ИЗДАТЕЛЬСТВО
«МИР»

IT'S ALL DONE WITH
MIRRORS
by
IRVIN D. GLUCK
DOUBLEDAY & COMPANY, INC.
GARDEN CITY, NEW YORK
1968

и. глюк
И ВСЕ ЭТО ДЕЛАЮТ
ЗЕРКАЛА
Перевод с английского
Н. В. МИЦКЕВИЧА
ИЗДАТЕЛЬСТВО „МИР"
МОСКВА 1970

УДК 52-ЬбЗ
Увлекательно и живо написанная книга И. Глюка
посвящена зеркалам — их истории, применению в быту и
повседневной жизни и их неожиданно большой роли в
современных научных исследованиях и практических приложениях.
Тот, кто захочет узнать, как зеркала позволили
проникнуть в глубины Вселенной на миллиарды световых лет, как
зеркала помогают космонавтам и как в современном лазере,
прожигающем лист стали, используются все те же зеркала,
с удовольствием и пользой для себя прочтет эту интересную
книгу.
Scan AAW
Редакция космических исследований, астрономии и геофизики
Инд. 2-6-9
95-70

Нет, вас никто, Зеркале, не осмыслил,
В душу никто к вам еще не проник.
Вы — словно пропасти, вы — словно выси,
Вы — замороженный времени миг.
В залах пустынных сумерки вянут,
И в отраженьях весь мир так далек...
В глубь недоступного очарованья
Вступает люстра-шестнадцатирог.
Чудится часто, что, прихоть любя,
Вы, посторонних отринув пугливо,
Вдруг затянули кого-то в себя;
А для красы в вас последний сюрприз:
Вы приковали ее, чтоб — о диво! —
В бездне раскрылся Прекрасный Нарцисс.
Райнер Мария Рильке
ПРИГЛАШЕНИЕ В ЗАЗЕРКАЛЬЕ
В одной из книжек Льюиса Кэрролла рассказывается о
приключениях маленькой Алисы в фантастической забавной
стране по другую сторону зеркала. Может быть, вы читали
это повествование, в котором детская наивность причудливо
сочетается с отточенной иронией? Конечно, Кэрролл ничего
не говорил о действительных свойствах зеркал. Он изобрел
Зазеркалье лишь для того, чтобы было куда отправить
Алису,— ведь как раз эту страну можно населить самыми
удивительными существами и вместе с тем она здесь, рядом
(Гулливеру приходилось отправляться куда дальше!)- Из этой
страны к нам скачут быстрые световые зайчики, часто ярко
расцвеченные и иногда жаркие, как огонь. Стоит лишь
заглянуть в нее, как навстречу спешит наш старый знакомый, ее
всегдашний обитатель. С ним мы на редкость невежливы —
даже не поздоровавшись, начинаем критически изучать его
внешность. И для каждого из нас этот обитатель свой,
особенный! Говорят, что когда-то в глубокой древности он
настолько зачаровал греческого юношу Нарцисса, что тот так
и зачах над зеркальной поверхностью ручья.
Сострадательные боги превратили его, как вы догадываетесь, в наш
любимый, изящный и ароматный цветок.
Но бывает, что мы не можем сразу отличить чудесную
страну от обычного, нашего мира и оказываемся неприятно
поражены, когда наталкиваемся на свое отражение там, где,
по нашему убеждению, находится открытая дверь. В зеркало,
как в распахнутое окно, врывается откуда-то буйный ветер
фантазии, принося причудливые образы из сказок Гофмана,
шамиссовского Шлемиля, делая постижимым невозможное и

6
Приглашение в Зазеркалье
окрашивая действительность во все цвета удивительной
радуги. И так хочется, чтобы познание реальных и вечных
законов зеркал не заставило поблекнуть эти цвета — чтобы
наши глаза всегда были широко открыты навстречу
Удивительному, а Знание не означало бы Сухости и Безразличия.
В нашем быстро меняющемся мире можно жить и
удивляться. Не приспосабливаться ко все время меняющемуся
прокрустову ложу познанной действительности, а спорить с этой
действительностью на равных, смеяться, когда смешно, и
плакать, когда грустно. В этом, собственно, и состоит
мудрость жизни — в простоте и ненарочитости. Поэтому не
нужно делать умного лица, входя в Зазеркалье.
Но какое оно — Зазеркалье? Было бы странно, если бы,
каждодневно пользуясь услугами зеркал, мы не захотели
поближе познакомиться с их маленькими, средними и даже
большими хитростями. В книжке Глюка, которую вы держите
в руках, кое-что о них рассказано. Это — простейшая книжка
в ряду тех, из которых можно почерпнуть знания о зеркалах,
поэтому с нее можно начать. Читая ее, нужно все же иметь
какое-то терпение, не следует скакать через строки, надеясь
дойти до чего-то «'самого интересного». Каждому интересно
то, что он в силах понять, но что он еще не настолько знает,
чтобы оно набило ему оскомину. Отсюда: интерес требует
подготовки; чтобы заинтересоваться плодом Древа Познания,
надо хоть немного вкусить от него. Но, если вы, выходя в
поход, неспособны видеть в пролетающей вороне древнего
птеродактиля, а в кустах орешника — диких зарослей
Амазонки, вам грош цена как туристу и открывателю. Иными
словами: ищите сами и находите те яркие краски, в которые
должен быть одет Мир! Читая, думайте, а думая —
фантазируйте!
В самом деле, что такое свет? Древние греки думали, что
это — встречи двух потоков: один струится от Солнца, а
другой— из наших глаз; там, где они сливаются, и возникает
феномен Зрения. Позднее решили, что второй поток — от
лукавого, и что свет — движение чего-то от Солнца, от
раскаленного волоска лампы, от святлячка, летящего над травой-
Этот поток рассеивается на всем, что бы ни встретилось на
его пути, и, достигнув нашего глаза, впитывается им,
сообщая что-то о всех предметах, на которых он побывал. Что же
это за поток? Мельчайшие частицы, много меньшие, чем те

Приглашение в Зазеркалье
7
пылинки, которые беспечно танцуют в лучах? Или волны, как
на воде, разбуженной падением камня? Наука не возникла
сразу, как Афина Паллада из головы Зевса Громовержца.
Было время, когда думали, что свет — поток частиц, было и
так, что считали его потоком волн. Все это было. Теперь мы
знаем, что свет — и частицы, и волны вместе. Нет, это не
смесь, так было бы слишком банально и прямолинейно.
Мы знаем, что свет —это особое состояние материи, в
котором материя одновременно обладает и свойствами частиц,
и свойствами волн, и бесполезно пытаться представить себе
это образно, в виде какой-то лубочной наглядной картинки.
Этот «дивный дар природы вечной» — один из лучших и
характернейших примеров квантового явления, и притом
релятивистского, неразрывно связанного с теорией
относительности. Недаром изучение света, именно света привело к
рождению двух замечательных областей современной физики —
теории относительности и квантовой механики. А зеркала,
Зазеркалье — только начало пути, который ведет к Свету.
Найдите еще книжки о свете и прочтите их, они принесут
вам много приятных часов. Например, такие:
С. Толанский, Оптические иллюзии, «Мир», М., 1967;
С. Толанский, Удивительные свойства света, «Мир»,
М., 1969;
М. Миннарт, Свет и цвет в природе, 2-е изд., Физмат-
гиз, М., 1969;
Дж. Грегг, Опыты со зрением, «Мир», М., 1970.
Дальше — глубже- Возьмите книгу А. Эйнштейна и Л. Ин-
фельда «Эволюция физики», там рассказано и о тех законах
природы, раскрыть которые помог свет. После этого можно
перейти и к серьезным курсам оптики, которые уже не будут
казаться такими скучными: в крови у вас начнут шевелиться
антигены, не дающие заснуть над книжкой с формулами и
графиками.
Да, скажете вы, теория — это очень хорошо, но нельзя ли
немножко практики? Как, например, насчет того, чтобы
сделать телескоп? По книжке Глюка вы его едва ли сами
сделаете, если под рукой у вас чудом не окажется подходящего
металлического зеркала. Поэтому придется пойти в
библиотеку (книжки о телескопах долго не залеживаются на
прилавках) и взять там хорошее руководство: М. С. Н а в а-
шин, Самодельный телескоп-рефлектор, ГИТТЛ, М., 1953.

8
Приглашение в Зазеркалье
Кроме того, найдите руководство по астрономии, например:
П. Г. Куликовский, Справочник астронома-любителя,
ГИТТЛ, М. — Л., 1949. А в содержательной и оригинальной
книжке Г. Рея «Звезды» (изд-во «Мир», 1969) вы сможете
найти много полезных советов, что и как наблюдать на небе
простым глазом—это пригодится еще до того, как ваш
телескоп обретет собственное зрение.
Многие другие устройства, опыты и фокусы, описанные
в книжке Глюка, вы сможете воспроизвести сами гораздо
легче, без дополнительной литературы и специального
оборудования. Будем надеяться, что дома у вас скоро будет
действовать свой оптический практикум, приносящий радости и
огорчения, а главное — опыт и прочные знания.
Мир велик и разнообразен, а Зазеркалье — это тоже Мир.
Физики думают, что это — в каком-то особом смысле
«Антимир». Тем интереснее! Эта книжка — для тех, кто вступает
в физику и в астрономию, для школьников, для пытливой,
ищущей молодежи.
Добро пожаловать в Зазеркалье!
Я. Мицкевич

ПРЕДИСЛОВИЕ
Способность зеркал отражать окружающий мир изумляла
людей уже несколько тысяч лет назад, когда были сделаны
первые зеркала. Люди, по-видимому, удивлялись этому еще
намного раньше, когда единственными зеркалами на свете
были зеркальные поверхности озер и тихих заводей.
В новое время роль зеркал стремительно возросла,
особенно в астрономии, в космических кораблях, в
измерительных приборах и в установках, превращающих солнечный свет
в теплоту и электричество.
«И все это делают зеркала»,— так говорят иногда, желая
свести к шутке объяснение удивительных фокусов или
непонятных операций. Это непонимание принципа работы зеркал
часто сопутствует такому же незнанию их широчайшего
применения в современной жизни. Мне кажется, что книга,
посвященная ликвидации этого пробела, принесет пользу.
Точно так же, как в прошлом конструкция зеркал
отражала состояние науки, так и сегодня прогресс науки и
техники находит отражение в широком использовании зеркал в
телескопах, дальномерах, спутниках, солнечных
нагревателях, в технике связи и в медицине.
Часто говорят, что зеркало не лжет, но это утверждение
не соответствует истине: наверно, такое заблуждение
порождено сказкой о злой и стареющей Королеве, которой
волшебное зеркало без обиняков заявило, что по красоте ей уже
не сравниться с Белоснежкой. В действительности зеркала
лгут, они говорят полуправду, искажают, переворачивают,
выворачивают, закручивают изображения, растягивают или

10
Предисловие
сжимают их, придавая им причудливые формы. Зеркала
бывают только трех основных видов: плоские, вогнутые и
выпуклые, но ими можно создавать великое множество
эффектов, иллюзий и фокусов и забавляться от души.
Однако это не означает, что использование зеркал
сводится только к демонстрации фокусов и иллюзий. Свое
«несерьезное» поведение зеркала компенсируют тем, что могут
с удивительной точностью направлять лучи света в цель.
Поэтому их часто применяют в качестве вернейших и
точнейших измерительных приборов. И конечно, даже то, как они
искажают и, в частности, растягивают изображения, находит
важные применения в оптике.
Задачи этой книги — объяснить, как это происходит, и
показать, какое множество применений находят зеркала.
Будем надеяться, что широкий круг читателей: школьники,
студенты, любители науки — найдут здесь мысли, которые
привлекут их внимание, пробудят интерес, а может быть, и
приведут к новым самостоятельным опытам.

Глава 1
ЗЕРКАЛА ВОКРУГ НАС
Проснувшись сегодня утром, вы, возможно, первым делом
взглянули на себя в зеркало.
Может быть, вы остались довольны тем, что вы там
увидели, или наоборот были неприятно поражены, но скорее
всего вы вообще не отреагировали, так как еще не проснулись
окончательно. Однако вы наверняка не удивились тому, что
перед вашим взором вдруг удивительным образом возник ваш
двойник, причем в натуральную величину. Ведь вы всю свою
жизнь, с самого детства смотрелись в зеркало и потому
привыкли считать его обычным предметом обихода вашей
повседневной жизни.
Когда вы в раннем детстве впервые глянули в зеркало, то,
наверное, изумились неожиданному появлению в нем
незнакомца ваших же лет, который с откровенным любопытством
глазел на вас и повторял каждое ваше движение. Может
быть, вам даже захотелось потрогать невежливого гостя.
Когда же вы убедились, что это невозможно, вы по наивности
могли искать своего неуловимого гостя позади зеркала — там,
где, казалось, должно находиться его постоянное, но
недосягаемое убежище.
По мере того как вы взрослели, вы привыкали к
хитростям и своенравию зеркал. Вы постоянно обнаруживали у них
новые интересные свойства. Вероятно, вы помните, как
пользовались своим первым карманным зеркальцем, чтобы пускать
солнечные зайчики. Какое это было чудесное приспособление
для сигнализации! И как занятно было ловить и отражать
солнечный луч. Зайчики попадали в цель (чаще всего в глаза
ничего не подозревавшего приятеля) точно и
незамедлительно, достаточно было легкого поворота руки!
Когда вас впервые привели к парикмахеру, в зеркалах на
противоположных стенах зала отразился бесконечный ряд
мастеров, стригущих волосы бесконечному ряду одинаковых
ребят. А когда вы подносили к зеркалу книжку, то видели в
нем «зеркальное письмо», которое превращалось снова в

12
Глава 1
обычное, если смотреть на него через второе зеркало. В
магазине готового платья система повернутых друг к другу под
углом зеркал позволяла вам увидеть себя в новом костюме
сразу спереди, сбоку и сзади.
ВСЮДУ, ВСЮДУ ЗЕРКАЛА
Но роль зеркал вовсе не ограничивается удовлетворением
нашего тщеславия или теми фокусами, которые с ними можно
проделать. Если бы значение зеркал сводилось лишь к этому,
им едва ли стоило бы посвящать целую книгу. Но зеркала
являются основной частью сотен приспособлений, полезных
и необходимых в жизни нашего цивилизованного общества.
В фотоаппаратах, телескопах, микроскопах, биноклях,
увеличителях, дальномерах — везде используются зеркала. С их
помощью доктора заглядывают нам в глаза, уши, горло и т. д.
Моряки используют зеркала в секстантах, которыми они
«нацеливаются» на Солнце, чтобы определить свою широту и
долготу, т. е. положение своего корабля. Зеркалами оснащены
перископы подводных лодок, чтобы можно было следить за
поверхностью воды. В солнцезащитных очках, смотровых
глазках, в приборах для научных измерений, при цветной
киносъемке используются такие зеркала, которые
одновременно и отражают, и пропускают свет.
Если зеркало искривить, у него появляется множество
интересных и полезных свойств. Так, вогнутое зеркало дает
увеличенное изображение лица, и вы им пользуетесь, когда
бреетесь, выщипываете брови и вообще прихорашиваетесь.
Такие зеркала бывают также в телескопах, прожекторах,
микроскопах, фотокамерах, солнечных нагревателях, а в
последнее время — в лазерах и на космических кораблях.
Выпуклое зеркало дает уменьшенное изображение
предметов. При этом наше поле зрения увеличивается, что позволяет
охватить взглядом сразу больший угол, чем может наш
невооруженный глаз. Такие зеркала используются в телескопах
некоторых типов, в фотокамерах, в качестве зеркал заднего
вида у автомобилей и как садовое украшение.
Не все знают, что искривленное зеркало часто может
играть роль линзы. Как и линза, оно изменяет направление
световых лучей. Многие даже предпочитают пользоваться
зеркалами, так как они проще в оптическом отношении и дешевле

