Работы по астрономии и прикладной оптике
Ломоносов вошел в историю астрономии как первый русский астрофизик, выдающийся деятель в области практической астрономии и астрономического приборостроения, организатор научных астрономических экспедиций, неутомимый пропагандист астрономических знаний и передовых космологических воззрений. Успеху деятельности Ломоносова в области астрономии способствовал высокий уровень развития этой науки в России.
Заметных результатов русская астрономия достигла в конце XVII-начале XVIII в. , когда становление новой науки в стране и создание национальных научных кадров были поставлены на уровень государственной задачи. Петр I, хорошо знакомый с научной астрономией своего времени, понимал значение этой науки для мореплавания, картографирования обширной территории Российской империи. Уже в начале XVIII в. в Навигацкой школе в Москве, а затем в Морской академии в Петербурге велась подготовка отечественных специалистов: опытных геодезистов и морских офицеров, имевших хорошие познания и в области астрономии. Воспитанники этих учебных заведений приняли участие в астрономо-геодезических экспедициях, предпринятых в первой четверти XVIII в. В значительной степени благодаря их работам на географические карты была нанесена большая часть территории России. Кроме того, эти экспедиции способствовали изучению страны, использованию ее природных богатств. Таким образом осуществлялась многосторонняя связь астрономической науки с решением практических задач в государственном масштабе.
Особенно велики заслуги в развитии отечественной астрономии в тот период Я. В. Брюса сподвижника Петра I. В 1700 г. по поручению Петра I он организовал в Москве в здании Сухаревой башни Школу математических и навигацких наук с астрономической обсерваторией, где проводил астрономические наблюдения. Являясь одним из первых пропагандистов учения Коперника в России, он в 1717 г. перевел на русский язык сочинение X. Гюйгенса Книгу мировоззрения или мнение о небесполезных глобусах и их украшениях. Брюс был инициатором систематического издания астрономических календарей в стране.
Труды Я. В. Брюса, В. О. Киприанова и других отечественных ученых подготовили дальнейший прогресс астрономической науки в России.
С момента своего основания Петербургская академия наук стала центром астрономических исследований. Здесь разрабатывались вопросы теоретической и практической астрономии. Начало астрономическим работам в Академии положил Ж. Н. Делил. Он принял активное участие в возведении обсерватории, которая разместилась в башне строящейся тогда Кунсткамеры. Обсерватория заняла четвертый и пятый этажи. Так называемая нижняя обсерватория, где находились более крупные инструменты: стенной и подвижный секстанты, стенной квадрант, астрономические часы, большой небесный глобус, занимала четвертый этаж. На пятом этаже помещалась средняя обсерватория с инструментами меньших размеров: гномонами, квадрантами, зрительными трубами и т. д. Верхней обсерватории достался шестой этаж; помещение было затемнено, ибо здесь была устроена камера-обскура, чтобы наблюдать в ней солнечные затмения. Этим оборудованием Академическая обсерватория располагала в 30-40-х годах.1
Первый руководитель Астрономической обсерватории Ж. Н. Делил заботился о подборе инструментов, которые не только приобретались за границей, но и изготовлялись талантливыми русскими мастерами, работавшими в Инструментальных мастерских Академии: А. И. и И. И. Беляевыми, П. О. Голыниным, Ф. Н. Кирютиным, Н. Г. Чижовым, А. И. К олотошиным и др. В 1735 г. после смерти Брюса его большое собрание астрономических инструментов и приборов было передано Петербургской академии наук для обсерватории.
Так, за сравнительно короткий срок за 10-12 лет Петербургская академия наук создала первоклассную обсерваторию, не уступавшую по оборудованию лучшим обсерваториям мира. Известный французский астроном XVIII в. Ж. Ж. Баланд назвал Астрономическую обсерваторию Петербургской академии одной из самых великолепных в Европе 2.
Ж. Н. Делил много занимался астрономическими наблюди Ноями, в том числе имеющими непосредственное отношение к определению географической долготы мест. Он положил начало службе времени в нашей стране. По его предложению с 1735 г. в Петербурге в полдень с бастиона Адмиралтейства, а позднее с Петропавловской крепости производился пушечный выстрел. Делил выступал пропагандистом учения о гелиоцентрическом строении Солнечной системы. Вместе с тем он уделял много времени подготовке русских астрономов и геодезистов. Среди его учеников был А. Д. Красильников, который вместе с другими учеными принял участие во Второй Камчатской экспедиции. Работы Красильникова получили высокую оценку Ломоносова. В 1764 г. он писал, что выполненные этим астрономом наблюдения, учиненные для измерения России от дальних Камчатских берегов до острова Даго в Европе, известны и одобрены от двух Делимей Ж. Н. Децилем и Л. Децилем де ал Кройером. Авт. , славных и искусных астрономов, и от профессора астрономии Грошева 3.
В 30-50-е годы астрономическая наука в Петербургской академии была представлена, помимо Делила, академиками Г. Гейн- зиусом, X. Н. Винсгеймом, А. Н. Гиршовым и др.
Уже в первые годы деятельности в Академии Ломоносов начал заниматься астрономией. Он с большим уважением относился к этой науке. Красота, важность, обширность, величие астрономии, писал ученый, не только возвышают дух мудрых, возбуждая их пытливость и усердие, не только прельщают умы граждан просвещенных и находящих отраду в науках, но и необразованную толпу приводят в изумление 4.
