Первые наблюдения в зрительную трубу

Впервые зрительная труба была направлена на небо в 1609 г. гениальным Галилеем, изготовившим трубу собственными руками. Восхищенный теми открытиями, которые ему удалось сделать на небе с помощью этого инструмента, он поспешил напечатать подробный рассказ о них.

Далее мы приводим краткое извлечение из этого рассказа.

«Предлагаю в этом малом сочинении нечто великое для рассмотрения и размышления каждому изучающему природу; говорю «великое», основываясь на важности предмета, на новизне его, от века не слыханной, а также и на том, что дело идет об орудии, делающем весьма многое доступным нашему глазу Великое, конечно, дело – узнать о существовании бесчисленного множества новых, невиданных до сих пор неподвижных звезд, далеко превосходящих численностью те, которые до настоящего времени могли быть усмотрены невооруженным зрением. Восхитительно смотреть на луну, удаленную от нас почти на 60 земных радиусов, как если бы она отстояла только на 2 таких радиуса. Смотря на луну при таких условиях, всякий заметит, что она не имеет гладкой, полированной поверхности, но представляет неровности и возвышения, подобно земной поверхности, покрыта огромными горами, глубокими пропастями и обрывами. Прекратить все споры о Млечном пути и обнаружить его истинный состав не за малое, полагаю, должно быть почитаемо. Скажу об открытии 4 блуждающих звезд[21], которые никто не наблюдал еще до нас; эти светила обращаются в определенные периоды времени около одной из известных планет, подобно тому как Венера и Меркурий обращаются вокруг Солнца. Все это я открыл несколько дней назад при помощи придуманного мною зрительного снаряда.

«Тому назад около десяти месяцев дошел до меня слух, что каким-то голландцем устроен инструмент, благодаря которому предметы, находящиеся на далеком расстоянии, кажутся как бы близ нас помещенными и могут быть рассматриваемы с ясностью. Действие этого удивительного снаряда подвергнуто было многим опытам, достоверности которых одни верили, другие нет. Все это так заинтересовало меня, что я посвятил все свои труды на изыскание научных начал и средств, которые делали бы возможным устройство инструмента подобного рода, и скоро нашел желаемое, основываясь на законах преломления света.

«Прежде всего я приготовил себе свинцовую трубку, в оконечности которой вставил по стеклу, из которых одно было плоско-выпуклое, другое – плоско-вогнутое. Приближая затем глаз к вогнутому стеклу, я нашел, что предметы, на которые была направлена труба, увеличиваются и как бы приближаются; именно, все предметы казались в три раза ближайшими и, следовательно, в девять раз большими, чем они представляются нам, когда смотрим на них невооруженным глазом. После этого я устроил другую, более совершенную трубку, увеличивавшую отдаленные предметы более чем в 60 раз. Наконец, не щадя труда и издержек, я дошел до того, что приготовил себе такую трубку, которая увеличивала предметы в 1 000 раз и таким образом приближала их на расстояние, более чем в 30 раз ближайшее действительного. Было бы совершенно бесполезным говорить, какие выгоды представляет такой снаряд как на суше, так и на море. Но, оставив земные предметы, я с моим орудием обратился к небесным и прежде всего взглянул на луну, приблизившуюся ко мне на расстояние лишь двух земных радиусов. Затем с неописуемым наслаждением я много раз наблюдал неподвижные и блуждающие звезды.

«Достойно замечания различие в виде планет и неподвижных звезд при наблюдении через трубу. Планеты представляются маленькими кружками, резко очерченными, как бы малыми лунами; неподвижные же звезды не имеют определенных очертаний, но бывают окружены как бы дрожащими лучами, искрящимися, подобно молнии. Труба увеличивает только их блеск, так что звезды пятой и шестой величины делаются по яркости равными Сириусу, самой блестящей из неподвижных звезд. Вследствие этого труба открывает нам почти невероятное количество светил, укрывавшихся доселе от невооруженного зрения.

«Третий предмет, обративший наше внимание, был Млечный путь, состав которого благодаря зрительной трубе обнаруживался до того ясно, что теперь можно все споры, мучившие философов в продолжение стольких веков, считать разрешенными очевидностью. Млечный путь есть не что иное, как тесное собрание бесчисленного множества звезд; в какое бы место Млечного пути ни была направлена труба, везде нам представляется громадное множество звезд; многие довольно велики и явственно видимы, а с ними необозримое множество мельчайших.