Зеркала вокруг нас
13
в изготовлении. Преимущество зеркала в том, что в нем всего
одна оптическая поверхность, поэтому шлифовка его
обходится дешевле, и оптикам и ученым приходится решать
меньше проблем, чем при пользовании линзами.
В исследовательских и заводских лабораториях во многих
чувствительных и точных приборах используются зеркала, и
измерения, выполненные с их помощью, являются предельно
тонкими и точными. В чутких электрических системах
используется отражение света, чтобы усилить едва уловимые
движения катушек под действием слабых магнитных сил,
вызванных ничтожными электрическими токами. Чувствительные
зеркала, которыми снабжены сейсмографы, записывают на
фотобумаге отраженным световым лучом колебания земной
коры, пришедшие с огромных расстояний. Зеркала,
подвешенные на тончайших нитях, показывают, что между всеми
телами действуют слабейшие, не поддающиеся обнаружению
обычными способами силы гравитационного притяжения.
Интерферометры, состоящие в основном из точнейших зеркал,
используются для измерений, точность которых недоступна
нашим лучшим измерительным приборам: линейкам и
микроскопам.
ЗЕРКАЛО ШЕСТВУЕТ СКВОЗЬ ВЕКА
Зеркала сыграли свою роль и в реальной жизни и в
художественной литературе. Они начали выполнять свое
назначение с тех пор, как была замечена способность спокойной
воды отражать. В природе нет зеркал, так что озера, реки и
пруды служили единственными отражателями, пока люди не
научились добывать блестящие металлы из руд и мастерить
из них грубые отражатели.
Древнеримский философ Плиний сообщает о стеклянных
зеркалах, которые делали финикийцы более чем за 1500 лет
до н. э. Но уже задолго до этого в ходу были металлы, так
что почти наверное металлические зеркала существовали
намного раньше.
Зеркала времен древнегреческой и римской цивилизаций
были изготовлены большей частью из полированной бронзы,
хотя были известны и стеклянные зеркала. Существует
легенда, что древнегреческий математик и физик Архимед сделал
огромное вогнутое зеркало и попытался зажечь с его

14
Глава 1
помощью деревянные суда вражеского римского флота,
направив собранные этим зеркалом солнечные лучи на их
паруса. Если эти сведения верны, то его можно назвать
изобретателем длиннофокусного4 солнечного нагревателя. Однако
сомнительно, чтобы Архимед мог достичь своей цели,
пользуясь зеркалами того времени.
В ранние века христианства, когда женщины заботились
о своей внешности не меньше, чем сегодня, они носили с
собой маленькие зеркала в качестве обязательной
принадлежности туалета. Такие зеркала часто делались из золота и
серебра и были предметом гордости богатых дам. В средние века
был изобретен способ покрывать стекло тонким слоем серебра
или стали, что сделало зеркала доступными более широкому
кругу людей.
Но лишь в эпоху итальянского Возрождения, золотой век
развития искусств, началось массовое изготовление
стеклянных зеркал, особенно в Венеции. Венецианская стекольная
промышленность и по сей день пользуется мировой
известностью. Для покрытия стекла в Венеции пользовались смесью
олова и ртути. Эта пастообразная смесь называется
амальгамой; ее намазывают на стекло и получают отражающую
металлическую поверхность. Такая техника изготовления
зеркал применяется во многих местах и сегодня.
Первоначально умели делать только маленькие зеркала,
потому что еще не был известен способ изготовления больших
листов стекла. Те немногие большие зеркала, которые изредка
изготовлялись, стоили исключительно дорого. Известно, что
зеркало размером полметра на метр, которое теперь можно
купить рублей за десять, стоило тогда дороже, чем некоторые
картины мастеров Возрождения.
РОЛЬ ТЕЛЕСКОПА
Изготовление зеркал приобрело большое научное
значение с изобретением телескопа в начале XVII столетия. В
первом телескопе, изобретенном, как считается, голландскими
оптиками Янсеном и Липперсгеймом, зеркала вообще не
использовались— этот телескоп содержал лишь линзы. Это
были просто две линзы, помещенные на некотором расстоянии
друг от друга в полой трубе и дававшие увеличенное и
перевернутое изображение удаленных предметов.

Зеркала вокруг нас
15
Примерно тогда же был изобретен и микроскоп. Он стал
вторым важнейшим инструментом научного исследования.
Телескоп и микроскоп открыли пытливому разуму человека два
новых мира: внешний, макромир (т. е. космос), и внутренний,
микромир (т. е. мир живых существ, слишком малых, чтобы
их можно было разглядеть невооруженным глазом). Оба эти
инструмента сыграли революционную роль в развитии нашей
науки.
Первый (линзовый) телескоп был усовершенствован
итальянским ученым Галилео Галилеем, которому иногда ошибочно
приписывается изобретение телескопа. Тем не менее он
оставался еще очень грубым инструментом с точки зрения наших
современных требований. Другие астрономы, в особенности
Иоганн Кеплер и Христоф Шейнер, увеличили светосилу и
улучшили качество изображения этого
телескопа-рефрактора— инструмента, в котором изображение получалось
искривлением пути световых лучей. В XVII столетии такие
телескопы-рефракторы были основным инструментом, с помощью
которого астрономы получали сведения, необходимые для
развития представлений о строении Вселенной.
Телескоп-рефрактор обладал серьезными недостатками,
ограничивающими его применимость для изучения далеких
областей космоса. Прежде всего невозможно изготовить
линзы таких размеров, чтобы они собирали достаточно света от
далеких звезд. Качество шлифовки стекла линз также было
низким. Но самая большая трудность состояла в том, что все
линзы обладают свойством диспергировать, т. е. разлагать
белый свет на все цвета радуги, т. е. на целый спектр. В
оптике это называют хроматической аберрацией, и это свойство
присуще любому стеклу. Даже в наши дни оптики всякий раз
сталкиваются с этой проблемой. Хроматическая аберрация
приводит к тому, что у изображения появляется цветная
кайма и оно становится размытым.
РЕФЛЕКТОР НЬЮТОНА
В 1672 г. Исаак Ньютон, крупнейший научный мыслитель
своего времени, пришел к заключению, что невозможно
построить телескоп-рефрактор, который удовлетворил бы запросы
астрономов при наблюдении далеких звезд и изучении
строения наших соседей — планет и их спутников. У Ньютона

16
Глава 1
родилась мысль применить в качестве объектива вогнутое
зеркало вместо выпуклой линзы (рис. 1).
Зеркало Ньютоца, выполняющее роль отражателя, т. е.
рефлектора, удалось сделать намного больше, чем линзу, так
что оно могло собирать гораздо больше света. Более того, оно
не разлагало свет на цвета спектра, так как зеркала не
подвержены хроматической аберрации, этому пороку всех линз,
W
>—
Плоское
зеркало у[—
Лучи от далекого
объекта
> ^^^^^^Y-^1
__ <— ' Do8K\/moe Jpl
зеркало Щ
Фокус
Окуляр
Рис. 1. Телескоп-рефлектор системы Ньютона. Светосила и качество
изображения такого телескопа лучше, чем у телескопа-рефрактора.
ибо зеркала одинаково отражают лучи всех цветов. В
телескопе-рефлекторе Ньютона было еще небольшое плоское
зеркало, отражавшее свет, собранный объективом, под прямым
углом к оси трубы, где изображение рассматривалось через
окуляр.
Использование зеркал ознаменовало важный шаг в
развитии астрономии, так как легче изготовить большое зеркало,
чем большую линзу, и легче собрать больше света. Поэтому
рефракторы были надолго вытеснены рефлекторами. Лишь
позднее, когда были разработаны усовершенствованные сорта
стекла, удалось сконструировать и улучшенные рефракторы,
хотя ни один из них уже не смог состязаться по своим
размерам с большими рефлекторами, построенными по мере
развития науки.
Самый первый рефлектор был очень маленьким; теперь
типичный рефлектор системы Ньютона имеет зеркало
диаметром 15 см с фокусным расстоянием 120 см. Фокусным
расстоянием называется расстояниемежду зеркалом и плоскостью, где

Зеркала вокруг нас
17
строится первичное изображение. Зеркало Ньютона было
сделано из сплава олова и меди, который так и называют
зеркальным сплавом. Хотя оно и не страдало хроматической
аберрацией, оно имело сферическую аберрацию. Этот дефект
состоит в том, что лучи, отраженные от края зеркала,
собираются в иной точке, чем лучи, отраженные от его
центральной части. Этот порок на практике преодолим, если вогнутое
зеркало не сферической формы, а параболической. Чем
больше диаметр зеркала, тем больше опасность, что изображение
будет испорчено сферической аберрацией. Тем не менее
рефлектор Ньютона со сферическим зеркалом благодаря простоте
изготовления остается и сегодня основным типом телескопа.
В большинстве любительских и профессиональных
телескопов до сих пор используется первоначальная ньютоновская
конструкция.
В дальнейшем астрономы, признав преимущества зеркал
перед линзами, усовершенствовали зеркальные телескопы.
В телескопе, сконструированном Н. Кассегреном, в качестве
объектива использовано параболическое зеркало с отверстием
в центре. Свет, отраженный объективом, падает на небольшое
выпуклое зеркало, помещенное на пути приходящих лучей,
которое в свою очередь снова отражает свет, направляя его
в окуляр через отверстие в объективе. Преимущество такой
конструкции в том, что возрастает фокусное расстояние
объектива телескопа, а вместе с тем и его увеличение. Кроме того,
разглядывая изображение, наблюдатель смотрит в ту же
сторону, куда направлен сам телескоп, тогда как, работая с
рефлектором Ньютона, приходится располагаться сбоку от
телескопа. Система Кассегрена использована в некоторых
современных телеобъективах для фотокамер, когда требуется
получить снимки удаленных предметов с большим
увеличением.
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕЛЕСКОПА
С течением времени создавались все более крупные
телескопы-рефлекторы, так как астрономы поняли, что только
очень большие зеркала могут собрать заметное количество
света, скудно доходящего до нас от далеких областей
бесконечной Вселенной. В 1723 г. Дж. Гадлей, изобретатель
морского секстанта, построил ньютоновский рефлектор с фокусным

18
Глава 1
расстоянием более полутора метров и 230-кратным
увеличением. Другой английский астроном В. Гершель обнаружил
позднее, что можно увеличить количество отраженного
зеркалом света, взяв сплав, содержащий на одну часть олова
две части меди. Гершель, кроме того, построил рефлектор с
фокусным расстоянием 12 м. Диаметр зеркала составлял
120 еж, а весило оно больше тонны.
В 1845 г. лорду Россу удалось построить рефлектор с
поперечником зеркала 180 см; это было рекордное по тому
времени точно отшлифованное зеркало. По своим качествам
рефлектор Росса стоит в одном ряду с современными
прецизионными телескопами.
На этом этапе искусство изготовления зеркал для
телескопов поднялось на новую ступень благодаря развитию
чувствительного метода контроля за точностью формы
искривленных зеркальных поверхностей. Этот метод принадлежит Леону
Фуко, французскому физику, проделавшему много важных
экспериментов, в числе которых доказательство вращения
Земли вокруг оси. Метод Фуко, известный как метод «лезвия
ножа», прост, точен и чувствителен. Все лучи света, падающие
на вогнутое зеркало, отражаются обратно на ту поверхность,
на которой находится их источник. Наблюдение получающегося
при таком отражении изображения позволяет определить
характер отражающей поверхности и точность ее шлифовки.
Метод «лезвия ножа» позволяет шлифовать большие
объективы для телескопов с высокой степенью точности и
используется по сей день как один из важных методов контроля в
прецизионной оптике.
Во второй половине XIX столетия как теоретическая
оптика, так и производство оптического стекла получили
большое развитие. Поэтому телескопы-рефракторы вновь
привлекли к себе внимание. В 1865 г. Алван Кларк в Америке
построил рефрактор, линза объектива которого имела диаметр
45 см. В 1873 г. появился 65-см рефрактор. В 1888 г. Ликская
обсерватория в Калифорнии (США) приобрела у фирмы
Кларка 90-см рефрактор. В 1897 г. Джордж Хэйл построил
для Йеркской обсерватории в Висконсине (США)
крупнейший по тем временам 100-см рефрактор.
Однако большой вес объективов больших рефракторов
породил неразрешимые инженерные и оптические трудности.
Невозможно было добиться того, чтобы гигантские линзы не

Зеркала вокруг нас
19
прогибались под действием собственного веса. К тому же они
не способны были собрать достаточно света, чтобы астрономы
могли получить с их помощью требующуюся информацию о
далеких областях безбрежной Вселенной. В результате
рефлекторы снова вошли в моду, и внимание исследователей
сосредоточилось на изготовлении больших зеркал.
Все крупные телескопы, построенные в XX столетии, были
рефлекторами. Три из них (150-сж и 2,5-ж рефлекторы
обсерватории Маунт Вилсон и 5-м рефлектор обсерватории Маунт
Паломар) построены под руководством Джорджа Хэйла. Ъ-м
телескоп Хэйла на Маунт Паломар — самый большой и
знаменитый в мире. Его изготовление, потребовавшее более 20 лет,
явилось непревзойденным достижением телескопостроения.
Паломарский инструмент используется теперь почти
исключительно для фотографирования далеких галактик и
туманностей.
НОВЫЙ ТИП ОТРАЖАТЕЛЬНОГО ТЕЛЕСКОПА
В 1931 г. Карл Янский, инженер-электрик, работавший в
лабораториях фирмы «Белл телефон», открыл, что через
атмосферу Земли к нам из космоса проникают радиоволны.
Янский хотел выяснить, где находятся источники шумов
и помех при дальней радио- и телефонной связи. Качество
передач во время этих сеансов связи было низким главным
образом из-за высокого уровня шумов. Он обнаружил, что
помехи нельзя отнести за счет одних лишь атмосферных
условий и что они меняются в течение дня. Наиболее
характерные шумы, как заключил Янский, возникают с каждым днем
на 4 минуты раньше, чем накануне. Это согласуется с тем
фактом, что звездные сутки, соответствующие периоду
вращения Земли относительно звезд, на 4 минуты короче
солнечных суток, соответствующих периоду вращения Земли
относительно Солнца. Отсюда Янский сделал вывод, что на
систему связи влияют радиоволны, приходящие из космоса, а
именно от звезд, а не только от Солнца. Уже до этого было
известно, что солнечные бури и пятна влияют на радио- и
телефонную связь.
В результате открытия Янского был сконструирован
новый тип телескопа, собирающий уже не световые, а
радиоволны. Подобно телескопу-рефлектору, в радиотелескопе
используется огромный параболический отражатель, собирающий