Возможно, что еще в Марбурге русский студент получил первые научные сведения по астрономии у Хр. Вольфа, который преподавал эту дисциплину в течение многих лет. Ломоносову были хорошо известны многие сочинения Вольфа, в которых, в частности, рассматривались проблемы астрономии и прикладной оптики. Так, в 1738 г. в Марбурге русский студент приобрел многотомный труд своего учителя Элементы всеобщей математики. Третий том этого издания содержал обширные сведения по астрономии, оптике, катоптрике, диоптрике и т. д. Труд Вольфа был предназначен не только для преподавания, но и для самостоятельных занятий. Он представлял собой энциклопедию физико- математических и технических знаний5. Кроме того, Ломоносову был знаком и обширный библиографический обзор книг по математике оптике астрономии гидростатике общей механике изданный Вольфом под названием Краткое наставление о наилучших математических сочинениях6.
Прикладная оптика особенно привлекала внимание Вольфа. Он написал предисловие к руководству по шлифовке стекол и изготовлению оптических приборов Х. Гертеля изданному в Галле в 1716 г. В Предисловии Вольф указывав какую огромную роль сыграли оптические приборы в развитии новейшего естествознания.
"Шлифовальные стекла, - писал Вольф, - споспешествовали точнейшему познанию натуры. Им обязяны мы тем, что в нынешние времена знаем о многих вещах, которые были сокрыты от древних". Вольф говорил о пользе оптических инструментов в мореходном деле, об определении с их помощью долгот и широт, об изменениях земного мередиана.7
Ломоносов, стремившийся к знаниям и практическому их использованию, без сомнения проявил живейший интерес к описанию различных инструментов и приборов, которые содержались в книгах Вольфа. Об этом свидетельствуют его работы по прикладной оптике, которым он уделял много времени, особенно в последние 810 лет своей жизни.
Одной из первых работ Ломоносова по возвращении в Петербург из Германии летом 1741 г. была диссертация Рассуждение о катоптрико-диоптрическом зажигательном инструменте, которую он представил в Академию в августе 1741 г. Однако никакого решения об этой работе молодого ученого не последовало, и она до 1758 г. пролежала в Академическом архиве, пока Ломоносов снова не занялся улучшением конструкций зажигательных инструментов и другими проблемами прикладной оптики8. Предложенная им в 1741 г. конструкция зажигательного инструмента, состоящего из большого числа собирательных линз в комбинации с плоскими зеркалами, была оригинальной, в то время никем из мастеров-оптиков и ученых такие инструменты не изготовлялись. . Молодой ученый был уверен в успехе и практической пользе разработанного им инструмента. Я убежден, писал он, что цель, к которой я стремлюсь, легко достижима. Он так объяснял преимущества нового инструмента: Тут не нужно потеть за отливкой огромных стекол и заниматься докучнейшим трудом, полируя их, ибо несколько меньших стекол произведут то же действие. Они потребуют сравнительно небольших расходов, а для их изготовления не нужно будет большого труда и усилий9.
В начале 40-х годов Ломоносов проявил себя не только как пытливый естествоиспытатель, но и как талантливый художник слова, утверждающий материальность происходящих в природе явлений и независимость их от человеческого сознания. К 1743 г. относятся два стихотворения, написанные молодым адъюнктом физики: Утреннее размышление о божием величестве и Вечернее размышление о божием величестве при случае великого северного сияния, в которых он раскрыл необъятную картину мироздания, высказал важные мысли о физической природе солнечной поверхности и бесконечности Вселенной. Он с поразительной глубиной описал бурные процессы, происходящие на Солнце, которые лишь во второй половине XIX в. были научно доказаны астрофизиками. Ломоносов в Утреннем размышлении. . . писал:
Когда бы смертным толь высоко
Возможно было взлететь,
Могло приблизившись воззреть,
Тогда со всех открылся стран
Горящий вечно Океан.
Там огненно валы стремятся
И не находят берегов,
Там вихри пламенны крутятся,
Борющись множество веков;
Там камни, как вода кипят,
Горищи там дожди шумят 10.
В Вечернем размышлении поэт-естествоиспытатель красочно воспроизвел картину наступления ночи:
Лучи от нас склонились прочь.
Открылась бездна звезд полна;
Звездам числа нет, бездне дна.
И здесь же он развивает идею о множественности миров:
Уста премудрых нам гласят
Там разных множество светов
Несчетны солнца там горят,
Народы там и круг веков;
Для общей славы божества
Там равна сила естества.11
что поэтом несомненным, глубоко чувствовавшим поэтом он становится тогда, когда смотрит на Вселенную не с точки зрения того или другого мифа, а с точки зрения современного ему естествознания, так хорошо ему знакомого 12.
Слова о божием величестве введены Ломоносовым в заглавия этих произведений главным образом по цензурным соображениям. Положенные в основу этих поэтических од материалистические представления о Вселенной, и в частности о небесных телах, вызывали нарекания со стороны церковников. В оде Утреннее размышление. . . ученый выдвинул революционную для своего времени идею о наличии на солнечной поверхности постоянно происходящих процессов изменения состояния вещества.
