История ночезрительной трубы Ломоносова

М.В.Ломоносов.
Гравюра Н.Уткина, 1834 г.

19 ноября в России отпраздновали 300-летие со дня рождения Михаила Васильевича Ломоносова (1711–1765) – нашего первого великого русского ученого. Известно, что он был первым русским академиком среди приехавших по пятилетним контрактам иностранцев. Он занимался таким количеством вопросов, что 70 лет спустя после его смерти Пушкин назвал Ломоносова «первым нашим университетом».

Не так хорошо известно, что Ломоносов вовсе не был поверхностным дилетантом ни в одной из областей своих исследований. Он проводил свои исследования очень въедливо, продолжая думать и развивать свои результаты годами. Но, самое главное – не раз выводы его были настолько глубокими, что ставили в тупик и современников, и последующие поколения (до нас включительно).

Приведу одну малоизвестную, но поучительную историю, актуальную и в наше время.

На собрании Академии наук 13 мая 1756 года (все даты по старому стилю) Ломоносов показал «машину, придуманную им для усиления света». Как можно судить по краткому латинскому описанию, «машина» состояла из зрительной трубы около двух футов длиною (60 см), с объективом в три-четыре дюйма диаметром и соответственным окуляром. «Машина» предназначалась Ломоносовым для наблюдения ночью за кораблями и скалами на море. «Из опыта найдено, – говорилось в описании, – что в эту трубу в темноте видно лучше, чем без нее».

При рассмотрении трубы академики Гришов и Попов объявили, что «они признают в ней новым только рукоятку», поскольку во всем остальном это выглядело как совершенно обычный двухлинзовый телескоп (телескоп Кеплера).

Через полтора года Ломоносов сначала представил в собрание латинский мемуар на тему «Физическая задача о ночезрительной трубе», а 21 июня 1759 года продемонстрировал и отлично сделанную трубу (см. рис. 1), которую изготовили по его чертежам опытные мастера-инструментальщики Николай Чижов и Иван Беляев.

Чертеж ночезрительной трубы, сделанный Ломоносовым.

На этот раз против ночезрительной трубы Ломоносова выступили академики Румовский (талантливый бывший ученик, перешедший к Эйлеру от слишком требовательного Ломоносова и ставший седьмым русским академиком) и Эпинус (славный представитель «немецкой партии» в Академии, постоянно конфликтовавший с Ломоносовым). Последний написал даже трактат «Доказательство невозможности ночезрительной трубы Ломоносова», где рассказывал, что даже ребенку известно, что в оптических системах яркость объектов не зависит от увеличения.

Ломоносов, однако, оставался на прежних позициях, объяснял, что он стремился к захвату как можно большего потока света, для чего использовал максимально большой объектив (первая линза). А чтобы не потерять этот поток, делал окуляр (вторая линза) с необычно большим диаметром – около 8 мм, так как в темноте зрачок человеческого глаза расширяется до этих значений. А главное – он водил всех желающих в темную комнату, чтобы убедиться, что прибор-то действует!

Ничего не помогало – скептики говорили, что-де комната маленькая, а вот в море на просторе действовать точно не будет... В общем, стороны остались, как говорится, «при своих», недовольными и неудовлетворенными. (Такой процесс обсуждения коллегами-«специалистами» называется на английском peer review и является основным мерилом правильности научных взглядов и поныне.)

Ломоносов отказался от дальнейших попыток убеждения, изготовил три такие трубы и отдал их для использования в Арктическую морскую экспедицию адмирала Чичагова. Экспедиция отплыла через месяц после смерти Ломоносова. Трубы, придуманные Ломоносовым, себя прекрасно зарекомендовали.

Телескоп по проекту М.Ломоносова, сделанный мастером И.Беляевым. 13 колен раздвигаются на 6,75 м (!). Хранится в Кунсткамере.

Более века ночезрительная труба Ломоносова считалась его ошибкой («не убедил ведь!»), в жизнеописаниях Ломоносова о ней умалчивали. Между тем прав был Ломоносов, а не Румовский и Эпинус. Действительно, если бы сетчатка человеческого глаза не меняла своих свойств при очень большом ослаблении света, то правда была бы на стороне Эпинуса: яркость изображения, получаемого на сетчатке глаза, совсем не зависела бы (для предметов конечных размеров) от применяемой оптики. Но оказалось, что Ломоносов гениально предугадал так называемый закон Рикко, открытый физиологами лишь в 1877 году, согласно которому пороговая яркость сетчатки глаза S (порог реагирования) находится в обратно пропорциональной зависимости к площади изображения A: S=const/A.

Этот закон справедлив для световых раздражителей небольших угловых размеров, и в качестве его механизма указывается нервная работа раздражителей, за счет которой происходит подстройка глаза к восприятию света малой интенсивности. В наши дни каждый, у кого есть, например, подходящий бинокль, может проводить наблюдения ночью и вспоминать, что «Ломоносов был прав!». Помните лишь, что основные факторы – побольше объектив, пошире окуляр и желательна «просветленная» оптика – потери света меньше.

США