Идея с помощью линз увеличивать миниатюрные детали появилась как минимум в 700 году до н. э., когда прозрачным кристаллам придавали характерную изогнутую форму. Сами же микроскопы и телескопы появились спустя около 23 столетий. Как они работают, рассказываем по книге «Главное в истории науки».
Микроскопы
Из-за изогнутой формы линзы лучи падают на нее под слегка отличающимися углами, а значит, и преломляются (меняют направление) по-разному. В результате все они фокусируются в точке на обратной стороне линзы. Если держать линзу перед глазом так, чтобы точка фокуса сравнялась с сетчаткой, появится иллюзия, будто вы видите гораздо более крупную виртуальную копию объекта — станет возможно рассмотреть его до мельчайших деталей.
В микроскопах используют как минимум две линзы для усиления этого эффекта. Нижняя — линза объектива — формирует четкое и чистое «подлинное» изображение объекта внутри микроскопа. Линза же окуляра формирует сильно увеличенное виртуальное изображение — до нескольких сотен раз превышающее размеры оригинала.
Оптические микроскопы устроены так, чтобы подсвечивать образцы сверху или снизу, а также снабжены фильтрами, чтобы с помощью разных свойств света обнаруживать те или иные характеристики объекта. Кроме того, биологические образцы часто подкрашивают химическими веществами, чтобы выделить отдельные фрагменты тканей или клеток.
Микроскоп 1763 года, созданный немецким биологом Вильгельмом Фридрихом фон Гляйхен-Русвурмом (1717–1783). Иллюстрация из книги
Оптические микроскопы увеличивают максимум в 2000 раз. Если увеличивать сильнее, уменьшится четкость и будет сложно различать границы близко расположенных маленьких объектов. В 1930-е годы был разработан электронный микроскоп (ЭМ), позволяющий шагнуть дальше этого предела. С помощью пучков электронов можно рассматривать объекты в тысячи раз более мелкие.
Телескопы
Пользу телескопов подтвердили астрономы XVII века, которые смогли обнаружить гораздо более маленькие и удаленные тела на небосводе и таким образом начали постигать масштаб Вселенной. Первыми такими устройствами были рефракционные телескопы. В отличие от микроскопов они содержали более крупные линзы в передней части.
Линза фокусирует этот свет и создает четкую картинку в цилиндре телескопа, а линза окуляра затем увеличивает изображение, чтобы его можно было рассмотреть. В результате телескоп показывает объекты, которые слишком бледны для обнаружения невооруженным глазом.
Бинокли по своей сути — два рефракционных телескопа, расположенных бок о бок. В телескопах-рефлекторах линзы объектива заменены изогнутыми зеркалами, собирающими свет. Такую конструкцию проще собирать в крупном масштабе, поэтому именно так устроены наиболее мощные аппараты вроде Европейского чрезвычайно большого телескопа и космической обсерватории «Хаббл».
FAST — самый большой в мире радиотелескоп, расположенный в китайской провинции Гуйчжоу, — достигает 500 метров в диаметре. Фото из книги
Изображение Вселенной возможно создать при помощи излучения. Радиотелескоп работает подобно огромной антенне, которая принимает сигналы из космоса и обнаруживает любопытные объекты глубокого космоса вроде квазаров. Телескопы, использующие рентгеновское и ультрафиолетовое излучение, лучше размещать в космосе, поскольку их лучи блокирует атмосфера.
Недавно запущенный космический телескоп имени Джеймса Уэбба способен исследовать Вселенную по ее тепловой сигнатуре и видеть гораздо дальше, чем когда-либо было возможно за всю историю.
Подготовлено по книге «Главное в истории науки».