В дальнейшем новые методы исследования небесных тел полностью подтвердили эту догадку Ломоносова о природе солнечной поверхности и бесконечности Вселенной.
В 1744 г. внимание ученых многих стран, в том числе и России, привлекало появление кометы необычайной яркости. Наиболее обстоятельные наблюдения этой кометы провел профессор астрономии Петербургской академии Г. Гейнзиус. Результаты своих исследований он изложил в специальной работе на немецком языке. В целях устранения ложных толкований в народе о появлении комет Академия наук решила издать работу Гейнзиуса не только на немецком, но и на русском языке. Перевод был поручен Ломоносову. За короткое время молодой ученый успешно справился с заданием. Русский перевод Описания в начале 1744 года явившаяся кометы был опубликован в 1744 г. и свидетельствовал не только о хорошем знании Ломоносовым немецкого языка и искусства перевода, но и его большой эрудиции в области астрономии. Книга стала первой научно-популярной работой о кометах, вышедшей в России.
В последующие годы интерес Ломоносова к исследованию природы комет был связан с изучением атмосферного электричества. Отвергая теорию И. Ньютона о кометных хвостах как парах, истекающих из атмосфер комет под действием тепла солнечных лучей, русский ученый разработал оригинальную физическую теорию состава и строения комет и кометных хвостов, основанную на электрических явлениях. Свою теорию комет Ломоносов изложил в речи Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих, произнесенной 26 ноября 1753 г. на торжественном Публичном собрании в Петербургской академии. В течение долгого времени теория кометных хвостов, разработанная Ломоносовым, как отмечает советский исследователь П. Г. Кулаковский, была лучшей физической теорией комет.13
Ломоносов постоянно интересовался астрономической наукой и считал, что она, так же как геодезия, может успешнее, чем в любой другой стране, развиваться в России, над которою солнце целую половину своего течения совершает и в которой каждое светило, восходящее и заходящее, в едино мгновение видеть можно 14.
Ученого волновало состояние астрономической обсерватории Академии наук, в которой он видел базу для успешных работ. Поэтому он заботился о ее пополнении новейшими инструментами. Это было особенно важно в связи с тем, что в 1747 г. в Кунсткамере был большой пожар, уничтоживший верхние этажи здания, в том числе и астрономическую обсерваторию. Вместе с другими учеными Ломоносов приложил немало сил, чтобы восстановить ее и обеспечить необходимым оборудованием и инструментами.
В течение нескольких лет шло восстановление сгоревшей обсерватории. Только к концу 50-х годов она была приведена в порядок.
Астрономическую обсерваторию Академии наук М. В. Ломоносов и его ученики и соратники - Н. И. Попов, А. Д. Красильников и др. стремились использовать не только как научную базу для наблюдений, но и для подготовки отечественных астрономов.
Самым выдающимся достижением Ломоносова в области астрономии было открытие им атмосферы на Венере. Это открытие явилось результатом наблюдений редкого небесного явления прохождения Венеры по диску Солнца, которые были проведены Ломоносовым в 1761 г. с исключительным успехом.
В 1761 г. ученые многих стран Европы готовились к наблюдению прохождения Венеры, чтобы на основании полученных данных затем определить расстояние от Земли до Солнца. Ломоносов прекрасно понимал огромное научное значение этой проблемы. С большим энтузиазмом он взялся за организацию наблюдений на территории России. Впервые за 35 лет своего существования Петербургская академия наук участвовала в большом научном мероприятии наряду с Парижской академией и Лондонским королевским обществом.
В ноябре 1760 г. Ломоносов от имени Академии наук составил обширное донесение в Сенат об организации астрономических экспедиций. Он писал: При наступающем будущего 1761 года майя 26 дня весьма важном астрономическом наблюдении прохождения Венеры между Солнцем и Землею, которое способствовать имеет к немалому приращению астрономии и мореплавательной науки, здешняя императорская Академия наук как по должности своей, так и желая соответствовать ожиданию всех в Европе ученых людей, намерена по примеру Французской академии и Галинского социетета наук отправить для того ж наблюдения в самые отдаленные места Сибири. . . двух обсерваторов, а именно , профессора Никиту Попова, адъюнкта Степана Кумовского 15. По расчетам западноевропейских ученых, наиболее благоприятными для предстоящих наблюдений на территории России являлись районы Восточной Сибири.
Благодаря усилиям Ломоносова Сенат отпустил необходимые средства для снаряжения и отправки двух астрономических: экспедиций в Сибирь. Ученый разработал инструкции, которыми должны были руководствоваться Попов и Шумовский в предстоявших наблюдениях.
Много сил и энергии затратил Ломоносов и на организацию наблюдений прохождения Венеры в Петербурге. Перед русскими ; астрономами была поставлена очень важная практическая задачу получить данные для уточнения параллакса Солнца, тем самым внести свой вклад в определение расстояния от Земли до Солнца. Однако руководитель академической обсерватории профессор физики Ф. У. Т. Эпинус не желал допустить к наблюдениям русских ученых. Чтобы сломить сопротивление Эпинуса и его сторонников, Ломоносову потребовалось добиться указа Сената, в котором русским ученым А. Д. Красильникову и Н. Г. Курганову разрешили проводить наблюдения прохождения Венеры вместе с Эпинусом. Эпинус, однако, на таких условиях отказался участвовать в этих наблюдениях.