20
Глава 1
новооткрытое радиоизлучение далеких звезд и галактик. Точно
так же, как искривленное зеркало отражает световые волны,
параболический рефлектор радиотелескопа отражает
падающие на него радиоволны и собирает их в своем фокусе.
Отсюда они передаются на радиоприемник, который измеряет
их интенсивность и длину волны.
Так как «изображение», которое дает радиотелескоп, не
обычное оптическое, поверхность его рефлектора в отличие
от оптических поверхностей не нуждается ни в шлифовке, ни
в полировке. Поэтому площадь отражающей поверхности у
радиотелескопов можно сделать много больше площади
параболических зеркал оптических телескопов-рефлекторов. Чаша
радиотелескопа обсерватории Джодрелл-Бэнк в Англии имеет
диаметр около 75 м, что более чем в 15 раз превышает
диаметр рефлектора Хэйла на обсерватории Маунт Паломар.
Наряду с использованием в астрономии радиотелескопы
находят теперь важное применение при слежении за
космическими кораблями и искусственными спутниками. Это
применение будет расширяться вместе с развитием космических
полетов. Радиотелескопы гигантских размеров необходимы
как для того, чтобы уловить слабые радиосигналы далеких
космических кораблей, так и для передачи сигналов команды
на автоматические станции для телеуправления ими и для
связи с космонавтами в полете.
ЗЕРКАЛА В СОВРЕМЕННОЙ НАУКЕ
Техника изготовления зеркал сильно продвинулась вперед
в 1840 г., когда немецкий химик Либих изобрел способ
наносить слой серебра на стекло. Метод Либиха состоит в том, что
поверхность стекла покрывается раствором азотнокислого
серебра (ляписа). Потом к нему добавляется химическое
восстанавливающее вещество, которое, реагируя с ляписом,
выделяет из него чистое серебро. На стекле осаждается
тонкий слой серебра, его высушивают, а затем полируют до
идеального блеска.
Изобретение Либиха удешевило производство зеркал и
расширило их употребление как в повседневной жизни, так и
в научных лабораториях.
XIX век был веком разнообразных научных экспериментов
и открытий; в этот период жили и творили люди, снискавшие
неувядаемую славу в истории науки. Среди них были Фара-

Зеркала вокруг нас
21
дей, Дальтон, Пастер, Дарвин, Эдисон, Мари Кюри, Резер-
форд и Эйнштейн. В области науки о свете (оптики) среди
них следует упомянуть Юнга, Гельмгольца, Фуко, Физо и
Майкельсона. Трое последних провели важные измерения
скорости света. Использование прецизионных зеркал, в том
числе интерферометра, усовершенствованного Майкельсоном,
сделало возможным непосредственное измерение скорости
света с недостижимой прежде точностью.
Проблема измерения скорости света захватила
воображение ученых-экспериментаторов того времени, как в
предыдущие века она властвовала над умами астрономов. Было
необходимо провести это измерение очень тонко, так как свет
распространяется с фантастической скоростью 300 000 км/сек.
Сама идея измерить ее была дерзким вызовом точному
эксперименту.
Джеймс Клерк Максвелл, английский физик-теоретик
середины XIX столетия, на основе математических расчетов
предсказал существование так называемых электромагнитных
волн. Это волны, порожденные движением электрических
зарядов. Согласно вычислениям Максвелла, электромагнитные
волны должны распространяться со скоростью 300 000 км/сек —
с той же скоростью, с какой (как тогда еще только
предполагалось) распространяется свет. Поэтому требовалось точно
измерить скорость света, чтобы доказать, что свет — одно из
проявлений электромагнитных волн, обладающее свойствами,
сходными со свойствами других их проявлений: радиоволн,
рентгеновских лучей, ультрафиолетовых лучей, инфракрасных
лучей и открытых позже при ядерном распаде гамма-лучей.
Для измерения скорости света Фуко воспользовался
вращающимся зеркалом. Идея его эксперимента состояла в том,
чтобы отразить луч света от вращающегося плоского зеркала
в сторону покоящегося вогнутого зеркала. Затем этот луч
должен отразиться обратно и в конце концов попасть на
полупрозрачное зеркало, а после него — в глаз наблюдателя
(рис. 2). Измеряя расстояние на полупосеребренном зеркале
между точками прохождения прямого и отраженного лучей,
экспериментатор может найти время, потребовавшееся свету
для его распространения туда и обратно, если известна
скорость вращения подвижного зеркала.
Майкельсон усовершенствовал метод Фуко, взяв
вращающееся восьмиугольное зеркало. Он послал луч света на большее

22
Глава 1
расстояние: он должен был пройти путь длиной в 35 км
между вершинами Маунт Вилсон и Сан-Антонио в
Калифорнии. При помощи своего интерферометра Майкельсон смог
выполнить столь точные измерения, что доказал равенство
скорости распространения света и других видов
электромагнитных волн. После этого ученые признали, что свет — просто
одна из многообразных разновидностей электромагнитных
волн и что как свет, так и другие виды электромагнитных
Частично
посеребренное —|
зернало
Вращающееся
плоеное
зеркало
Луч, отраженный Fffi?*
после поворота'
Щель
Источник
света
Вогнутое
зернало
Рис. 2. Измерение скорости света с помощью зеркал по методу Фуко.
волн должны порождаться сходными причинами. Позднее
было найдено, что это могут быть, в частности, движения
электронов в атомах. Поэтому исторические опыты Майкель-
сона внесли ценный вклад в зарождавшуюся тогда атомную
физику. Его скрупулезные исследования послужили
фундаментом, на котором Эйнштейн возвел позднее здание своей
теории относительности, в основе которой лежит постулат о
постоянстве скорости света.
КАК ДЕЛАЮТ ЗЕРКАЛА?
Если в качестве отражающего металла берется серебро,
то зеркала, используемые в современных прецизионных
научных приборах, делают с помощью видоизмененного метода
Либиха. Высококачественные зеркала для научных целей
сложны в изготовлении; при этом необходима особая тщатель-

Зеркала вокруг нас
23
ность, и особое внимание должно быть обращено на
шлифовку их поверхности. Оптическая поверхность хорошего
отражателя должна быть прежде всего хорошо отшлифована и
отполирована. После посеребрения она должна поглощать как
можно меньше света; по своим физическим свойствам для
этого лучше всего подходят такие металлы, как серебро и
алюминий.
Перед тем как наносить металл на стекло, поверхность
последнего должна быть отшлифована и отполирована так,
чтобы не сохранилось неровностей, превышающих длину
световой волны. В противном случае при отражении света
появятся искажения. Длина световой волны составляет
примерно 1 :20 000 см. Хотя отшлифованное и отполированное стекло
и без металлического покрытия хорошо отражает свет, оно
все же слишком прозрачно и не может считаться хорошим
зеркалом. Покрытая же металлом поверхность способна
отражать до 95% падающего на нее света.
В наши дни серебрение зеркал, предназначенных для
научных целей, производится обычно по методу Брешира. В этом
видоизмененном первоначальном методе Либиха используются
азотнокислое серебро, аммиак и едкий натр. В качестве
восстановителя берется сахар, превращающий азотнокислое
серебро в металлическое. Химикалии растворяются в нужных
концентрациях, а затем смешиваются. Поверхность стекла
очищают сначала с помощью азотной кислоты и
дистиллированной воды, а затем погружают в серебрящий раствор.
Подробности процесса серебрения даны в гл. 8.
В отличие от наших бытовых зеркал, у которых металл
нанесен с тыльной стороны, у прецизионных зеркал должна
быть посеребрена лицевая поверхность. Это необходимо,
чтобы избежать побочных изображений (духов), возникающих
при отражении света от передней и задней поверхностей
стекла. При этом, так как лицевая поверхность с нанесенным на
нее металлом не защищена слоем стекла, ее часто покрывают
прозрачным лаком, чтобы защитить от механических
повреждений и коррозии под действием газов, содержащихся в
воздухе.
АЛЮМИНИЕВЫЕ ЗЕРКАЛА
В последние годы алюминий вытеснил серебро при
изготовлении покрытий многих зеркал (лицевое покрытие),

24
Глава 1
особенно тех, которые служат объективами телескопов.
Алюминий дает бюлее плотное покрытие, чем серебро, причем
такое покрытие оказывается сравнительно мягким и более
устойчивым по отношению к коррозии.
Для нанесения слоя алюминия на поверхность стекла
неприменима технология, используемая в случае серебра.
Вместо этого Джон Стронг разработал в 1930 г. метод осаждения
на стекло паров алюминия, получаемых в электрической печи
в условиях высоких температур и высокого вакуума. При
достаточно высокой температуре алюминий, помещенный в
электропечь, испаряется и, оседая, покрывает поверхность
стекла.
Во многих оптических приборах, например дальномерах
и интерферометрах, используются зеркала, которые частично
отражают, а частично пропускают свет. Такие зеркала
называют делителями лучей, а иногда — «односторонними»
зеркалами, потому что в них удается получить отражение главным
образом с одной стороны, в то время как с другой стороны
можно видеть сквозь них. Сделать одностороннее зеркало
можно, подбирая толщину отражающей пленки металла так,
чтобы эта пленка оставалась полупрозрачной. В зависимости
от толщины металлического покрытия можно добиться
любого отношения количеств отраженного и проходящего света.
Зеркальные делители лучей используются иногда для
деления света более чем на два пучка. В этом случае они могут
применяться при цветной фотографии, в интерферометрах и
других приборах, где требуется такое разделение.
СОБИРАНИЕ ЭНЕРГИИ ПРИ ПОМОЩИ ЗЕРКАЛ
Проблема использования искривленных зеркал для
собирания обильного потока энергии, который непрерывно
испускается нашим Солнцем, уже давно привлекает к себе
внимание инженеров и ученых. По современным оценкам количество
солнечной энергии, падающей на Землю, в 30 000 раз больше,
чем потребляет в настоящее время человечество для всех
своих нужд.
На каждый квадратный метр освещенной Солнцем
поверхности приходится мощность, равная в среднем 1500 ватт, т. е.
более двух лошадиных сил, что соответствует мощности двух
лошадей, работающих с полной нагрузкой. Полная энергия,

Зеркала вокруг нас
25
падающая на поверхность всей Земли в течение одного дня,
достигает астрономической величины в четыре квадрильона
киловатт-часов, т. е. на каждого обитателя Земли приходится
в день более миллиона киловатт-часов! При мысли о таком
изобилии энергии, еще не нашедшей никакого применения, у
инженеров-энергетиков и у всех, знакомых с современной
нехваткой энергии, просто слюнки текут. Если к тому же учесть,
что нищета и войны часто оказываются косвенно связанными
с такой нехваткой, то возможность использования хотя бы
малой доли этого потока становится особенно заманчивой.
К сожалению, практически вся падающая на Землю
солнечная энергия теряется и ускользает от нас, так как люди
не знают, каким способом ее собрать. Лишь малая часть ее
запасается растениями в форме углеводов, в том числе
крахмала и Сахаров, идущих нам в пищу. За многие миллионы лет
те углеводы, которые не были поглощены животными,
образовали в почве громадные запасы ископаемого, или
углеводородного, топлива. Поэтому истинным источником большей
части энергии как в прошлом, так и теперь для нас является
Солнце. Это касается угля, нефти, природного газа и
продуктов питания, равно как и энергии воды, приводящей в
движение генераторы гидростанций и превращающейся там в
электроэнергию.
По оценке некоторых ученых, запасы солнечной энергии,
имеющиеся в форме ископаемого горючего, уже более чем
наполовину истощились. Предсказывают, что, если не будут
открыты непредвиденные запасы, оставшегося горючего при
современных темпах его потребления хватит не более чем на
сотню лет. Но быстрый рост народонаселения, возрастающее
использование автомобилей и самолетов и все
увеличивающееся потребление электроэнергии приводят к такому
стремительному истощению наших запасов горючего, что ученые
серьезно призывают к поискам новых источников энергии.
Казалось бы, использование ядерной энергии урана и
других расщепляющихся материалов способно устранить
нехватку энергии. Термоядерная реакция слияния ядер водорода в
ядро гелия, если только удастся осуществить ее
контролируемым образом, покрыла бы наши энергетические потребности
на миллионы лет вперед.
Но получение атомной энергии не обходится без
трудностей. В их числе — проблема добычи достаточного количества

26
Глава 1
расщепляющихся веществ, поддержание температур,
достигающих миллионов градусов, и опасность утечки радиации.
Мы знаем теперь, что Солнце само — превосходный
ядерный реактор. Его невероятная энергия, как и энергия всех
прочих звезд, — побочный продукт термоядерных реакций, в
том числе реакции превращения водорода в гелий. Эта
«небесная печь» посылает нам гигантские количества энергии в
течение миллиардов лет, и за это время в ней «сгорело»
всего 2% его массы. К тому же Солнце обладает особо
привлекательным свойством, с которым не может состязаться
никакой рукотворный реактор на Земле: от нас до него 150
миллионов километров. Такое надежное расстояние наряду с
защитным действием толстого воздушного покрывала,
окутывающего Землю, приводит к тому, что солнечная энергия,
доходящая до нас, вполне безопасна в обращении.
Однако эта доходящая до нас энергия оказывается
слишком мало концентрированной, чтобы удовлетворить
требованиям современной индустрии. Такие установки, как
нагреватели, холодильники, сушилки, автомобили и динамомашины,
требуют для своей работы гораздо больших мощностей, чем
можно получить непосредственно от Солнца. Задача состоит
в собирании, концентрировании этих разреженных солнечных
лучей, чтобы их можно было эффективно использовать.
«СГУЩЕННЫЙ» СОЛНЕЧНЫЙ СВЕТ
Проекты использования зеркал для собирания солнечной
энергии уходят корнями в древность, к легендарной попытке
Архимеда поджечь римский флот в 212 г. до н. э. В 1747 г.
французский естествоиспытатель Ж. Л. Бюффон расположил
40 небольших плоских зеркал в форме параболоида и поджег
с их помощью штабель дров на расстоянии 60 м, подтвердив
тем самым правдоподобность легенды об Архимеде. В конце
XVIII столетия французский химик Антуан Лавуазье и
английский химик Джозеф Пристли нагревали химические
вещества с помощью вогнутых зеркал, так как при изучении
законов химических превращений они не хотели загрязнять
продукты реакции выделениями газовых горелок.
Позднее французское правительство установило
экспериментальное зеркало на вершине Пиренеев. Это зеркало
представляет собой параболический отражатель, дающий темпера-