«Остается, – что за главное почитаю, – сообщить об открытии и наблюдении четырех планет, от начала мира до наших времен никогда не виданных. 7 января 1610 г., в первом часу ночи, наблюдая небесные светила, я, между прочим, направил на Юпитер мою трубу и благодаря ее совершенству увидел недалеко от планеты три маленькие блестящие звездочки, которых прежде не замечал. Эти светлые точки были приняты мною за неподвижные звезды. Через восемь дней я опять направил трубу на Юпитер и увидел, что расположение звездочек значительно изменилось. С величайшим нетерпением ожидал я следующей ночи, но небо в эту ночь было со всех сторон покрыто облаками. На десятый день я снова увидел звездочки… (Галилей описывает далее новое расположение звездочек и позднейшие свои наблюдения: звездочек оказалось четыре.)

«Вследствие этого я уже без колебания решил, что существуют четыре светила, обращающиеся около Юпитера, подобно тому как Венера или Меркурий обращаются около Солнца».

Теневые портреты

Здесь приложен портрет Пушкина, исполненный довольно необычно: что должно быть светлым, изображено черным, а все тени, наоборот, – светлые (рис. 88).

Рис. 88. Необычайный портрет Пушкина

Рис. 89. Еще один необычайный портрет

Нельзя сказать, чтобы это было красиво; вы предпочли бы рисунок с естественным распределением света и теней. Ваше желание нетрудно исполнить.

Смотрите на портрет, устремив взгляд в какую-нибудь точку близ его середины. Считайте при этом примерно до восьмидесяти и затем быстро перенесите взгляд на белый потолок или стену: вы увидите там, правда всего на мгновение, больших размеров портрет, в котором свет и тени размещены уже вполне правильно, т. е. обратно тому, что изображено на наших портретах (рис. 88 и 89).

Причина этого интересного явления кроется в том, что оболочка, выстилающая заднюю стенку нашего глаза и принимающая изображения предметов, утомляется от действия света. Однако те участки этой оболочки, на которые приходятся темные части изображения, не утомляются (потому что черный свет есть не что иное, как отсутствие света). Когда после рассматривания нашего портрета взгляд переносится на светлую стену, то утомленные участки глазного дна, где раньше действовал свет, не воспринимают ничего, они отдыхают. Неутомленные же участки, отвечавшие черным местам портрета, хорошо воспринимают белую поверхность. Оттого-то вы и видите, пока глаз не отдохнул, прежнюю картину, но с обратным распределением черных и белых пятен.

Если у вас есть цветные карандаши или краски, вы можете сделать опыт еще интереснее. Нарисуйте какую-нибудь фигурку, например, синего цвета. Рассматривая ее, как в предыдущем случае, и затем быстро перенося взгляд на потолок, вы увидите на нем ту же фигуру, но уже не синего, а желтого цвета. Вообще это изображение будет окрашено в цвет, «дополнительный» к цвету вашего рисунка (что такое «дополнительный цвет» было уже объяснено ранее, на с. 73).

Зажигание льдом

Мальчиком я любил смотреть, как старший мой брат зажигал папироску увеличительным стеклом. Подставит стекло под лучи солнца, наведет яркое пятнышко на кончик папиросы, – она и задымится синеватой струйкой, затлеет.

– А знаешь, – сказал мне брат как-то зимой, – можно ведь и льдом зажечь папироску.

– Льдом? – изумился я.

– Зажигает, конечно, не сам лед, а солнце, но лед собирает его лучи, вот как это стекло.

– Ты, значит, хочешь сделать зажигательное стекло из льда?

– Сделать из льда стекло я не могу, да и никто не может, но сделать из льда зажигательную чечевицу – это мы сможем.

– Что это такое чечевица?

Рис. 90. Таз для изготовления ледяной чечевицы

– Придадим льду такую форму, как у этого стекла, вот и получится чечевица; круглая, выпуклая, посередине толстая, по краям тонкая.

– И будет зажигать?

– Будет зажигать.

– Но ведь она холодная!

– Ничего не значит. Хочешь, попробуем?

Брат начал с того, что велел мне принести таз для умывания. Я принес, но брат забраковал его.