В дальнейшем противники Ломоносова организовали целую кампанию, которая имела целью опорочить результаты наблюдений русских астрономов, и в первую очередь Красильникова и Курганова, не только в России, но и за рубежом. По этому поводу Ломоносов с гневом писал: Не довольно того, что внутрь домашних пределов произвели они такое беспокойство, но и во внешние земли оное простерли. Парижский астроном Пингре напечатал о санкт-петербургских наблюдениях весьма поносительное, и видно, что он наущен от здешних Красильникову и Курганову соперников16. Ломоносов понимал, что наблюдения Красильникова и Курганова по точности и полноте не уступали выполненным зарубежными специалистами. Ученый и сам провел серию наблюдений прохождения Венеры. Не предусмотренные программами экспедиций и исследований ученых других стран, эти наблюдения привели Ломоносова к выдающемуся открытию к установлению существования атмосферы на Венере. К изучению этого редкого астрономического явления Ломоносов подошел с астрофизической точки зрения. Для выполнения предстоящих работ он использовал собственную небольшую обсерваторию, расположенную во дворе его дома на набережной Мойки такие малые астрономические обсерватории вблизи своих домов имели многие ученые Петербурга.
Астролябия, изготовленная Ф. Н. Тирютиным, середина XVIII в.
М. В. Ломоносов так сообщал о произведенных им наблюдениях 26 мая 1761 г.: Господин коллежский советник и профессор Ломоносов любопытствовал у себя больше для физических примечаний, употребив зрительную трубу о двух стеклах длиною в 41/2 фута.
К ней присовокупленно было весьма не густо копченое стекло, ибо он намерился только примечать начало и конец явления и на то употребить всю силу глаза, а в прочее время прохождения дать ему отдохновение17 огненный ободок феномен, который теперь называют явлением Ломаносова 18.
Явление, послужившее основанием для вывода о наличии атмосферы на Венере, огненное кольцо вокруг планеты при вступлении ее на солнечный диск и при схождении с него было замечено и другими учеными. Но правильное и вполне точное толкование смог дать только Ломоносов: готовясь к наблюдениям прохождения, он поставил задачу о физических примечаниях и решил ее. Увиденное и верно описанное Ломоносовым оптическое явление световой каймы вокруг диска Венеры, находящейся вне солнечного диска, было детально изучено во время последующих прохождений планеты. По словам советского ученого В. В. Шаронова, суть великого открытия состоит в том, что, обнаружив световой ободок, он дал ау глубокое и, как мы теперь знаем, совершенно правильное объяснение, приписав его возникновение эффекту рефракции, т. е. преломлению солнечных лучей в атмосфере Венеры.19
Солнечные часы, изготовленные Н. Г. Чижовым, 50 годы XVIII в.
Открытие Ломоносовым атмосферы на утренней планете явилось началом развития в России нового научного направления, изучающего природу планет и спутников Солнечной системы. Он заложил основы астрофизической науки в России.
Ломоносов и в дальнейшем интересовался Венерой. В 1762 г. он намеревался проводить исследования, сделав модель этой планеты для демонстрации пятен 20. Установление наличия атмосферы на Венере имело большое значение для развития космологических теорий ученого, для подтверждения его идеи о множественности населенных миров.
Раскрывая сущность редких астрономических явлений и широко пропагандируя результаты своих открытий, Ломоносов использовал их для борьбы с предрассудками. Он пытался ответить на вопрос: могут ли гелиоцентрическое учение и идея о множественности обитаемых миров противоречить церковному учению Нередко легковерием наполненные головы слушают и с ужасом внимают, иронически отмечал он, что при таковых небесных явлениях пророчествуют бродящие по миру богаделенки, кои не токмо во весь свой долгий век о имени астрономии не слыхали, да и на небо едва взглянуть могут, ходя сугорбясь. Таковых неосмысленных прорекательниц и легковерных внимателен скудоумие ничем, как посмеянием, презирать должно21. Ученый со знанием дела утверждал, что идолопоклонническое суеверие держало астрономическую Землю в своих челюстях, не давая ей двигаться, и астрономы принуждены были выдумывать для изъяснения небесных явлений глупые и с механикою и геометрией прекословящие пути планетам, циклы и эпициклы круги и побочные круги22. Ломоносов привел пародийное стихотворение об остроумном поваре, который быстро решил спор Двух астрономов:
Случилось вместе два астронома в пиру,
И спорили весьма между собой в жару.
Один твердил: Земля, вертясь, круг Солнца ходит;
Другой что Солнце все с собой планеты водит;
Один Коперник был, другой слыл Птолемей23 .
Тут повар спор решил усмешкою своей.
Хозяин спрашивал: Ты звезд теченье знаешь?
Скажи, как ты о сем сомненье рассуждаешь?
Он дал такой ответ: - Что в том Коперник прав,
Я правду докажу, на Солнце не бывав.