Зеркала вокруг нас
27
туру до 3000° и мощность 75 киловатт. Подобный же
рефлектор был построен в Натике (штат Массачусетс, США).
В дальнейшем от цилиндрического отражателя удалось
получить мощность в 100 лошадиных сил.
Однако до последних лет ученые не обращали особого
внимания на зеркальные собиратели света, поскольку уголь
и нефть представляют собой удобные и доступные
источники энергии. Но теперь развитие знаний о природе солнечного
излучения наряду с угрозой нехватки топлива в будущем
возродили интерес к рефлекторам как средству получения
энергии. Дополнительным стимулом к поиску новых «чистых»
источников энергии явилось серьезное загрязнение атмосферы
в последние годы, вызванное сжиганием большого количества
углеводородного топлива в моторах автомобилей и на
заводах. Кроме того, все увеличивающиеся потребности в чистой
воде для возрастающего населения Земли вновь заставили
ученых исследовать применение зеркал в солнечных
перегонных установках, с помощью которых можно очищать воду
путем ее дистилляции с использованием солнечной энергии.
За последние несколько лет были разработаны способы
преобразования энергии света в значительные количества
электроэнергии с помощью солнечных батарей и
термоэлементов. Это вновь привлекло внимание к отражателям как
«сгустителям» солнечной энергии.
Теперь уже есть большие рефлекторы, по форме
напоминающие зонтик, которые используются в качестве печей на
открытом воздухе в бедных горючим, но изобилующих солнцем
районах, таких, как Индия и Африка. Ими пользуются в США
в пригородных зонах, чтобы кипятить воду и жарить
шницели и сосиски на свежем воздухе. Вогнутые отражатели можно
также встретить во многих заводских и научных
лабораториях, где ставятся опыты по их бытовому применению в
нагревателях, холодильных и дистилляционных установках. Если
эти опыты будут успешны, человечество осуществит, наконец,
свою вековую мечту: заставить работать на себя силу,
которая так долго расходовалась впустую.
НОВАЯ ЖИЗНЬ ЗЕРКАЛ
В 1957 г., когда были разорваны путы тяготения и
запущен в космос первый искусственный спутник Земли, новая
эра наступила и в использовании зеркал. Ученые стали

28
Глава 1
конструировать зеркала для сбора энергии, необходимой при
космических полетах и для космической связи. Значительная
доля огромных средств, отпущенных на космические
исследования, пошла на конструирование гигантских рефлекторов,
которые в один прекрасный день станут снабжать
космические станции энергией. Жесткие требования, предъявляемые
к размерам и весу спутников, требуют создания облегченных
источников энергии. Загрузить космический корабль
количеством топлива, достаточным для удовлетворения всех
энергетических потребностей при длительных перелетах, — трудная
задача. Решением ее может быть создание космических
отражателей. К тому же существующие аккумуляторы и
топливные элементы оказались слишком недолговечными
для того, чтобы снабжать энергией системы космической
связи.
Солнечные батареи и термоэлементы в сочетании с
зеркалами могут, по-видимому, лечь в основу метода
непосредственного преобразования солнечного света в электричество.
Кроме того, в космосе мы имеем дополнительный выигрыш
в энергии, ибо там она не поглощается атмосферой, где
обычно теряется около 54% солнечной энергии еще до того, как
она достигнет поверхности Земли. В космосе же рефлекторы
смогут собирать и эту энергию.
Разрабатываются также проекты строительства
специальных космических турбин, работающих на парах ртути вместо
водяного пара. Они будут приводиться в действие солнечной
энергией, собранной зеркалами. Турбины будут вращать
генераторы, дающие электрический ток, либо непосредственно
толкать вперед космический корабль, как это обычно делают
паровые или газовые турбины.
Чтобы собрать энергию, необходимую для работы всех
сложных систем космического корабля, космическим
рефлекторам придется придать вид гигантских параболоидов. Они
будут сделаны из легкой пластмассы и в сложенном виде
загружены на корабль; после того как он ляжет на свой
космический курс, зеркала будут расправлены, надуты и
повернуты в нужную сторону, чтобы наиболее эффективно
собирать солнечные лучи.
Расчеты показали, что рефлекторы космических кораблей
могут иметь в диаметре полкилометра и более. Возведение
таких огромных рефлекторов на поверхности Земли было бы,

Зеркала вокруг нас
29
конечно, неразрешимой технической задачей. Однако
невесомость и отсутствие в космосе воздуха, ветра и трения
позволяют делать там такие отражатели очень легкими и любых
нужных размеров. Так, фантастические проекты, когда-то
встречавшиеся лишь на страницах научно-фантастических
романов Жюля Верна и Герберта Уэллса, теперь
разрабатываются солидными учеными для энергетического оснащения
космических экспедиций. Один из проектов предполагает
создание гигантского отражателя в виде паруса, приводящего
космический корабль в движение под действием давления
света. Частицы света, фотоны, будут отражаться от этого
посеребренного паруса и толкать его по принципу отдачи
вместе с космическим кораблем, подобно тому как это делали
бы, падая и отскакивая, миллиарды сверхмикроскопических
дробинок.
ЗЕРКАЛА КАК СРЕДСТВО СВЯЗИ
Зеркала издавна употребляются в целях сигнализации.
Ими пользуются маленькие дети, туристы, путешественники
в пустыне или океане, военные и т. д. Лучи мощных
прожекторов проникают в ночь на много километров. Однако эти
приспособления имеют ограниченный радиус действия ввиду
быстрого ослабления света с расстоянием. Такие мощные
источники света, как звезды и планеты нашей Солнечной
системы, светят на гораздо большие расстояния благодаря
невероятно большой начальной энергии. Тем не менее
миллиарды звезд (как бы велики и ярки они ни были)
недоступны наблюдению даже в лучшие телескопы из-за огромных
расстояний и ослабления света. Их существование может
быть доказано лишь с помощью радиотелескопа.
Если бы источник света был достаточно мощным и если
бы световой поток не ослабевал по дороге, свет мог бы
преодолеть большее расстояние. Такой пучок света мог бы
служить превосходным средством связи между удаленными
пунктами. Подобно тому как достигающий нас свет звезд
и планет приносит информацию о движении и составе этих
тел, такой концентрированный пучок мог бы передавать
информацию на огромные расстояния — по всей Земле или
далеко в космос. Если бы этот пучок можно было также моду-
лировать, т. е. изменять колебания составляющих его волн
так, чтобы они передавали звук, изображение или команды

30
Глава 1
телеуправления (как это делается сейчас с помощью
радиоволн), то наука приобрела бы неоценимое средство связи.
Ныне такой пучок света уже получен в лазере, и опять
благодаря зеркалам. Самым тщательным образом
отполированные зеркала играют решающую роль в работе рубинового
лазера. Перед зеркальным лазером, хотя он существует
считанные годы, уже открылись неограниченные возможности в
области техники, связи, медицины.
Лазеры, отражатели солнечной энергии и другие
конструкции из зеркал, упомянутые в этой главе, будут подробнее
описаны дальше. Но сначала обратимся к некоторым
удивительным и забавным фокусам, которые можно делать с
зеркалами.

Глава 2
ЗАБАВЫ С ЗЕРКАЛАМИ
Все, кому доводилось бывать в комнате смеха, наверняка
потешались над своим уродливым изображением в кривых
зеркалах. Такие зеркала используются в популярных
аттракционах на морских курортах, в парках и других местах
отдыха. Чудные превращения, которым подвергается ваше
изображение в кривых зеркалах, объясняются их формой —
вогнутой, выпуклой или цилиндрической. Поэтому в зависимости от
кривизны зеркала вы выглядите то высоким, то низким, то
худым, то толстым, но только не таким, как на самом деле.
Обычно зеркала смеха изготовляются так, чтобы кривизна
их поверхности была неодинаковой. Тогда разные части
изображения искажаются по-разному, и мы видим в них
гротескные фигуры с вытянутыми шеями, сплющенными
головами, раздутыми туловищами, веретенообразными ножками —
словом, неправдоподобные и карикатурные.
Подобные эффекты можно получить и с помощью тонкого
металлического отражателя, например отполированного до
блеска листа жести или хромированного стального листа от
фотографического электроглянцевателя. Вам достаточно
только изогнуть в ту или другую сторону такой отражатель:
вогнутый металлический лист растянет ваше изображение по
горизонтали и укоротит по вертикали, выпуклый же лист,
наоборот, сделает изображение длинным и тонким. Этот эффект
можно ослабить или усилить в зависимости от степени
изгиба.
Другой увлекательный, хотя и ставящий многих в тупик
аттракцион, — это зеркальный лабиринт, представляющий
собой комнату, стены которой увешаны плоскими зеркалами.
Все зеркала повернуты под разными углами, и в них
многократно отражаются все проходы и двери. Попавший в
лабиринт посетитель теряется, увидев несусветное количество
выходов, которые он не может отличить от истинных. Ему
кажется почти невозможным найти правильный путь среди
всего этого множества изображений, обступающих его со всех

32
Глава 2
сторон. В результате он ищет дорогу, поминутно
останавливаясь, вытянув вперед руки и больше полагаясь на осязание.
Рванувшись вперед, он может по ошибке угодить в зеркало
и сильно удариться. И действительно, посетители зеркальных
лабиринтов часто расквашивают себе носы, так что их честно
предупреждают, что они идут туда на собственный страх и
риск, а служители обычно бывают наготове спасти
отчаявшихся найти выход.
ЗЕРКАЛЬНАЯ МАГИЯ
С древних времен маги и актеры пользовались зеркалами
для создания некоторых сценических эффектов и
демонстрации «чудес». Дж. Баттиста делла Порта в своей книге
«Естественная магия», написанной в 1589 г., раскрывает
некоторые театральные секреты. В одном из фокусов актеры играют
позади наклонных листов стекла, причем зрители этого,
конечно, не знают. Одновременно на сцене появляется
изображение других актеров или предметов, которые скрыты от
зрителей. Эти отраженные изображения воспринимаются как
туманные или призрачные образы духов или как чудесные
явления. В то время духи часто играли важную роль в
представлениях. Так, тень убитого отца Гамлета должна была
регулярно, строго по расписанию появляться на сцене. Для
успеха таких представлений решающим было правильное
освещение как сцены, так и духа. Исчезновения духов можно
было добиться, выключив падавший на них свет. Как и в
любых магических сеансах, актеры должны были согласовывать
свою игру с расположением духов на сцене, чтобы игра была
правдоподобной. Актеры должны были прятаться в точно
определенном месте, чтобы их изображение попало в ожидаемое
место на сцене. Аналогичным образом можно снимать духов
в кино.
Современным вариантом описанного трюка является
фокус со свечой, который так любят демонстрировать учителя
физики в старших классах. Фокус со свечой также основан на
отражении в прозрачном листе стекла, одновременно
исполняющем роль и окна, и зеркала (рис. 3).
Перед стеклом, между зрителями и демонстратором,
устанавливается свеча. Вторая свеча помещается за стеклом
так, чтобы она совпала с изображением первой. Тогда изобра-

Забавы с зеркалами
33
жение первой свечи накладывается на вторую свечу и
становиться неразличимым. Затем демонстратор зажигает первую
свечу и делает вид, будто зажигает и вторую. Зрителям
кажется, что горят обе сЕечи, так как они видят вторую свечу
Изображение пламени
Р и с. 3. Фокус со свечами, доказывающий, что отраженное изображение
находится за зеркалом.
под изображением пламени первой. Затем демонстратор
бесстрашно помещает свою руку в «пламя» второй свечи, не
испытывая при этом никакой боли.
Успех фокуса со свечой зависит от того, насколько точно
вы установите вторую свечу. Для достижения полного
эффекта необходимо, чтобы ее положение в точности совпало с
изображением первой свечи. Этот фокус доказывает, что
изображение, видимое в плоской отражающей поверхности,
лежит на таком же расстоянии за ней, на каком впереди нее
находится исходный объект.
Фокус станет еще интереснее, если вторую свечу
поместить в большой стеклянный сосуд. На ее «пламя» можно тогда

34
Глава 2
лить воду, и оно, естественно, не погаснет. Исполнитель
может продолжать лить воду в сосуд до тех пор, пока все пламя
не окажется погруженным в воду.
В другом популярном школьном опыте используется
вогнутое зеркало, с помощью которого изображение
действительно горящей лампочки, спрятанной внутри ящика, переносится
Перевернутое изображение
горящей лампочки в
реальном патроне
Р и с. 4. Зеркало строит действительное изображение электрической
лампочки так, что она кажется ввинченной в пустой патрон на ящике.
на пустой электрический патрон в верхней части ящика, как
если бы лампочка была в него ввинчена (рис. 4). В
достаточно темной комнате наблюдатель видит настоящий патрон и
изображение спрятанной лампочки, и многие верят, будто
в этот патрон ввинчена настоящая лампочка. Тогда
демонстратор может даже бить молотком по такой «лампочке» без
риска разбить ее. Если к тому же показывать этот фокус при
подходящем звуковом сопровождении и проводить его
артистически, он может послужить очень эффектной и
запоминающейся демонстрацией того, как образуется изображение с
помощью вогнутого зеркала.
Иллюзионист может также использовать зеркала, чтобы
прятать от зрителей предметы — целиком или частично.
Отраженные зеркалами изображения маскируют присутствие са-

Забавы с зеркалами
35
мих зеркал, внушая зрителям ложное представление о
расстановке предметов. Старым классическим трюком является
демонстрация человеческой головы, лежащей на блюде на
столе, подобно голове Иоанна Крестителя у Саломеи. Для
демонстрации этого фокуса используется стол с тремя ножками
и отверстием в середине. В блюде также имеется отверстие,
достаточное для того, чтобы просунуть в него голову. Между
ножками стола расположены два зеркала, за которыми скрыт
тот человек, чья голова видна на блюде. В этих зеркалах
отражаются боковые стороны сцены, задрапированные так же,
как и сцена за столом, и зрители думают, будто между
ножками стола они видят задний занавес. На самом же деле они,
конечно, видят там отражения боковых занавесов. Зеркала
совсем незаметны, так как их края закрыты ножками стола.
При хорошем исполнении этого трюка его можно сделать
по желанию или очень зловещим, или очень смешным.
«Голова» может двигаться, стонать и вздыхать, даже спрашивать
о том, где же остальное тело. Если в качестве «крови»
использовать краску или томатный соус, весь эпизод станет еще
более жутким.
МНОГОКРАТНЫЕ ОТРАЖЕНИЯ
Если встать между двумя параллельными зеркалами,
ваше изображение в одном из них отразится и в другом
зеркале. Затем второе изображение вновь отразится в первом
зеркале, и теоретически это должно происходить до
бесконечности. Однако каждое следующее изображение будет казаться
все более и более далеким. Кроме того, изображения будут
становиться все бледнее и бледнее, так как значительная
часть света каждого предыдущего изображения теряется в
процессе отражения и не доходит до следущего зеркала.
Поэтому изображения по мере их удаления постепенно
исчезают. Этим обычно развлекаются посетители парикмахерских,
чтобы несколько повеселиться во время скучной процедуры
стрижки.
Если же зеркала расположить под углом друг к другу, а
не параллельно (рис. 5), то отражений будет не так много.
Чем больше угол между зеркалами, тем меньше число
изображений. При уменьшении угла между зеркалами число
наблюдаемых изображений растет, пока не достигнет
бесконечности, когда зеркала станут параллельными.