– Не годится: дно плоское. Надо с кривым дном. Когда я принес другой таз, брат налил в него чистой воды и выставил на мороз.

– Пускай промерзнет до дна; тогда у нас и будет ледяная чечевица: одна сторона – плоская, другая – выпуклая.

– Такая большая?

– Чем крупнее, тем лучше: больше солнечных лучей соберет в одну точку.

На другой день с утра я побежал поглядеть на наш таз. Вода в нем замерзла до дна.

– Славная будет чечевица! – говорил брат, постукивая по льду пальцем. – А теперь давай вынимать ее из таза.

Это оказалось делом нехитрым. Брат поставил ледяной таз в другой, где налита была горячая вода, и лед быстро оттаял у стенок. Мы вынесли таз со льдом на двор и выложили чечевицу на доску.

– Погодка хорошая, – сказал брат, щуря глаза на солнце. – Самая подходящая для зажигания. Ну-ка, держи папироску!

Брат установил чечевицу на садовой скамейке, прислонив краем к перекладине спинки. Долго примеривался он, прежде чем удалось ему направить яркое пятно от чечевицы на папироску. Когда пятнышко останавливалось на моих руках, я чувствовал, какое оно горячее. Я уже не сомневался, что льдина зажжет папироску.

И действительно, когда пятнышко покрыло конец папиросы и продержалось там с минуту, она затлелась, и от нее пошел синеватый дымок.

– Ну, вот мы и зажгли льдом, – сказал брат, беря тлеющую папиросу в рот. – Так можно хоть на самом полюсе зажечь костер без спичек, были бы дрова!

Три пуговицы

Положите рядом три одинаковые пуговицы или монеты. То, что я сейчас предложу вам сделать с ними, кажется с первого взгляда очень простым. Тем неожиданнее будет то, что вы узнаете потом. Вот эта задача: выдвиньте среднюю пуговицу (монету) вниз настолько, чтобы между нею и каждою из остальных двух был промежуток, равный расстоянию между наружными краями боковых пуговиц.

Вы должны полагаться при этом только на свой глаз и не прибегать к помощи циркуля и бумажки. Большой точности от вас не требуется; если ошибетесь на сантиметр, то задачу будем считать решенной верно.

Рис. 91. Кажущееся (неправильное) решение задачи с тремя монетами

Ваше решение, вероятно, было приблизительно такое, как на рис. 91. Оно как будто вполне отвечает задаче, не правда ли? Но попробуйте измерить расстояния бумажкой или циркулем. Окажется, что вы ошиблись чуть не в полтора раза!

На рис. 92 показано правильное расположение пуговиц (монет), несмотря на то, что для нашего глазомера оно кажется, совсем неправильным.

Рис. 92. Правильное решение задачи с монетами

Чем крупнее кружки, тем обман зрения поразительнее. Опыт удается и в том случае, если взять неодинаковые кружки, например, монеты разного достоинства.

Четырехугольники

Вы признать затруднитесь квадратами четырехугольные фигуры на рис. 93: бока у одной вдавлены, у другой выпуклы.

Так судит ваш глаз. Но он ошибается: все три четырехугольника – геометрически правильный квадраты.

Рис. 93. Прямые ли стороны у этих четырехугольников?

Причина обмана зрения – линейчатый фон, на котором начерчены эти фигуры.

Что больше?

Рассмотрите рис. 94. На нем выделены две параллельные линии – ab и cd. Если у вас спросят, какая длиннее, вы без колебаний скажете, что первая, ab. Но смерьте их бумажкой: вы убедитесь, что обе одинаковой длины! Причина обманчивого неравенства – окружающий фон. Первая линия изображает высоту комнаты, вторая – высоту шкафа. А так как шкаф явно ниже комнаты, то мы и считаем линию cd короче ab.

Рис. 94

Вот обман зрения в том же роде: на рис. 95 левая картинка кажется больше правой. Но скопируйте их и переставьте правую на место левой. Вы ожидаете, что теперь будет больше правая картинка. Оказывается, что и на этот раз крупнее левая. На самом же деле картинки в точности одинаковы по величине; все дело в обмане зрения.

Рис. 95. Какая картинка больше?