Кто видел простака из поваров такого,
Который бы вертел очаг кругом жаркого?24
учение и идея о множественности миров, ; подчеркивал ученый, не противоречат церковному учению, что физические рассуждения о строении мира служат к прославлению божию и вере не вредны. Таким образом ученый стремился избежать нападок церковников. Однако он здесь же указал и на безграничность научного в отличие от богословского понимания мира. Коперник, писал ученый, возобновил, наконец, солнечную систему, коя имя его ныне носит, показал преславное употребление ее в астрономии, которое после Кеплера, Невтон и другие великие математики и астрономы довели до такой точа носит какую ныне видим в предсказании небесных явлений, чего по земностоятельной (птолемеевой. - Авт.) системе отнюдь достигнуть невозможно 25.: Характерна судьба открытия Ломоносовым атмосферы на планете Венере. Несмотря на то что это сочинение русского ученого было опубликовано как на русском, так и на немецком языке, за рубежом оно осталось незамеченным. Петербургская академия ; наук не стремилась сделать открытие Ломоносова достоянием всего ученого мира. Слишком сложной и напряженной была обстановка в ее стенах. Правда, сам Ломоносов еще раз подтвердил это открытие в 1764 г. в отчете о своих научных и литературных работах: Наблюдения физические, при прохождении Венеры по Солнцу учиненные, где примечена великая атмосфера около Венеры, что и другие обсерваторы в Европе согласно приметили 26.
Прошло 30 лет и открытие атмосферы на Венере было приписано немецкому наблюдателю И. И. Бретеру и английскому астроному В. Гершелю. В 90-х годах XVIII в. они обнаружили явление удлинения рогов серпа Венеры, что также служит одним из доказательств существования на ней газовой оболочки.
Однако отечественные ученые XIX в. Д. М. Перевощиков, Н. А. Любимов, Ф. А. Бредихин и др. не раз отмечали приоритет Ломоносова в этом вопросе. Так, известный русский астроном XIX в. Д. М. Перевощиков писал: . . . Ломоносов весьма основательно объяснил их наблюдения ободка существованием атмосферы около Венеры. Спустя тридцать лет, после небольшой полемики между Бретером и В. Г. Гершелем, эти знаменитые астрономы согласились в существовании атмосферы около Венеры, что еще позже подтвердил Арагон. Итак, Ломоносову принадлежит честь первого открытия атмосферы около Венеры.27
Армилярная сфера, XVIII в.
Микроскоп, XVIII в.
В своих астрономических работах русский ученый выступал как крупный знаток этой отрасли знания. Он глубоко понимал не только задачи дальнейшего изучения небесных явлений, но и пути, которые приведут к использованию результатов науки в общественное практике. Примером этого могут служить его труды по прикладной оптике. В 1762 г. в речи Об усовершенствовании зрительных труб Ломоносов писал: Так как астрономия, занимаясь изучением природы светил, составляет большую и притом важнейшую часть физики и для своего усовершенствования нуждается в помощи оптики, а именно в астрономических трубах, то я всегда лелеял желание, чтобы эти превосходные небесные орудия коих изобретение составляет славу Ньютона и Гюегоои не по размерам только как это обычно происходило возрастали но получили и иные, почерпнутые из сокровищ оптики усовершенствования, которые позволили бы применять их с большей пользой 28.
Земной глобус, XVIII в.
Проблемами прикладной оптики Ломоносов интересовался в течение всей творческой деятельности. Начав в 1741 г. с написания диссертации Рассуждение о катоптрико-диоптрическом зажигательном инструменте, он собирался продолжить экспериментальные оптические исследования и в последующие годы. Так, в 1748 г. , чтобы чинить физические и ботанические обсервации, ученый просил Канцелярию Академии наук выдать ему микроскопы простые и сложные29. После постройки Химической лаборатории он в основном проводил химические исследования, среди которых большое место занимала проблема природы света и теории цветов, имеющая прямое отношение к оптике. Ломоносов много внимания уделял изготовлению цветных смальт и цветного стекла.
Тесную связь своих химических исследований с оптикой он подчеркнул в 1751 г. в Слове о пользе химии.
К середине 50-х годов Ломоносов разработал теоретическую и экспериментальную части исследования о свете и цветах.
В июле 1756 г. в торжественном Публичном собрании Академии наук он прочитал Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее. Эта речь была издана в том же году30. Ученый, объясняя сущность своей теории, писал в Обзоре важнейших открытий, которыми постарался обогатить естественные науки Михайло Ломоносов, что им предполагается новая элементарная система и выводится новое, доселе неизвестное, свойство первичных элементов, обозначенное названием совмещение; утверждается, что оно причина весьма многих явлений природы, обусловленных мельчайшими корпускулами31. Предположения ученого о единой природе световых и электрических явлений, а также явлений теплового излучения и их связи между собой, мысли об электрической природе света, о существовании резонанса между светом и веществами, высказанные в Слове о происхождении света. . . , получили развитие лишь в XIX в.
Свою теорию цветов Ломоносов широко использовал для решения многочисленных задач, возникавших в процессе производства цветных стекол и смальт. С опубликованием Ломоносовского Слова о происхождении света. . . были заложены основы новой области науки цветоведения.