36
Глава 2
Некоторые интересные свойства зеркальных изображений
можно продемонстрировать, расположив два плоских зеркала
под углом друг к другу. Зеркала любого нужного размера
нетрудно купить в любом магазине хозяйственных
принадлежностей. Чтобы проделать следущие опыты, потребуются
также карманный фонарик, у которого все стекло, за
исключением узкой щели, заклеено изоляционной лентой, и
игрушечный кубик с буквой «Г»
или «Я» на нем. Эти буквы
удобны тем, что их
зеркальные изображения легко
отличимы от правильного
написания.
Если расположить кубик
между двумя зеркалами и
постепенно уменьшать угол
между ними, вы заметите,
что число изображений
растет и они сдвигаются.
Медленно поворачивая зеркала
навстречу друг другу, вы
увидите, как возникают
новые изображения подобно
тому, как появляются
сосиски из машины для их
изготовления. Точное число
наблюдающихся изображений зависит не только от угла между
зеркалами, но и от положения кубика и глаза наблюдателя.
Вы заметите, что каждое второе изображение является
«зеркальным», а все изображения расположены по
окружности.
Если зеркала образуют угол в 45°, будет всего семь
изображений. При угле 60° можно наблюдать пять
изображений, а при угле 90° — всего лишь три. Этот последний случай
интересен тем, что среднее изображение может в точности
оказаться на линии пересечения обоих зеркал: половина
изображения видна в одном, а половина — в другом зеркале.
Если смотреть на свой глаз при помощи такой системы взаимно
перпендикулярных зеркал, то среднее изображение остается
на линии пересечения зеркал, даже если вся система жестко
вращается.
Рис. 5. Если два зеркала
расположить под углом друг к другу, в них
наблюдается конечное число
изображений.

Забавы с зеркалами
37
Если же к этой системе добавить третье зеркало так,
чтобы два первых стояли на нем, мы получим новую систему
из трех взаимно перпендикулярных зеркал, известную как
«уголковый отражатель» и обладающую особенно
интересными свойствами. Одно из видимых в нем изображений
находится в вершине угла, образованного всеми тремя зеркалами.
При вращении зеркал, если углы между ними не изменяются,
изображение в вершине неподвижно — никакой поворот
зеркал вокруг этой вершины не влияет на положение этого
изображения. Это можно проверить, глядя на изображение
своего глаза и поворачивая такую систему зеркал: отражение
вашего глаза будет все время оставаться на месте. Если же вы
смотрите двумя глазами, то видите две вершины, в каждой из
которых отражается по глазу. Если поочередно закрывать
глаза, то изображение в вершине будет перескакивать из
одного положения в другое.
Ясно, что луч света, попавший в вершину уголкового
зеркала, отражается назад точно в том же направлении, откуда
он пришел, каким бы ни было это направление. Это
замечательное свойство используется при изготовлении отражателей
для дорожных указателей, велосипедов и автомашин. Под
каким бы углом ни упал световой луч на такой отражатель,
он отразится туда, откуда пришел, и там его можно будет
увидеть. Уголковые отражатели для некоторых рефлекторов
изготовляются из множества отлитых в нужной форме
маленьких кусочков стекла, наклеенных на металлическую
подложку.
Если угол между двумя зеркалами в точности равен 45°,
луч света, последовательно отразившись в обоих зеркалах,
будет распространяться дальше точно под углом 90° к
своему первоначальному направлению. Прежде всего это дает
хороший способ проверять, точно ли выдержан угол в 45°
между зеркалами. Если же известно, что угол между
зеркалами равен точно 45°, то этот способ можно использовать для
поворота луча света на 90°.
КАЛЕЙДОСКОП
Калейдоскоп — это зеркальное устройство, использующее
принцип многократных отражений. Его изобрел в 1817 г.
Давид Брюстер, и с тех пор калейдоскоп применяется как

38
Глава 2
интересная игрушка и для создания рисунков на обоях, тканях
и коврах. Оптическая схема калейдоскопа состоит из двух
плоских зеркал, расположенных под углом 60°. Разноцветные
стеклышки в дальнем конце трубки подсвечиваются через
^
Отверстие
- Зеркала
Зеркала -
Разноцветные стеклышки
между двумя пластинками
стекла
Ч
N
Свет
Рис. 6. В калейдоскопе использовано свойство зеркал, поставленных под
углом друг к другу, давать несколько изображений. Калейдоскоп
применяется при создании орнаментов.
матовое стекло. При вращении калейдоскопа стеклышки
меняют свое расположение, и их рисунок отражается в двух
зеркалах, образуя симметричный орнамент (рис. 6).
Когда угол между зеркалами в калейдоскопе равен 60°,
мы видим в нем шесть изображений. Взяв угол 45°, мы
получим картину из восьми изображений. Если продолжать
сдвигать зеркала, то картина усложнится, причем общее число
изображений всегда на единицу меньше частного от деления
360° на величину угла между зеркалами. Так как один из
секторов картины образован стеклышками, которые мы непосред-

Забавы с зеркалами
39
ственно видим на стекле между зеркалами, то, например, при
угле в 30° будет одиннадцать отраженных, а всего двенадцать
изображений.
С калейдоскопом можно получать неограниченное число
никогда не повторяющихся узоров благодаря тому, что в нем
много цветных стеклышек, которые при вращении
располагаются в бесчисленных сочетаниях.
У зрительного отверстия калейдоскопа можно вделать
выпуклую линзу; тогда наблюдаемая в нем картина может быть
увеличена или спроецирована на экран. При этом, однако,
требуется освещать противоположный конец калейдоскопа
мощным источником света.
ЗЕРКАЛА И ФОТОКАМЕРЫ
При желании можно фотографировать картины,
наблюдаемые в калейдоскопе, — для этого к его зрительному
отверстию следует присоединить фотоаппарат. Годится, например,
фотоаппарат с ЪЪ-мм пленкой, нужно только снабдить его
насадкой для съемок на близком расстоянии. Можно снимать
цветные диапозитивы, чтобы потом проецировать их на экран.
Для получения хороших результатов важно обеспечить
правильное освещение, фокусировку и выбор экспозиции.
Фотографирование изображений в зеркалах —
увлекательное занятие, но при этом надо помнить, что наводку на
резкость надо производить по расстоянию до изображения в
зеркале. Это изображение не лежит в плоскости зеркала, а
расположено за ним. Наводя аппарат на поверхность зеркала,
вы получите нерезкое изображение на пленке, особенно если
снимаете на коротком расстоянии. Почему это так, мы
объясним в гл. 3.
Приходится также прибегать к специальным уловкам,
чтобы не сфотографировать изображение собственного
фотоаппарата, если, конечно, фотограф сам этого не хочет.
Изображение фотоаппарата (и фотографа) обычно не попадает на
снимок, если его держат сбоку или сверху от зеркала. Если
пользуются искусственным освещением, то источники его
необходимо расположить очень продуманно — так, чтобы они,
освещая объект съемки, не светили на зеркало.
Если взять два достаточно больших зеркала, можно
сделать калейдоскопическую фотографию самого себя или кого-

40
Глава 2
нибудь другого; нужно только поставить зеркала под углом
друг к другу. На практике бывает трудно сильно уменьшить
этот угол, потому что предмет съемки просто не будет
помещаться между зеркалами (если они не очень большие).
Источники света и фотоаппарат можно расположить так, чтобы
они не попали на снимок.
При зеркальной съемке выдержка обычно бывает больше,
чем при непосредственном фотографировании объекта. Дело
в том, что значительная часть света от объекта теряется
в ходе отражения. Как уже говорилось в связи с
калейдоскопом, фотоаппарат следует фокусировать на точку,
находящуюся за зеркалом на том же расстоянии, на котором
перед зеркалом находится объект.
При съемке зеркальных автопортретов большое
преимущество в том, что вы заранее знаете, какая поза и выражение
получатся на снимке, причем вы не зависите от вкуса
постороннего человека. Кроме того, вы можете делать снимки
«со стороны» под углами, недоступными в обычных случаях.
Сочетая фотоаппарат и зеркала, можно добиться
множества интересных, даже художественных фотографических
эффектов. Не следует ограничиваться в зеркальном
фотографировании плоскими зеркалами — ведь можно с успехом
снимать изображения, отраженные в зеркалах выпуклых,
вогнутых и неправильной формы. Имея гибкое металлическое
зеркало, вроде уже упоминавшегося хромированного листа
от электроглянцевателя, можно получить снимок, растянутый
в каком-нибудь направлении. Так достигаются удивительные
эффекты, таким способом можно делать и лестные, и
карикатурные портреты.
ГДЕ РАСПОЛОЖЕНО ЗЕРКАЛЬНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ?
Лежит ли изображение, полученное в плоском зеркале,
там, где мы его видим, а именно за зеркалом? Эта проблема
часто ставит в тупик животных, маленьких детей да и многих
взрослых. На фотоснимке изображения в зеркале и в самом
деле кажется, что это изображение находится за зеркалом.
Существует ли какой-нибудь способ доказать, что это
изображение расположено именно там, а не на зеркале, как
некоторые думают?
Истинное расположение зеркального изображения можно
определить методом параллакса. Он показывает, ближе или

Забавы с зеркалами
41
дальше от нас расположен один объект по отношению к
другому, и насколько он ближе или дальше. С его помощью
можно также установить, что два предмета находятся от нас
на одинаковом расстоянии.
Мы постоянно пользуемся в своей жизни методом
параллакса, чтобы определять взаимное положение предметов, хотя
мы этого и не сознаем. Происходит это примерно так:
допустим, вы быстро едете, например на автомашине или поезде,
и видите, что близкие предметы быстро бегут в
противоположном направлении — вам навстречу. С другой стороны,
далекие предметы медленно отстают от вас, и даже иногда
кажется, что они движутся в ту же сторону, что и вы. Если
бы у вас не было иного способа узнать, какие предметы
ближе, а какие дальше, вы могли бы судить об этом по их
кажущемуся относительному движению. Вы сказали бы, что
предметы, которые движутся в сторону, противоположную
вашей, ближе к вам, чем предметы, которые как бы следуют
за вами.
Чтобы определить относительное расположение предметов,
вовсе не обязательно на чем-то ехать. Достаточно просто
двигать из стороны в сторону головой, внимательно следя за
двумя какими-то предметами и стараясь заметить, как они
при этом движутся друг относительно друга. Более близкий
предмет будет тогда двигаться в противоположную сторону,
а более далекий — в ту же сторону, что и ваша голова. Если
же они оба находятся от вас на одинаковом расстоянии, вы
не обнаружите у них относительного движения. Они будут
тогда двигаться вместе либо в одну, либо в другую сторону
и с одинаковой скоростью.
Чтобы определить по методу параллакса положение
изображения в зеркале, мы возьмем в качестве одного из
«предметов» это изображение и станем следить за его движением
относительно реального предмета, который расположим там,
где, по нашему мнению, должно находиться изображение.
Воспользуемся для этого маленьким карманным зеркальцем;
пусть в нем отражается лежащий перед ним длинный гвоздь.
Возьмем другой гвоздь, достаточно длинный, чтобы его было
видно из-за зеркала, и расположим его там, где, по нашему
представлению, находится за зеркалом изображение первого
гвоздя. Следя за реальным гвоздем, высовывающимся из-за
зеркала, и за отражением первого гвоздя в зеркале, будем

42
Глава 2
из стороны в сторону двигать головой, чтобы заметить
относительное движение этих объектов. По ходу дела будем
передвигать за зеркалом реальный гвоздь до тех пор, пока не
найдем то место, в котором он остается неподвижным
относительно изображения первого гвоздя. Теперь, когда между
нашими объектами параллакса нет, можно сказать, что мы
«пригвоздили» к месту изображение в зеркале.
Другой простой и интересный опыт с параллаксом можно
провести в затемненной комнате, взяв увеличительное стекло
и электрическую лампочку. Заметим, что передняя и задняя
поверхности нашей линзы ведут себя как зеркала, и в них
видны отраженные изображения. Это сверх того изображения,
что получается при преломлении света, проходящего сквозь
линзу.
У двояковыпуклой линзы передняя поверхность действует
как выпуклое зеркало, а задняя — как вогнутое. Кажется,
что отражения электрической лампочки в увеличительном
стекле плавают в воздухе. Удивительно, что эти изображения
имеют разную величину и расположены в разных местах.
К тому же одно изображение прямое, а другое —
перевернутое, что можно заметить по заводскому штампу на
изображениях лампочки.
Если теперь воспользоваться методом параллакса, чтобы
определить положение изображений, то видно, что одно из
них движется в ту же сторону, что и голова наблюдателя,
а другое — в противоположную. Если же поворачивать само
увеличительное стекло, то одно из изображений сдвинется
в сторону его поворота, а другое — в противоположную.
Отсюда ясно, что одно изображение находится перед линзой,
а другое — за ней. Можете ли вы решить, какая из ее
поверхностей дает какое изображение? Если нет, то вы научитесь
этому, прочитав гл. 3.
ЗЕРКАЛА ВМЕСТО ЛИНЗ
Вместо линзы при фотографировании можно использовать
вогнутое зеркало. Зеркало должно быть именно вогнутым,
и к тому же короткофокусным, — фотографию невозможно
получить с помощью плоского или выпуклого зеркала.
Дело в том, что зеркало фокусирует падающие на него
лучи и строит изображение на экране. Это можно продемон-

Забавы с зеркалами
43
стрировать с помощью обычного вогнутого зеркала для
бритья, в котором отражаются далекие предметы. В качестве
такого объекта можно использовать окно в достаточно
большой и слабо освещенной комнате, экраном же может служить
стена светлой окраски или большой лист бумаги. Зеркало
вогнутое зеркало
Рис. 7. Простейший фотоаппарат с зеркалом.
нужно слегка повернуть, чтобы разделить падающие и
отраженные лучи.
На рис. 7 показано устройство для фотографирования
с помощью зеркала. Наводка на резкость (фокусировка)
производится путем перемещения либо зеркала, либо объекта
съемки, либо фотопластинки или пленки в зависимости от
того, как будет удобнее. Зеркало следует взять с довольно
коротким фокусным расстоянием, так что обычное зеркало
для бритья, фокусное расстояние которого велико, для этого
не подходит.
Первый фотоаппарат с зеркальным объективом был
сделан нью-йоркским промышленником Александром Уолкот-