Обманы зрения на сцене

Обманами зрения нередко пользуются фокусники, чтобы показывать на сцене свои необычайные «номера». Мне довелось раз присутствовать при борьбе фокусника с «привидением». Происходило это так:

Вместе с другими я вошел в зал; мы сели и начали смотреть на сцену, где стоял фокусник. Вдруг рядом с ним, неизвестно откуда, явилась прозрачная фигура, которая двигалась, как живая. Фокусник выхватил шпагу и храбро кинулся на фигуру. Но сколько ни рубил, ей ничего не делалось: шпага разрезала призрак, не оставляя следа. Фокусник даже несколько раз прошел через фигуру насквозь, словно через воздух, а она оставалась цела.

В действительности на сцене, разумеется, никакой прозрачной фигуры не было. Между публикой и сценой стояло наклонно большое стекло, такое гладкое и так хорошо вычищенное, что, глядя на сцену, его не замечают: оно прозрачно, как воздух. А внизу перед сценой невидимо для публики помещался человек, помощник фокусника, одетый в широкое белое платье. Эта-то фигура, хорошо освещенная, отражается в стекле, как в зеркале, только не так отчетливо. Публике же кажется, будто на сцене призрак; отражение нельзя ведь поранить или разрезать шпагой. Вот еще пример того, как фокусники пользуются обманами зрения. Фокусник приказывает «невидимому духу» подать ему табурет – и в воздухе тотчас же повисает затребованный предмет. Все, что ни понадобится фокуснику, таким же загадочным образом появляется в воздухе и по требованию фокусника сразу же исчезает.

Здесь секрет в том, что задняя стена сцены затянута черной материей, на фоне которой помощник фокусника, также весь закутанный в черное, остается для публики совершенно невидимым. Он-то и подает затребованные предметы; а когда надо, чтобы они исчезли, он набрасывает на них черную материю, которая на черном заднем фоне неразличима для глаз зрителей.

Вопреки тяжести

Помощью зеркала вы можете удивить товарищей, показав им маленькое чудо: шары, вкатывающиеся вверх по крутому уклону, словно бы тяжесть для них не существовала. Само собою разумеется, что это будет обман зрения.

Рис. 96. Кажется, будто шар катится вверх

Вам придется смастерить из картонного ящика маленький театр. Рис. 96 показывает, как он должен быть устроен. В передней стенке делается большой вырез – удаляется вся ее верхняя половина. На уровне нижнего края выреза прилаживается перегородка. В нижней, скрытой от зрителя половине ящика устанавливают наклонно доску с извилистым желобом. Доска эта должна отражаться в зеркале, помещенном над нею так, чтобы зритель мог его видеть между кулисами на «сцене». Когда вы сзади будете скатывать шарика по наклонной доске, зрителю покажется в зеркале, что они вкатываются вверх!

Чтобы опыт вышел эффектнее, нужно над доской оставить для освещения достаточное отверстие и катать много шариков разных цветов по нескольким желобам сразу.

Зрительные обманы в природе

Существуют обманы зрения, которые не подстраиваются кем-либо намеренно, а возникают в природе сами собой. Таковы, например, те миражи, которые случается видеть нередко путешественникам в знойных пустынях.

Вот описание миража в африканской пустыне:

«Утром и вечером земля имеет обыкновенный вид. Между вами и ближайшими селениями вы видите только землю. Но с того часа, как почва достаточно нагреется солнцем, и до самого вечера земля вдалеке от вас словно покрывается водою. Селения кажутся островами посреди обширного озера. Под каждым селением видно его перевернутое, несколько туманное изображение, как если бы перед вами была отражающая поверхность воды. Когда вы подходите к селению ближе, берег кажущейся воды уходит назад; тот морской залив, который как будто отделял вас от селения, становится уже и наконец пропадает вовсе. Но тогда то же самое повторяется с новым селением, видимым дальше».

Эта несуществующая вода – обман зрения: нагретый воздух над раскаленным песком пустыни отбрасывает лучи света наподобие зеркала, и оттого кажется, что земля вдали залита водой, в которой и отражаются предметы.

Рис. 97

Случаются миражи и иного рода, когда далекие предметы, например, корабли на море, как бы отражаются не от нижних, а от верхних слоев воздуха. Тогда видны в небе над настоящими кораблями их перевернутые отражения. Иной раз видны бывают на небе даже два отражения далекого корабля – одно прямое, другое перевернутое. Такие миражи нередки в наших странах.