Интенсивная работа в области химии, физики и других наук в 40-х-начале 50-х годов не позволила Ломоносову вплотную заняться оптическими исследованиями. Только в середине 50-х годов он приступил к конструированию оптических приборов и до конца своих дней не прекращал этих занятий. В 1756 г. он изготовил одно из выдающихся творений в области инструментальной оптики так называемую ночезрительную трубу. Принцип нового аппарата был основан на применении сгущения для увеличения эффективности зрительной трубы в ночных условиях. В мае того же года он продемонстрировал на заседании Академического собрания машину для сгущения света, изготовленную по его проекту русскими мастерами в Инструментальных, мастерских Академии наук. Прибор, представленный ученым, предназначался для того, чтобы различать в ночное время скалы и корабли 32. В отчете о своих работах за 1756 г. Ломоносов писал: Изобретен мною новый оптический инструмент, который я назвал никотоптической трубой tubus nycotopticus; оный должен к тому, чтобы ночью видеть можно было; первый опыт показывает на сумерках ясно те вещи, которые простым глазом не видны, и весьма надеяться можно что старанием искусных мастеров может простереться до такого совершенства какого ныне достигли телескопы и микроскопы от малого начала 33.
Ломоносов за изучением природы цветов. Линогравюра Н. Г. Наговиципа, 1958г.
Однако конструкция оптического инструмента, разработанного Ломоносовым, вызвала возражения со стороны некоторых ученых Академии, Не поняв сущности нового изобретения, С. Я. Шумовский неправильно информировал о нем Л. Эйлера. Особенно резко выступил против Ломоносовского прибора Ф. У. Т. Эпинус, видный физик, занимавшийся вопросами геометрической и инструментальной оптики. Ломоносов упорно доказывал свою правоту, но ученые не могли прийти к единому мнению, так как спорили о разных вещах. Критики Ломоносова опирались лишь на геометрическую оптику, вполне достаточную для расчетов на матовое стекло.
действия его прибора был основан на законах физиологической оптики. Ломоносов, писал С. И. Вавилов, был прав, интуитивно догадываясь о специфичности действия увеличения трубы в ночных условиях.34
Дискуссия вокруг изобретения Ломоносова продолжалась более трех лет. В итоге она помешала сделать этот прибор достою- наем широких научных кругов. В 1759 г. И. И. Шувалов передал Ломоносову новую английскую трубу, в которой ученый усмотрел реализацию своего предложения, лишавшую его приоритета. Огорченный, он писал Шувалову в июле 1759 г.: Сей ущерб чести от моих трудов стал мне вдвое горестен, для того что те, которые сие дело невозможным почитали, еще и поныне жестоко, с досадительными словами спорят, так что видя не видят и слыша не слышат 35. Только в 1764 г. Ломоносов смог изготовить: несколько ночезрительных труб для нужд экспедиция, отправлявшихся на поиски северо-западного морского пути 36.
Неудачи и трудности не укротили конструкторского пыла Ломоносова. Он продолжал разработку новых инструментов и приборов. Невзирая НАТО, сообщал он Шувалову в 1759 г. , стараюсь произвести в действие еще новый оптический инструмент, которым бы много глубже видеть можно было дно в реках и в море, нежели как видим просто. Коль сие в жизни человеческой полезно, всяк удобно рассудить может 37. Этим оптическим прибором стала гироскопическая труба Ломоносова. Ученый понимал ее практическую необходимость, поэтому даже предложил Петербургской академии наук выдвинуть в качестве конкурсной задачи конструирование гироскопической трубы.
В 1760-1762 гг. Ломоносов много внимания уделял проблемам теоретической и практической оптики, химии и технологии производства оптического стекла и сплавов для металлических зеркал мореходной астрономии. В своей домашней лаборатории и мастерской ученый конструировал и создавал различные оптические инструменты. Так появились его конструкции однозеркального телескопа, усовершенствованных двухзеркальных зрительных труб, микроскопов, звездного фотометра, камеры-обскуры и т. д. Изучив проблемы точного местонахождения в море, Ломоносов спроектировал специальный инструмент морской жезл, служащий к точному определению времени на мое 38. Ученый намеревался посвятить этому инструменту целую книгу, поместив в нее таблицу ошибок морских часов для каждой минуты облегчающую пользование морским жезлом Ломоносов мыслил писать эта книгу так, чтобы ей заинтересовались не только в России но и в других странах где развито мореплавание Книгу подчеркивал описать по латыни а употребление инструмента и таблиц на российском, латинском, французском, аглицском, шпанском, голландском.39 В изготовлении приборов и инструментов Ломоносову помогали талантливые отечественные мастера Петербургской академии: И. И. Беляев, Ф. Н. Кирютин, Н. Г. Чижов и др.
Астрономические инструменты XVIII в. в музее. В. Ломоносова
В начале 60-х годов Ломоносов продолжал работать над совершенствованием конструкций зеркальных телескопов. Ему принадлежит идея создания первого в мире горизонтального телескопа, который был снабжен сидеростатом. В этом инструменте зрительная труба располагалась неподвижно в горизонтальном положении, а свет от небесных светил направлялся в нее посредством плоского вращающегося зеркала. Такие горизонтальные телескопы стали входить в употребление лишь во второй половине XIX в.
