: Энциклопедия Науки и техники

Обсудить эту статью на нашем форуме >>>

§ НАУЧНАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ. ПОЗНАНИЯ ПО ВСЕМ ОБЛАСТЯМ НАУКИ И ТЕХНИКИ

Ключевые слова этой страницы: научная, энциклопедия, познания, всем, областям, науки, техники.

Скачать zip-архив: Научная Энциклопедия. Познания по всем областям Науки и техники - zip. Скачать mp3: Научная Энциклопедия. Познания по всем областям Науки и техники - mp3.