44
Глава 2
том. Камера Уолкотта представляла собой открытый спереди
деревянный ящик. Фотографируемый садился прямо перед
ним. На другом конце ящика было укреплено вогнутое
зеркало диаметром 20 см с фокусным расстоянием 30 см,
отражавшее изображение на фотопластинку, установленную вблизи
фокуса зеркала. Держатель пластинки можно было
передвигать взад и вперед для наводки на резкость. Чтобы можно
было видеть изображение и контролировать его резкость, в
этой первой модели использовалась дверца в «потолке»
камеры. Потом она закрывалась, в держатель вставлялась
пластинка, которая затем экспонировалась.
Изобретение первой фотокамеры с зеркалом1) было
стимулировано тем, что необходимо было уменьшить время
экспозиции, т. е. выдержки. Тогда большинство линз
делалось с большими фокусными расстояниями, а так как
фотопластинки обладали крайне низкой чувствительностью,
фотоаппараты тех времен были непригодны для портретной
съемки: снимающемуся приходилось бы сидеть неподвижно
слишком долго.
Изобретение камеры Уолкотта позволило снизить время
экспозиции с 30 до 3 минут, а благодаря последующему
совершенствованию фотоэмульсий это время уменьшилось до
минуты. Современная высокочувствительная фотопленка
должна экспонироваться в фотокамере с зеркалом еще меньше,
чем в обычных камерах с линзовыми объективами.
Производство камер с зеркалом продолжалось не очень
долго, так как вскоре после их изобретения были созданы
более совершенные линзы и более чувствительные эмульсии.
Сейчас камеры с зеркалами не очень-то в ходу, разве что для
специальных целей, потому что фотоаппараты с линзовыми
объективами гораздо удобнее в обращении. Дело в том, что
как объект съемки, так и его изображение и фотопленка
должны быть с одной и той же стороны от зеркала, и трудно
сделать так, чтобы они не загораживали друг друга. Итак,
часть поступающего в камеру света задерживается кассетой
с фотопленкой, которая поэтому должна быть всегда неболь-
') Не следует путать с зеркальной камерой, в которой плоское
зеркало во время выбора кадра и наводки на резкость отражает свет,
прошедший через линзовый объектив на матовый экран, а затем, при
экспонировании пленки, автоматически отбрасывается с пути светового пучка. —
Прим. перев.

Забавы с зеркалами
45
шой по сравнению с диаметром зеркала. Правда, небольшим
поворотом зеркала можно уменьшить такие помехи.
В последние годы зеркала нашли новое применение в
телескопических (длиннофокусных) камерах. Такие
зеркальные системы фактически являются телескопами. Это
оптически усовершенствованные вогнутые зеркала с отверстием,
просверленным посередине. Падающий на такое зеркало свет
отражается от его вогнутой поверхности и попадает на
плоское зеркало, отбрасывающее его через отверстие на
фотопленку внутри камеры. Преимуществами зеркальных
телескопических систем перед обычными телескопическими
линзами являются большая светосила (способность собирать
много света) и экономичность. Однако в современных
телескопических камерах с зеркалами в отличие от камер с
линзовыми телеобъективами нельзя регулировать количество
поступающего на пленку света.
ЗЕРКАЛЬНЫЕ УВЕЛИЧИТЕЛИ
О всяком увеличителе или проекторе можно сказать, что
это «фотоаппарат наоборот». Старую камеру с гармошкой-
мехами, популярную в былые годы, без труда можно
превратить в увеличитель. Для этого проявленную пленку вставляют
в нее снова и освещают сзади мощным пучком проходящего
света. Фокусировка изображения достигается простым
раздвиганием мехов. Степень увеличения зависит от фокусного
расстояния объектива и расстояния до плоскости проекции.
В увеличителе объект и изображение меняются местами:
теперь пленка служит объектом, а изображение оказывается
крупнее ее.
Точно так же, как обычный линзовый фотоаппарат легко
превратить в увеличитель, так для этой цели можно
использовать и вогнутое зеркало. Чтобы убедиться в этом,
спроецируйте на стену изображение горящей электрической
лампочки: поместите лампочку немного не в фокусе зеркала нелегка
поверните его. Фокусировка изображения осуществляется
движением лампочки.
Если проектором служит вогнутое зеркало, пленку необ*
ходимо освещать равномерно. Это бывает нелегко сделать,
так как трудно разделить падающий и отраженный свет; к
тому же необходимо защитить зеркало от прямых лучей.

46
Глава 2
НЕУЛОВИМОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ
Одно из чудесных свойств зеркал состоит в том, что они
позволяют переносить изображение куда угодно. Если
изображение образуется в неудобном для наблюдения месте или
мы находимся там, где не можем его непосредственно
увидеть, то с помощью зеркал мы можем перенести изображение
в более удобное место, что и делается во многих оптических
приборах.
Прежде всего зеркала были использованы с этой целью
в так называемой камере-обскуре, применявшейся
художниками для срисовывания ландшафтов. Этот способ был широко
распространен, пока не изобрели фотографическую эмульсию.
В ящик с объективом в передней стенке вставлялось под
углом 45° зеркало, которое проецировало изображение,
подлежащее зарисовке, на горизонтальное матовое стекло —
экран. В зависимости от размеров ящика и фокусного
расстояния линзы можно было получить изображение любой
нужной величины. Многие пейзажи, написанные до эры
фотографии, безусловно выполнены с помощью этого
приспособления.
Другим устройством, переносящим изображение, является
общеизвестный перископ. С его помощью команда подводной
лодки может видеть через длинную трубу, что делается на
поверхности моря. Более простой вариант перископа
позволяет смотреть поверх голов высоких людей или заглядывать
за угол. Перископ состоит из трубы, в которой под углом 45°
к ее оси установлены два зеркала (рис. 8). Наблюдатель
видит изображение, глядя прямо перед собой в первое
зеркало (или в линзу, помещенную перед ним). Так как
изображение подверглось отражению дважды, объекты имеют
естественный вид, а это существенно при определении
направления на разные объекты, которые видны в поле зрения. Простой
самодельный перископ можно соорудить, взяв два маленьких
карманных зеркала.
Глазные врачи, не располагающие кабинетами
достаточной длины, чтобы проверять остроту зрения на стандартном
расстоянии 5 м от таблицы, часто «удлиняют» свой кабинет,
используя отражение этой таблицы, висящей на задней стене
кабинета, в зеркале на передней стене. Тогда пациент видит
таблицу так, как если бы он глядел на нее с расстояния

Забавы с зеркалами
47
удвоенной длины кабинета. Так трехметровую комнату можно
«превратить» в шестиметровую. Ввиду того что зеркало при
отражении «выворачивает» изображение, при таком способе
проверки зрения используется таблица, напечатанная в
зеркально отраженном виде.
Рис. 8. Расположение зеркал в перископе.
Теперь окулисты стали демонстрировать пациентам свои
таблицы через проекторы для диапозитивов. Обычно их
кабинеты достаточно велики для этого, но если это не так, то
проблема решается путем проецирования изображения на
экран через зеркало в дальнем конце кабинета. Проектор
должен быть сфокусирован в расчете на полное расстояние,
которое проходит световой луч: расстояние от проектора до
зеркала плюс расстояние от зеркала до экрана. Когда
требуется в маленькой комнате показывать диапозитивы через
обычный проектор, этот прием можно использовать, чтобы
увеличить расстояние до экрана и тем самым увеличить
размеры изображения на экране. Отражающее зеркало должно
быть достаточно большим, чтобы вместить изображение, и
правильно сориентировано, чтобы направить его на экран.
Можно добиться громадного увеличения изображения — в

48
Глава 2
целую стену, если только лампа проектора настолько мощная,
чтобы дать достаточно света при таком увеличении.
В современных школах учителя иногда пользуются вместо
черной доски специальным проектором. Учитель при этом
стоит лицом к ученикам и пишет на прозрачной пленке,
установленной горизонтально; написанный им текст отражается
с помощью зеркала над его головой, наклоненного на 45°, и
через линзу фокусируется на экран. Мощный осветитель с
рефлектором в ящике под пленкой дает такую яркость
изображения, что эта установка может использоваться без
затемнения класса (рис. 38, стр. 180).
Эпипроектор дает такой же результат при непрозрачных
подложках, как только что описанный проектор с
прозрачными пленками.
С ЗЕРКАЛОМ ВНУТРЬ ГЛАЗА
Случалось ли вам замечать, как вспыхивают глаза
животных в луче автомобильных фар? Пурпурный оттенок, который
виден при этом, принадлежит задней стенке глаза—сетчатке,
освещенной светом, который сфокусировала на нее
расположенная в передней части глаза роговая оболочка.
Чтобы ясно и подробно рассмотреть внутреннее
устройство человеческого глаза, нужно направить в него свет с
помощью маленького плоского или вогнутого зеркала. Суть
в том, чтобы направить пучок света в зрачок и без помех
увидеть то место сетчатки, в которое он попадает. Для этого
можно использовать маленькое плоское зеркало с маленьким
смотровым отверстием в середине. Это зеркало ставится под
углом 45°, и свет, приходящий сверху или сбоку,
отражается прямо в зрачок глаза. Зрачок, конечно, совершенно чист
и прозрачен — ведь это просто отверстие в радужной
оболочке глаза, которое кажется черным, потому что внутри
глаза темно, как внутри фотокамеры.
Наблюдатель должен поместить зеркальце близко к глазу
обследуемого, если он хочет увидеть больше. При этом он
должен позаботиться, чтобы зеркальце было повернуто под
таким углом, чтобы свет отражался прямо в зрачок. В
противном случае внутренняя поверхность глаза не будет
освещена и наблюдатель ничего не увидит. С любого
направления виден только маленький участок сетчатки, и если наб-

Забавы с зеркалами
49
людатель двигает головой, меняя направление луча, он
может исследовать все глазное дно. При этом можно составить
увеличенную карту глазного дна с множеством интересных
деталей — диском зрительного нерва, артериями и венами.
Все это освещено розовым сиянием благодаря обилию
кровеносных сосудов.
Наблюдаемая нами картина сетчатки предствляется
увеличенной примерно в 15 раз. Любопытно, что это
увеличение обусловлено оптическими свойствами самого глаза,
который действует в данном случае как мощное увеличительное
стекло, приставленное к мелко напечатанному тексту. Текст,
видимый по другую сторону стекла, представляется
увеличенным. Большая часть даваемого глазом увеличения
обусловлена роговицей.
ПОЛЕ ЗРЕНИЯ И ЗЕРКАЛО
Какая часть нашего поля зрения отражается в зеркале?
Каким образом в маленьком зеркале умещается все то, что
в нем видно? Может ли видеть вас тот, кого вы
разглядываете в это время в зеркале?
Очевидно, что размеры зеркала влияют на то, какую часть
окружающего мира мы в нем видим. При этом мы знаем из
опыта, что здесь имеет значение также наше расстояние от
зеркала. Зеркало подобно прозрачному окну, за которым
предметы расположены на том же расстоянии, на котором
они в действительности находятся по нашу сторону от
зеркала.
На рис. 9 показано поле зрения через плоское зеркало.
Для того чтобы увидеть себя в зеркале во весь рост,
достаточно взять зеркало всего в половину своего роста. Это
объясняется законом отражения света, который можно понять
из рисунка. При этом результат одинаков, на каком бы
расстоянии от зеркала вы ни стояли.
Выпуклое зеркало расширяет поле зрения: чтобы охватить
взглядом широкий угол, достаточно небольшого выпуклого
зеркала. Поэтому такие отражатели используются как
зеркала заднего вида на автомобилях. Изображение в них, однако,
получается маленькое. Чтобы получить очень широкий
обзор (хотя и с искажениями), пользуются посеребренными

50
Глава 2
сферическими зеркалами. Иногда их используют в
фотографии для получения чрезвычайно широкого поля зрения в кадре.
В случае вогнутого зеркала поле зрения различно в
зависимости от положения объекта и величины изображения,
даваемого зеркалом. Если объект далеко, то поле зрения
очень велико. Поднося объект ближе, мы видим, как
увеличиваются размеры изображения и сужается поле зрения;
Наблюдатель
Зеркало (высотой
в половину роста
наблюдателя) .. х
' Изображение
,&\
7 v *
Рис. 9. Для того, чтобы наблюдатель увидел себя в зеркале в полный
рост, достаточно плоского зеркала в половину его роста.
причины этого разобраны в гл. 3. В телескопе-рефлекторе
маленькое плоское зеркало, расположенное перед вогнутым,
собирает большую часть световых лучей и затем отражает
их в окуляр.
Тот, кто читал детективные рассказы, знает, что
зеркалами часто пользуются для подсматривания. Хотя
приписываемая им там роль, вероятно, сильно преувеличена, все же
нужно признать, что зеркала часто применяют для этой цели.
Любой мало-мальски приличный шпион знает, конечно, что,
если он наблюдает за кем-то через систему зеркал, то
теоретически в это время можно увидеть и его самого. Причина
этого — обратимость световых лучей, благодаря которой свет
может путешествовать по одному и тому же пути в противопо-

Забавы с зеркалами
51
ложные стороны. Выслеживаемый, однако, обычно не
догадывается, что за ним подсматривают. Тот же, кто шпионит
через зеркало, должен при этом оставаться в тени, чтобы его
не выдало собственное отражение.
ОДНОСТОРОННИЕ ОКНА
Действие одностороннего окна можно понять из
повседневного наблюдения обычных оконных стекол. Глядя в окно
из ярко освещенной комнаты ночью, вы видите в нем
отражения предметов в комнате, тогда как снаружи, в темноте, вам
трудно что-нибудь разглядеть. Наоборот, наблюдатель на
улице будет отлично видеть все происходящее в комнате, сам
оставаясь незамеченным. Когда вы глядите изнутри, стекла
отражают больше света, чем его попадает в комнату снаружи,
и наоборот, глядя снаружи и находясь в относительной
темноте, вы получаете больше всего света из комнаты сквозь
стекла и уж совсем мало отражаете сами. Таким образом, вы
можете все хорошо видеть, оставаясь почти невидимым.
Подобным же образом работает частично посеребренное
зеркало. Оно покрыто с одной стороны тонким слоем серебра.
Непосеребренная сторона повернута туда, где освещение
слабее, и через нее можно смотреть, оставаясь незамеченным
за зеркалом.
Частично посеребренное зеркало служит одновременно
и зеркалом, и окном. Часть света оно отражает, а часть
пропускает сквозь себя. Отношение пропущенного света к
отраженному зависит от толщины серебряного слоя. Частично
посеребренные зеркала часто используются в дальномерах,
секстантах, интерферометрах и прецизионных измерительных
приборах. Мы будем говорить о них в гл. 4.
Недорогие, частично посеребренные зеркала находят
много интересных применений. Иногда из частично посеребренных
зеркал делают солнцезащитные очки, которые одновременно
защищают глаза от яркого света и дают их обладателю
возможность разглядывать встречных, не опасаясь, что это будет
замечено.
Бывает, что односторонние зеркала вставляют в двери
квартир, чтобы отгородиться от нежелательных гостей.
Односторонние окна все чаще применяются в учреждениях и в
дверях ресторанов, баров и т. п.