В 1762-1763 гг. Ломоносов изобрел новую систему отражательного телескопа. После многолетнего употребления существовавших в его время зеркальных телескопов системы И. Ньютона и Д. Грегори ученый пришел к заключению, что они обладают рядом существенных недостатков, главным из которых является наличие в их конструкции малого отражательного зеркала, значительно уменьшающего размеры действующего отверстия инструмента, а следовательно, и его световую силу. Ломоносов провел ряд экспериментов и разработал собственную конструкцию зеркального телескопа. В речи Об усовершенствовании зрительных труб он писал: Рассматривая конструкцию труб, содержащих металлические зеркала и стеклянные линзы, я пришел к мысли, что они нуждаются в устранении скорее некоторого избытка, чем недостатка: а именно, что надо удалить малое отражающее зеркало. Возникла необходимость придумать, каким образом, по его удалении, можно направить фокус зеркала, служащего объективом, к линзам окуляра, и каких от этого можно ожидать результатов, а также проверить это испытанием 40.
Ломоносов разработал собственную конструкцию зеркального телескопа, оптическая система которого состояла только из одного вогнутого зеркала и окуляра. Путем наклона главного зеркала по отношению к оптической оси всего лишь на 4о Ломоносов устранил необходимость крепления дополнительных зеркал. Свой телескоп он назвал катадиоптрической зрительной трубой и так оценивал значение своего изобретения: Новоизобретенная мною катадиоптрическая зрительная труба тем должна быть превосходное невтонианской и григорианской, что 1 работы меньше, для того что малого зеркала не надобно, а потом 2 и дешевле, 3 не загораживает большого зеркала и свету не умаляет, 4 не так легко может испортиться, как вышеописанные, а особливо в дороге, 5 не тупеют и не путаются в малом зеркале коего нет и не надобно лучи солнечные, и тем ясность и чистота умножается. 6 новая белая композиция в зеркале к приумножению света способна.41
В 1758 г. Ломоносов возглавил Географический департамент Петербургской академии наук. Основной задачей этого учреждения было составление полного географического атласа России.
В связи с работами по созданию Атласа России Ломоносов заинтересовался вопросами усовершенствования способов астрономических наблюдений, используемых для определения географических координат. В 1761 г. он написал работу Новый, весьма легкий и точный способ находить и наносить полуденную линию, в которой предложил заменить используемые для этой цели наблюдения соответственных высот Солнца до полудня и после полудня наблюдениями близких К-полюсу звезд во время их наибольшего удаления от меридиана. Сконструированный Ломоносовым специальный инструмент представлял собой астрономический квадрант с приспособленным к нему секстантом так, чтобы плоскость его была пеппенликулянна к плоскостям кналпанта Труба квадранта располагалась так что она одновременно салу- жила квадранту для нахождения высот звезд и могла также двигаться вместе с квадрантом по дуге, разделенной на градусы42.
астрономо-геодезических работ.
В течение многих лет Ломоносов занимался приложением астрономической науки к мореплаванию. Сохранившиеся документы свидетельствуют о постоянном внимании ученого к усовершенствованию навигационных методов исследований. В 1754 г. среди тем, названных для выступления на торжественных Публичных собраниях Академии наук, он предложил следующие: Способы, как вернее определить ход корабельный и всякого мореплавателя путь употреблять с большим приращением знания в мореплавании, О способе точного измерения курса корабля в море. В отчете о своих трудах за 1754 г. Ломоносов указывал, что им изобретены некоторые способы к рысканию долготы и широты на море при мрачном небе 43.
Интерес Ломоносова к проблемам мореплавания не случаен. Бывший помор, совершавший опасные морские плавания, он хорошо знал трудности отважных путешественников. Поэтому он стремился, пользуясь достижениями науки, поимо, чье мореплавателям в их нелегком деле. Все свои знания он направлял на разработку новых, более совершенных методов ориентации на море, изобретая необходимые приборы и инструменты.
В 1759 г. он подготовил речь Рассуждение о большей точности морского пути, которую прочитал в торжественном Публичном собрании Академии наук в мае того же года. В период работы над Рассуждением. . . ученый сконструировал для лучшего объяснения своей речи оптические инструменты, изготовленные по его указанию академическими мастерами. Чтобы сделать свое исследование доступным для ученых других стран, он перевел его на латинский язык, внеся некоторые поправки. Затем эта работа была напечатана как на русском, так и на латинском языках44.
Рассуждение о большей точности морского пути явилось одним из замечательных исследований великого русского ученого, опередившим науку XVIII в. на целое столетие и во многом не утратившим своего значения и до настоящего времени. Ломоносов в своем труде пытался решить некоторые вопросы ученого мореплавания. Он выдвинул проблему усовершенствования ориентировки на море посредством астрономических наблюдений; создал оригинальную конструкцию нового инструмента с искусственным горизонтом; применил принцип использования карданов подвеса в предложенной им конструкции корабельной обсерватории; предложил для упрощения изготовления морских квадрантов и повышения точности наблюдений заменить стеклянные зеркала металлическими и т. д. Ломоносов, отчетливо представляя все трудности мореплавания, подчеркивал, что борьбу с ними должны облегчить мореходные инструменты и более совершенные методы кораблевождения. Он писал: Все сии бедствия почти от одной неисправности мореплавания происходят, которое для того от самых древних времен за достойное прилежания к лучшему приведению почитается.45
. . целую главу. Основую задачу этого учрежденния ученый видел в том, что-бы общим советом установили,что и как впредь исследовать должно 46.
земному магнетизму, гравиметрии и пр.
