Телескопы – это самые замечательные устройства на Земле. Без телескопов астрономия не была бы такой развитой, как сейчас. И мы знали бы о Вселенной гораздо меньше. Телескопы позволяют нам видеть намного больше, чем позволяют глаза. Но конечно же это не означает, что с помощью телескопа можно увидеть абсолютно все. Тема этой статьи такова – что именно можно увидеть с помощью телескопов? И как обстоят дело со старой историей, героиней которой является Великая Китайская стена? Которая, как гласят легенды, является единственным рукотворным сооружением, которое можно наблюдать из космоса.
Для начала нужно понять, что астрономы, как правило, используют телескопы не для увеличения объектов. Да, для этого можно использовать телескоп здесь, на Земле. Например чтобы рассмотреть лесных животных подробнее. Однако звезды и галактики слишком далеко от нас. И любое увеличение вряд ли поможет изучить их получше. За очень немногими исключениями (например, когда речь идет о сравнительно близких небесных телах, таких как Луна или Марс) телескопы используются не для того, чтобы увидеть больше деталей. А для того, чтобы собрать как можно больше света. Чтобы иметь возможность изучать объекты, которые являются невидимыми для глаз.
Разрешающая способность
Все это очевидно для астрономов. Однако этого часто не понимают люди, не очень знакомые с тем, как работает телескоп. Именно поэтому они иногда задают совершенно нелепые вопросы. Например, такой: почему бы просто не сфотографировать в телескоп следы пилотируемых высадок на Луну? Это позволит наглядно доказать, что они имели место быть!
Все не так просто, дорогие мои немоглики. Потому что у любого телескопа есть одна очень важная характеристика, которая называется разрешающая способность. Она описывает, насколько хорошо оптические приборы могут распознавать самые мелкие детали. Разрешающая способность телескопа – это расстояние между двумя точками, которое достаточно велико, чтобы можно было идентифицировать две точки как отдельные точки. В астрономии это расстояние выражается в виде угла. Это не так уж сложно понять. Луна, например, занимает на небе угловой диапазон в полградуса. Или, если говорить другими словами, если провести прямую линию от глаза к вершине диска полной Луны, а вторую линию от своего глаза провести к нижней части диска полной Луны, между двумя линиями будет угол в полградуса.
Разрешающая способность оптического прибора существенно ограничена двумя явлениями. Во-первых, турбулентностью атмосферы. Чем она больше, тем хуже становится картинка. И тем меньше деталей видно. Однако этого можно избежать с помощью различных методик. Например – может помочь специальная адаптивная оптика. Вторая проблема – дифракция. И она гораздо серьезнее. Выглядит это так: когда луч света попадает на какой-нибудь объект, он может легко отклониться. Что также ограничивает способность видеть мелкие детали. Степень влияния дифракции зависит от длины волны света, который вы наблюдаете. А еще от апертуры прибора наблюдения, через который проходит свет. Если разделить длину волны на размер апертуры, и умножить результат на 1,22, Вы получите синус угла, который описывает разрешение оптического прибора.
Глаз как оптический прибор
Наш глаз — это оптический прибор с отверстием (зрачком), которое имеет диаметр около 2 миллиметров. Наши глаза могут воспринимать видимый свет с длиной волны 550 нанометров. Если провести соответствующий расчет по только что изложенной формуле, то получится, что теоретическая разрешающая способность нашего глаза немногим более одной угловой минуты. Как уже говорилось, Луна имеет угловой размер в полградуса, т.е. 30 угловых минут. Так что наши глаза вполне способны различать на небе предметы и меньшего размера, чем Луна. А поскольку мы также знаем, как далеко от Земли находится Луна, мы можем вычислить минимальный угловой размер объекта, который мы можем увидеть на Луне без использования каких-либо инструментов. На расстоянии 370 000 километров (среднее расстояние до Луны) угол в одну угловую минуту соответствует расстоянию около 125 километров. На большее наши глаза не способны. Ничего меньше этих 125 километров на Луне мы без технических средств увидеть не сможем.
По той же формуле можно легко вычислить и то, как обстоят дела со следами лунных миссий НАСА. Например, американский флаг, установленный на всех посадочных площадках, имеет высоту почти метр. Расчеты показывают что для того, чтобы достичь соответствующей разрешающей способности с помощью телескопа с Земли, он должен был бы иметь зеркало диаметром почти 250 метров! Очевидно, что это технически неосуществимо. Но даже если такой телескоп построить, возмущения земной атмосферы затруднили бы четкое наблюдение Луны. Не поможет и телескоп, находящийся на околоземной орбите. Ведь несколько сотен километров не имеют никакого значения. Поэтому космический телескоп Хаббл никак не может увидеть следов лунных экспедиций.
Великая Китайская стена
А как насчет наоборот? Что можно увидеть на Земле из космоса? Старая легенда гласит, что Великая Китайская стена — единственное рукотворное сооружение, которое можно увидеть невооруженным глазом из ближнего космоса. И даже с Луны! Это заявление восходит к британскому антиквару 18-го века Уильяму Стьюкли, который однажды размышлял об этом. И с тех пор оно периодически всплывает то там, то здесь. Всем ясно, что антиквар определенно ошибался относительно Луны. С Луны Вы не сможете увидеть на Земле детали размером менее 130 километров. А Великая Китайская стена при длине в несколько тысяч километров имеет ширину всего 9 метров. И это в самом широком месте!
Но если посмотреть немного ближе? Международная космическая станция летает на высоте почти 400 километров над земной поверхностью. С этой высоты невооруженным глазом видны строения на Земле высотой не менее 134 метров. Так что и этого будет недостаточно для того, чтобы увидеть Великую Китайскую стену. И астронавты вместе с космонавтами сообщают, что ее, собственно, и не видно. К тому же стена не только очень узкая, но и довольно незаметная на фоне окружающего ландшафта. Цвет строительного материала, из которую ее построили, не сильно выделяется на фоне окружающей среды. И если Вы не знаете, где искать, и нет особых условий освещения и контраста, Вы не сможете ее увидеть.
Конечно это не означает, что из космоса не видно никаких человеческих построек. Города, дороги и мосты хорошо видны с космической станции даже невооруженным глазом. А с правильными камерами и оптическими приборами можно увидеть даже мельчайшие детали. Иначе не так много стран удосужились бы отправлять в космос спутники-шпионы. Конечно, человеческие постройки лучше всего распознаются на темной ночной стороне Земли. Там города все ярко освещены, и их трудно не заметить. Это, безусловно, красивое зрелище. С другой стороны, если Вы посмотрите на небо из этих ярких городов, Вы, вероятно, получите немного впечатлений. И почти ничего не увидите.