52
Глава 2
На рис. 10 изображена система частично посеребренных
зеркал, применяемая в фотокамерах для получения цветных
негативов; эти камеры были широко распространены до
разработки пленки «Кодахром» и других цветных эмульсий. В

Изображение в -
красных
лучах
Красный
срильтр
Частично
посеребренное
зеркало
Синий -
фильтр
ъ
Линза
Частично посеребренное
зеркало
зеленый
(рильтр
|— Изображение
в зеленых
лучах
Изображение '
в синих лучах
Р и с. 10. Расположение частично посеребренных зеркал в аппарате для
цветной фотосъемки. Каждое такое зеркало частично отражает и
частично пропускает свет.
таких камерах свет от предмета съемки разделялся с
помощью частично посеребренных зеркал и цветных фильтров
на три отдельных пучка — по одному для каждого основного
цвета. Таким образом, получалось синее, зеленое и красное
изображения. Зеркала позволяли одновременно
экспонировать все три негатива: в синем, красном и зеленом свете. Их
диапозитивные отпечатки затем окрашивались в соответству-

Забавы с зеркалами
53
ющие цвета и складывались вместе — получался один
цветной снимок.
В камерах для цветного фотографирования зеркала можно
располагать по-разному. Качество цветных снимков
существенным образом зависит от качества зеркал и фильтров, а
также от времени экспозиции негативов. Зеркала должны
быть изготовлены таким образом, чтобы количества
проходящего и отраженного света были в определенном отношении.
Изобретение метода цветной фотографии, в котором
разделение на основные цвета происходит непосредственно в
многослойной фотоэмульсии, сделало ненужным описанное здесь
разбиение света на цветовые пучки, хотя старые камеры
иногда еще употребляются.
СОЧЕТАНИЕ ЗЕРКАЛ И ЛИКЗ
Зеркалами можно не только заменять линзы, но их часто
используют и в сочетании с линзами для осуществления
интересных опытов. Если, например, посеребрить заднюю
поверхность обычного увеличительного стекла, то получится
сочетание вогнутого зеркала с выпуклой линзой. При
испытании вы заметите, что это соединение дает более сильное
увеличение. Если позади увеличительного стекла поместить
обычное плоское зеркало, вы получите почти такой же
эффект, как с посеребренной линзой. Аналогичный результат
дает двояковыпуклая линза, вложенная в углубление
вогнутого зеркала.
Сочетание зеркал и линз используется также при
изготовлении телескопов-рефлекторов и зеркальных микроскопов.
В обоих этих приборах увеличение производится дважды —
сначала зеркалом, а потом линзой. В результате достигаются
очень большие увеличения. Если вы располагаете
несколькими различными видами зеркал и линз, то можете попытаться
сделать простой зеркальный микроскоп, изображенный на
рис. 42. Но прежде чем браться за дело, благоразумнее
подождать, пока вы не познакомитесь с законами оптики и
работой этих приборов, изложенными в следующих главах.
СТЕРЕОЭФФЕКТ С ЗЕРКАЛАМИ
Если у вас есть хотя бы простейшая фотокамера, вы
можете сделать снимки, которые при рассматривании через
простейший зеркальный стереоскоп дают пространственный

54
Глава 2
(стереоскопический) эффект. Вы можете добиться этого же
эффекта, если умеете хорошо рисовать и сделаете сами
специальные рисунки или чертежи. Кроме того, можно купить
стереокамеры и стереоскопы, но так как для зеркального
стереоскопа не требуется линз, его просто и недорого сделать
самому.
Трехмерные, или объемные, картины создают впечатление
естественности, которого нельзя добиться на обычных
двумерных изображениях. Чтобы получить стереоскопический
эффект, необходмо иметь два изображения одной и той же
картины и рассматривать одно из них левым, а другое —
правым глазом.
Стереоизображения (рисованные или фотографические)
должны быть правильно сделаны, чтобы давать нужный
эффект. Как их делать, можно понять, если разобраться в
нашем обычном трехмерном (бинокулярном) зрении. В каждом
глазу у нас на сетчатке независимо фокусируется своя
собственная картина, а мозг объединяет оба изображения,
приходящие от разных глаз, в единую трехмерную картину
(образ).
На первый взгляд кажется, что левым и правым глазом
мы видим одно и то же. Но на самом деле это не так.
Стереоскопический (бинокулярный) эффект получается именно
потому, что между нашими глазами есть некоторое
расстояние (в среднем около 6 см), и они поэтому видят чуть-чуть
разные картины. Благодаря этому левый глаз заглядывает
немного больше за левую сторону предметов, а правый — за
правую. При наблюдении близких предметов это заметнее,
чем при наблюдении далеких. Проверьте сказанное,
рассматривая предметы на различных удалениях от вас и
поочередно закрывая то один глаз, то другой: изображения предметов,
особенно близких, как бы прыгают при этом взад и вперед.
Наше восприятие глубины картины зависит от степени
разделения обоих изображений. Люди с широко
посаженными глазами имеют в этом отношении преимущество, так
как восприятие глубины у них простирается дальше, чем
обычно: при нормальной дистанции между глазами в 6 см
наибольшее расстояние, на котором человек ощущает
глубину, составляет около 500 м. Дальше этого предела
различие между двумя изображениями становится слишком
незначительным, чтобы его можно было ощутить, и картина пред-

Забавы с зеркалами
55
ставляется плоской. Наименьшее расстояние для
восприятия— это такое расстояние, на котором изображения
предмета из-за близости к нам различаются так сильно, что в
мозгу они не сливаются в единый образ.
В то время как для создания эффекта глубины при
рассматривании стереоизображения достаточно всего двух зеркал,
для устранения зеркального эффекта, т. е. для того
чтобы увидеть картину в ее истинном виде, приходится
добавлять новые зеркала.
Фотографируя или рисуя изображения для стереонаблю-
дений, необходимо помнить, что каждое из них должно быть
выполнено дважды — так, как его видел бы отдельно каждый
глаз. Если у вас обычная камера с одним объективом, вам
придется производить съемку дважды: между снимками
камера сдвигается в сторону на расстояние 6 см. А так как
каждая пара снимков должна быть сделана при одинаковой
расстановке предметов, то с этой обычной камерой можно
делать стереофотографии лишь неподвижных сцен. В
противном случае следует использовать стереокамеру с двумя
объективами, которые раздвинуты на 6 см, а затвор в них
срабатывает одновременно.
Рассматривая пару стереоизображений, мы имитируем
процесс, обычно приводящий к восприятию эффекта глубины.
В стереоскопе каждый глаз в отдельности видит
изображение той картины, которую он видел бы и в действительности.
При этом каждый глаз должен видеть лишь одно, свое
изображение, и это достигается тем, что между глазами
устанавливается непрозрачная разделяющая пластинка.

Глава 3
СТРАННАЯ ОПТИКА ЗЕРКАЛ
ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ И МНИМЫЕ
Каждому из нас случалось ошибаться, принимая
отражение в зеркале за действительный предмет. То, что мы видим
в большом настенном зеркале, кажется иногда настолько
реальным, что мы бываем очень удивлены и даже растеряны,
когда обнаруживаем, что видим всего лишь отражение той
же комнаты, где мы находимся.
Трудно описать то замешательство, которое испытывают
животные, увидев себя в зеркале,— это нужно наблюдать
самому. Глупые канарейки и попугайчики могут всю свою
жизнь довольствоваться «обществом» собственного
отражения в маленьком зеркальце, помещенном в клетке.
Зеркальные изображения обычно (хотя и не всегда)
являются оптической иллюзией. Разобравшись в законах
отражения света от блестящих поверхностей, можно легко понять
причины того действия, которое зеркало производит на наши
глаза. Лучи света, идущие от каждой точки объекта,
расходятся во все стороны и, наконец, попадают в зеркало.
Отразившись в нем, они продолжают расходиться, но
распространяются уже в другом направлении, так как зеркало обладает
свойством отражать каждый луч под углом, равным углу его
падения. Углом падения называется угол между
направлением светового луча и перпендикуляром к зеркалу в точке
падения луча. Попавшие в глаз лучи собираются там и
образуют действительное изображение. Однако эти лучи
расходятся таким образом, что нам кажется, будто бы они
приходят к нам из своего кажущегося источника за зеркалом.
Место, где, по нашему мнению, расположено
изображение, определяется тем, насколько сильно расходятся лучи от
каждой точки объекта после отражения от зеркала. Если
лучи расходятся сильно, нам кажется, что изображение близко
к поверхности зеркала. Если же лучи почти параллельны, то
мы воспринимаем изображение так, как если бы оно было
далеко за зеркалом.

Странная оптика зеркал
57
Если вы будете отходить от зеркала, то ваше
изображение станет уходить в противоположную сторону. Это вызвано
тем, что падающие на зеркало лучи становятся все более
параллельными по мере удаления от зеркала: лучи, которые
сильно расходились, просто не попадают на зеркало.
Отразившись от зеркала, лучи остаются почти параллельными, и
кажется, что они идут от точки, находящейся за зеркалом
дальше, чем ранее. Всегда кажется, что изображение
находится на том же расстоянии за зеркалом, на какое удален от
зеркала объект, отражающийся в нем. При этом не важно,
где именно перед зеркалом расположен этот объект.
Изображение, даваемое плоским зеркалом, называется
мнимым: оно всегда является оптической иллюзией. Такое
изображение реально не существует в том месте, где мы его
видим, потому что световые лучи от объекта в
действительности не собираются там.
Большая часть изображений в зеркалах — это мнимые
изображения. Но, как мы это увидим позднее, вогнутые
зеркала иногда дают и действительные изображения. Вот это —
настоящие изображения, которые существуют на самом деле
там, где мы их видим. В противоположность мнимым они
образуются световыми лучами, приходящими от объекта и
действительно собирающимися там, где находится изображение.
И зеркала, и линзы образуют как действительные, так и
мнимые изображения в зависимости от того, как искривлена их
поверхность и где перед ними расположен объект наблюдения.
ИСКАЖЕННЫЙ МИР ЗЕРКАЛ
Мало того, что зеркала дают мнимые изображения
предметов, они к тому же еще и поворачивают изображения в
разные, не соответствующие действительности стороны. Если
вы, например, посмотрите на себя в зеркало, то правая
сторона вашего тела на изображении будет перед вами справа
же. В жизни же правая сторона того, кто стоит перед вами,
находится слева от вас.
Значит, зеркала дают неправильно ориентированнные
изображения. В оптике это называется зеркальным отражением,
или инверсией. Инверсию изображения трудно заметить,
разве только посмотреть в зеркало на печатный текст.
Эффект отражения в зеркале такой же, как если бы вы перевер-

58
Глава 3
нули этот текст и стали его читать сквозь бумагу, на просвет.
Правильное изображение можно получить, вновь отразив
первое изображение во втором зеркале. Поднесите к зеркалу
левую руку, и вам покажется, что вы видите правую.
Наши руки неодинаковы, по своему строению они
отличаются друг от друга, как объект и его зеркальное отражение.
То же относится и к нашим ногам, и к левой и правой частям
Проектор
¦ Изображение,
которое дает
одна линза
(зеркальное и
перевернутое)
Исправленное
изображение
Рис. 11. Изображение буквы «Г», полученное с помощью одной только
линзы, оказывается перевернутым сверху вниз и справа налево. После
отражения в четырех зеркалах оно принимает первоначальный вид. На
этом принципе и работает призматический бинокль.
тела, да и ко многим вещам в природе. Великий
французский ученый XIX столетия Луи Пастер сделал важное
открытие в науке о строении молекул, проницательно заметив, что
кристаллы химических веществ, которые он исследовал,
иногда отличаются друг от друга, как зеркальные отражения.
Сейчас некоторые физики думают, что вся Вселенная,
возможно, состоит из двух частей, причем одна — это
зеркальное отражение другой. Было даже высказано
предположение, что вместо обычного гравитационного притяжения в
далекой от нас половине Вселенной господствует
«антигравитация», которая состоит в том, что тела отталкиваются, а

Странная оптика зеркал
59
не притягиваются. Полагают, что где-то во Вселенной
существует и «антивещество» — нечто вроде зеркального
отражения вещества. Если вещество и антивещество
соприкасаются, они уничтожают друг друга (аннигилируют) подобно
тому, как это происходит с положительными и
отрицательными зарядами.
В зависимости от своего расположения зеркала
«поворачивают» (инвертируют) изображение либо в горизонтальной,
«?з 4Ш
,<=Г
^
Рис. 12. Если два зеркала расположены параллельно друг другу, то
изображение остается прямым. На этом принципе действуют зеркальные
системы перископа и секстанта. Если зеркала перпендикулярны (как
на рисунке справа), изображение получается перевернутым сверху вниз.
либо в вертикальной плоскости. Иногда изображения
оказываются повернутыми так, что ставят нас в тупик, и мы не
можем решить, где на самом деле находится и как повернут
сам объект. Как мы видели в гл. 2, фокусники и маги часто
пользуются этими удобными для них свойствами зеркал,
чтобы обвести зрителя вокруг пальца, поскольку наши глаза не
могут отличить реального предмета от его изображения.
Это свойство зеркал находит важное применение в
оптических приборах, где требуется вновь вернуть изображению,
инвертированному линзами или другими зеркалами, его
нормальный вид. Примерами устройств, в которых поворот
изображения осуществляется с помощью отражения, являются
зеркальные фотоаппараты и призматические бинокли