Материалы этой работы Ломоносов использовал при написании другого труда, посвященного освоению Северного морского пути.
В последние годы жизни Ломоносов выступил организатором и научным руководителем морской экспедиции для отыскания пути из Северного Ледовитого океана в Тихий. Идею снаряжения такой экспедиции ученый изложил в Кратком описании разных путешествий по северным морям и показание возможного проходу Сибирским океаном в Восточную Индию, написанном в 1763 г.47
С. Я. Румовский
с исправлениями и добавлениями в Инструментальных мастерских Академии наук были изготовлены многие астрономические приборы и инструменты: квадранты, зрительные трубы и пр.
Б. Иноходцев
Постоянное внимание уделял Ломоносов обучению астрономии штурманов для предстоящей экспедиции. Он разработал смециальную программу их подготовки, которая предусматривала, в частности, обучение употреблению Гадлеева квадранта для взятия высот и расстояния звезд от Луны и Луны от Солнца. . . по сим находить долготу на море48.
Для участников" экспедиции, которую было поручено возглавить командору В. Я. Чичагову, Ломоносов разработал Примерную инструкцию морским командующим офицерам, отправляющимся к соисканию пути на Восток Северным Сибирским океаном".
Наряду со многими наставлениями он предложил учинить самые наиприлежнейшие обсервации для назначения долготы и широты места, записывать 1) состояние воздуха по метеорологическим инструментам; 2) время помрачения Лавы и Солнца; 3) глубину и течение моря. . . 49.
В астрономии, как и во многих других отраслях знания, русский ученый далеко опередил свое время. Труды Ломоносова в области астрономии и прикладной оптики отличались глубиной и многообразием. Являясь передовым естествоиспытателем, он и в астрономии проявил большие способности, высказал идеи, далеко опередившие науку того времени. Он был крупным астрономом, астрофизиком, приборостроителем, и значительные успехи отечественной астрономической науки к середине 60-х годов XVIII в. были связаны с именем Ломоносова.
Отмечая огромные заслуги Ломоносова в развитии оптики, С. И. Вавилов писал: Перед нами совершенно жизненно и реал но выступает фигура замечательного оптика, мыслителя и теоретика в этой области и вместе с тем неустанно оригинального конструктора, овладевшего химической и механической стороной практической оптики 50.
Примечания
1. Ченакал В. Л. Астрономическая обсерватория Петербургской академии наук в конце 30-х годов XVIII в. В кн.: Историко-астрономические исследования. М 1956, выпи. 2, с. 149, 151.
3. Ломоносов M. В. Полн. собр. соч. M.: Л. , 1957, т. 10, с. 305-306.
4. Там же. М. ; Л. , 1955, т. 4, с. 473475.
5. Морозов А. А. М. В. Ломоносов: Путь к зрелости, 17111741. М. ; Л. , 1962, с. 271.
6. Там же, с. 282.
8. Летопись жизни и творчества М. В. Ломоносова. М. ; Л. , 1961, с. 50; Ломоносов М. В. Полн. собр. соч. М. ; Л. , 1950, т. 1, с. 86101.
10. Там же. М. ; Л, 1959, т. 8, с. 117 118.
11. Там же, с. 120, 121.
13. Кулаковский П. Г. М. В. Ломоносов астроном и астрофизик. М. , 1961, с. 59.
14. Ломоносов М. В. Полн. собр. соч. , т. 8, с. 254.
15. Там же. М. ; Л. , 1955, т. 9, с. 349.
16. Там же, т. 10, с. 306.
18. Шаронов В. В. Ломоносов как организатор наблюдения прохождения Венеры по диску Солнца в 1761 г. в России и открытие им атмосферы Венеры в кн.: Ломоносов: сб. статей и материалов. М.; Л. 1960 т. 4 с. 23
19. Там же, с. 26
20. Ломоносов М. В. Полн. собр. соч. , т. 4, с. 464.
21. Там же, с. 370.
23. Ломоносов допустил здесь некоторую неточность: фраза Другой что Солнце все с собой планеты водит соответствует системе Мира Тихо Браге, а не Птолемея. См.: Там же, с. 774.
24. Там же, с. 371-372.
25. Там же, с. 373, 372.
26. Там же, т. 10, с. 398.
28. Ломоносов М. В. Полн. собр. соч. , т. 4, с. 475.
29. Там же, т. 9, с. 321.
31. Там же, т. 10, с. 410.
33. Ломоносов М. В. Полн. собр. соч. , т. 10, с. 393.
34. Вавилов С. И. Ночезрительная труба М. В. Ломоносова. В кн.: Ломоносов. М. ; Л. , 1946, т. 2, с. 77.
35. Ломоносов М. В. Полн. собр. соч. , т. 10, с. 534.
36. Перевалов В. А. Ломоносов и Арктика. М. ; Л. , 1949, с. 487.
38. Там же. с. 399.
39. Там же, т. 4, с. 450.
40. Там же, с. 475.
41. Там же, с. 407.
43. Там же, т. 10, с. 391.
44. Там же, т. 4, с. 123-319.
45. Там же с. 126.
46. Там же, с. 161-162. Т
48. Там же, с. 611.
49. Там же, с. 534.
50. Вавилов С. И. Собр. соч. М. , 1956, т. 3, с. 175.