60
Глава 3
(рис. 11). Призмы действуют как зеркала, хотя они и не
посеребрены. В фотоаппарате перевернутое изображение,
которое дает объектив, превращается в нормальное после
отражения его зеркалом на горизонтальное матовое стекло.
В призматическом бинокле изображение строится в
результате четырехкратного отражения в двух системах призм,
действующих как зеркала. В первой системе изображение,
отражаясь, поворачивается в горизонтальной плоскости, а во
второй — в вертикальной. Поэтому мы видим в конце концов
изображение повернутым в ту же сторону, в какую повернут
сам объект, на который мы смотрим в бинокль (рис. 12).
РАЗМЕР ИЗОБРАЖЕНИЯ
Изображение в плоском зеркале всегда имеет те же
размеры, что и объект, если их обоих рассматривать с
поверхности зеркала. Мы видели, однако, что в случае искривленных
зеркал это не так: они дают изображения любых
размеров, прямые и перевернутые, в зависимости от кривизны
зеркала и положения наблюдателя перед ним.
Такую смену изображений можно просто наблюдать с
помощью вогнутого зеркала для бритья. Поднесите это
зеркало к себе так, чтобы оно почти касалось вашего носа; вы
заметите, что тогда ваше изображение в нем будет в
натуральную величину, как и в плоском зеркале. Отстранитесь
теперь от зеркала, и ваше изображение увеличится. По мере
того как вы удаляетесь от зеркала, изображение будет
расти неограниченно, пока внезапно не исчезнет. Если
продолжать удаляться от зеркала, произойдет удивительная вещь:
изображение вдруг появится снова, тоже увеличенное, но на
этот раз перевернутое вверх ногами.
Продолжая отходить от вогнутого зеркала, вы увидите,
что ваше перевернутое изображение уменьшается; при этом
оно остается все время перевернутым и действительным.
Последнее означает, что изображение и в самом деле будет
расположено там, где вы его видите, т. е. оно будет висеть в
воздухе перед зеркалом. Проверить, что изображение
является действительным, можно, проецируя его на экран. При этом
нужно добиться хорошей фокусировки, т. е. резкости
изображения; к тому же зеркало придется немного повернуть, чтобы
экран, на который отражается изображение, не загораживал

Странная оптика зеркал
61
свет, идущий от объекта. Кроме того, следует хорошо
затемнить помещение, оставив лишь свет, падающий на вас (или
на объект). Описанный в гл. 2 фокус с электрической
лампочкой— это пример действительного изображения,
образованного в воздухе вогнутым зеркалом.
Даваемые вогнутым зеркалом действительные
изображения могут быть любых размеров в зависимости Ьт расстояния
до проекции. Чем больше это расстояние, тем крупнее (но
бледнее) получится изображение. Разумеется, важно
защитить от постороннего освещения экран, на который
производится проекция, иначе изображение будет плохо заметно.
Выпуклое зеркало дает только уменьшенные и прямые
изображения, так как его поверхность искривлена наружу.
Изображение объекта, помещенного прямо перед ним,
получается в нем в натуральную величину и постепенно
уменьшается при удалении объекта. При этом, как бы объект ни
был расположен, всегда кажется, что изображение находится
позади зеркала, т. е. оно всегда мнимое. Для наблюдения
изображений, образующихся в выпуклом зеркале, проще
всего воспользоваться посеребренным шаром (елочным
украшением) или выпуклой стороной столовой ложки.
КАК ВЕДЕТ СЕБЯ СВЕТ?
Хотя с первого взгляда удивительное многообразие
изображений, даваемых зеркалами, кажется совершенно
необъяснимым, однако все дело здесь в законе отражения
света. Но прежде чем перейти к нему, следует сначала выяснить,
как же ведет себя свет.
С давних времен ученые задумывались о природе света.
Одни считали свет потоком мельчайших частиц (корпускул),
другие — волнами, распространяющимися через некое не-
обнаружимое вещество, заполняющее пространство и
названное ими эфиром.
Во главе сторонников корпускулярной теории света стоял
Исаак Ньютон, чей авторитет был так велик, что этот подход
оставался главным до начала XIX столетия. К этому времени
появилось, однако, много экспериментальных данных
(полученных главным образом Томасом Юнгом), из которых с
определенностью следовало, что свет обладает волновыми
свойствами. В результате корпускулярная теория Ньютона была

62
Глава 3
оставлена, и вместо нее принята волновая теория света,
которой придерживалось большинство ученых до конца XIX
столетия. Но затем новые физические факты показали, что
свету присущи свойства как волн, так и частиц, которые он
проявляет в зависимости от обстоятельств. Для нас здесь
(как и в большинстве оптических приложений) свет удобно
сравнивать с потоком волн (вспомним волны на поверхности
пруда от брошенного камня).
Мы уже знаем, что свет возникает, если вещество нагреть
так сильно, что его атомы приходят в сильное возбуждение.
Излучение света происходит вследствие переходов
электронов внутри атомов. Обычно электроны в атомах различных
элементов вращаются по определенным орбитам. Если
вещество достаточно сильно нагреть, электроны в его атомах
могут перейти в новые положения. Для этого каждому
электрону требуется вполне определенная энергия, зависящая от
строения соответствующего атома и от того, между какими
орбитами совершен переход; эта энергия и может
впоследствии выделяться в виде света.
Окраска испускаемого света зависит от количества
передаваемой свету энергии. Синий свет, например, несет больше
энергии, чем красный. Различные химические элементы при
сильном нагревании испускают свет характерных для них
цветов. Так как в нагретом веществе содержатся сразу
многие элементы (так бывает обычно на практике), мы получаем
белый свет — результат смешения всех цветов спектра.
Каждая точка освещенного объекта испускает множество
световых лучей, которые попадают на другие поверхности и
в свою очередь освещают их. Интенсивность света,
падающего на поверхность, зависит от яркости источника света.
Однако в еще большей степени освещенность поверхности
зависит от ее расстояния до источника света. Количество света,
достигающего цели, быстро уменьшается с увеличением
расстояния до его источника. Это вызвано тенденцией световых
лучей расходиться в разные стороны при их распространении
от источника. Из рис. 13 видно, что свет становится тем
слабее, чем больший путь он проходит. Освещенность данной
поверхности обратно пропорциональна квадрату расстояния
между этой поверхностью и источником света. Если,
например, свет пройдет расстояние не до первого экрана, а вдвое
большее, то освещенность второго экрана будет вчетверо

Странная оптика зеркал
63
слабее, чем первого. Если расстояние от источника света
увеличится в 10 раз, то освещенность экрана ослабится в 100 раз
по сравнению с первым экраном.
Совершенно ясно, что если нам требуется много света,
источник света нужно поместить как можно ближе.
Попадающий на поверхность свет поглощается,
отражается, либо проходит сквозь эту поверхность — это зависит от ее
Z5мсв
Рис. 13. При удалении от источника света освещенность становится
все меньше и меньше (мсв— метр-свеча—единица освещенности).
свойств. Обычно все эти три явления происходят
одновременно, но в различной степени. Если поверхность прозрачная
или матовая, через нее проходит большая часть падающего
света, хотя некоторая честь его и отражается. Если
поверхность окрашена, то белый свет в основном поглощается, и
только свет той же окраски, что поверхность, отражается от
нее. Подобным же образом действует и прозрачное
окрашенное стекло, только оно пропускает, а не отражает тот свет,
который в нем не поглощается. Такое стекло поглощает все
цвета спектра из белого света, за исключением того, который
оно пропускает. Можно сделать и зеркало с таким
покрытием, чтобы оно отражало лишь свет определенного
цвета.

64
Глава 3
ЗАКОН ОТРАЖЕНИЯ
Темные поверхности поглощают свет, светлые же в
основном отражают его. Если отражающая поверхность имеет
грубую структуру, то мелкие выступы и ямки, образующие
эту структуру, беспорядочно отражают (рассеивают)
приходящие к ним световые лучи. При таких условиях не может
быть никакого изображения. Но если поверхность гладкая и
Перпендикуляр
к поверхности
I
I Отраженный
I луч ^
I s'
* i V^
Отражающая поверхность
Рис. 14. Закон отражения света гласит, что угол падения каждого
светового луча равен углу его отражения.
блестящая, то отражение каждого падающего на нее
светового луча происходит упорядоченно, по закону отражения, и
тогда может получиться изображение.
Изображение строится по закону отражения. Этот закон
гласит, что угол падения каждого луча света равен углу его
отражения (рис. 14). Падающие на гладкую поверхность
лучи света ведут себя подобно биллиардным шарам,
отскакивающим от бортов биллиардной доски. При этом можно
получить любой угол отражения, просто выбирая угол, под
которым биллиардный шар ударяется о борт.
Угол падения можно найти, проведя луч от объекта к
зеркалу. Из точки на поверхности зеркала, куда попадает
этот луч, нужно провести линию, образующую с зеркалом
прямой угол. Как уже говорилось, угол падения — это угол
между перпендикуляром (или нормалью) к поверхности и
падающим лучом. Угол отражения — это угол между
нормалью и отраженным лучом.
Закон отражения легко проверить в темной комнате с
помощью плоского зеркала и карманного фонарика. Меняя
Падающий

Странная оптика зеркал
65
угол падения луча света, вы обнаружите, что отраженный
луч соответственно меняет свое направление. Закону
отражения подчиняются все зеркала, как плоские, так и
искривленные; этот закон известен уже более двух тысяч лет. Им и
объясняется удивительное многообразие изображений,
даваемых отражающими поверхностями.
ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНА ОТРАЖЕНИЯ
На рис. 15 показано, как строится изображение в
плоском зеркале. Предмет помещается перед зеркалом, и от
конца его проводятся к зеркалу два луча, которые можно
выбрать как угодно. Отраженные лучи, соответствующие
каждому из падающих, строятся таким образом, чтобы угол
отражения равнялся углу падения.
Зеркало
Кажущееся положение
коща стрелы
Мнимое
изображение
Угол
отражения
Рис. 15. Построение изображения предмета в плоском зеркале.
Отыскиваются точки пересечения двух отраженных лучей, вышедших из каждой
точки объекта.
Продолжим теперь отраженные лучи за зеркало до точки
их пересечения. Эта точка и дает положение конца
изображения.
Аналогично строится и остальная часть изображения:
берется ряд точек от одного конца объекта до другого и из
каждой проводится как минимум два луча. Работу можно
упростить, если найти изображения только концов объекта,
а затем соединить их.
Подобным же образом строится и изображение в
вогнутом зеркале: снова берутся два луча, идущие от конца
объекта, как и в случае плоского зеркала. Нормаль, проведенная

66
Глава 3
в точках, где эти лучи падают на зеркало, оказывается
направленной по радиусу кривизны поверхности. Угол падения
и угол отражения отсчитываются от этой нормали.
Чтобы построить изображение в вогнутом зеркале,
удобно взять следующие два луча: направленный вдоль нормали
и параллельный оптической оси (рис. 17). Такой выбор
сделан потому, что ход этих лучей при отражении легко
предсказать. Луч, идущий вдоль нормали, имеет нулевой угол
I— Выпуклое
зеркало
Рис. 16. Изображение, даваемое выпуклым сферическим зеркалом. Как
и в случае плоского зеркала, положение изображения находится путем
продолжения лучей, вышедших из каждой точки объекта и отразившихся
от зеркала, до их пересечения за зеркалом.
падения, так что и угол отражения его равен нулю, т. е. он
отражается назад вдоль своего направления. Другой луч,
параллельный оптической оси, отражается в направлении
фокуса зеркала. Точка фокуса определяется как место
пересечения всех лучей, которые падают на зеркало параллельно
друг другу вдоль оптической оси. Как и у линзы, она
расположена на оптической оси и в ней сходятся все лучи,
бывшие прежде параллельными. Однако при прохождении сквозь
линзу лучи искривляются (преломляются), в зеркале же они
отражаются от его поверхности. Фокус вогнутого сферического
зеркала находится на полпути между его поверхностью и
центром кривизны.

Странная оптика зеркал
67
Изображение в вогнутом зеркале строится путем
отыскания точек, в которых пересекаются пары отраженных лучей.
Все лучи, исходящие из данной точки объекта, встречаются
после отражения в одной и той же точке изображения.
Полное изображение объекта, «стоящего» на оптической оси,
можно получить, построив изображение конца объекта и
соединив его перпендикуляром с оптической осью.
На рис. 16 показано, как строится изображение в
выпуклом зеркале. Здесь снова берутся два луча от конца объекта.
У выпуклого зеркала как центр кривизны, так и фокус
расположены за его поверхностью. Поэтому луч, выходящий из
конца объекта параллельно оптической оси, отражается
таким образом, как если бы он исходил из фокуса. Луч же,
проведенный в центр кривизны, имеет нулевой угол падения, и
его угол отражения равен нулю, т. е. он отражается назад
вдоль собственного направления. Так как здесь отраженные
лучи расходятся, они не могут пересечься перед зеркалом, и
поэтому кажется, будто они вышли из воображаемой точки
пересечения за зеркалом, где мы и видим изображение. Таким
образом, изображение будет мнимым, прямым и уменьшенным.
Природа выпуклого зеркала такова, что после отражения
в нем все лучи расходятся. Поэтому выпуклое зеркало
способно давать лишь мнимые изображения. Эти изображения
всегда будут уменьшенными и будут располагаться позади
поверхности зеркала.
ПРЕВРАЩЕНИЯ В ИСКРИВЛЕННЫХ ЗЕРКАЛАХ
Теперь можно объяснить то удивительное многообразие
изображений, которое дают вогнутые зеркала. При любом
положении линейного объекта требуется найти точку
пересечения двух лучей, исходящих из вершины объекта,
отражающегося в зеркале. Если объект, расположенный перед
вогнутым зеркалом, далек от него (рис. 17, а), то отраженные лучи
дают уменьшенное, перевернутое, действительное и близкое
к фокусу зеркала изображение.
На рис. 17, б объект поднесен ближе к зеркалу. По мере
его приближения к зеркалу падающий луч, параллельный
оптической оси, и соответствующий отраженный луч никак не
изменяются. Напротив, у луча, проведенного перпендикулярно
поверхности зеркала, угол падения меняется при изменении

Объект
Увеличенное
и прямое мнимое
изображение
Рис. 17. Показано, как меняется изображение в вогнутом сферическом
зеркале при перемещениях объекта. Обратите внимание на то, как
увеличивается изображение, когда объект приближается к зеркалу. Если
объект поместить около зеркала ближе его точки фокуса (г),
изображение будет увеличенным, мнимым и прямым.

Странная оптика зеркал
69
положения объекта, и после отражения он пересекается с
первым лучом уже в новой точке.
Легко заметить, что изображение все больше растет и
удаляется от вогнутого зеркала по мере такого приближения
Уменьшенное
мнимое
изображение
Объект
Уменьшенное мнимое
изображение немного
увеличилось в
размерах
Рис. 18. Показано, как меняется изображение в выпуклом сферическом
зеркале. Йо мере приближения объекта к зеркалу изображение
становится несколько крупнее, но в основном не изменяется.
к нему объекта. Когда объект приходит в центр кривизны, то
изображение оказывается на том же расстоянии от зеркала и
такой же величины, как он сам, отличаясь лишь тем, что оно
перевернуто. Примером этого был фокус с электрической
лампочкой в гл. 2.

70
Глава 3
Когда объект помещен между центром кривизны и
фокусом, его изображение оказывается крупнее объекта и дальше
от зеркала (рис. 17, в). Оно удаляется на наибольшее
расстояние и достигает максимального размера, когда объект
расположен чуть-чуть не доходя точки фокуса зеркала.
Когда объект помещен точно в фокусе вогнутого зеркала,
изображение исчезает. Это происходит потому, что
отраженные лучи становятся параллельными друг другу. Так как
параллельные линии не пересекаются, не может получиться и
изображения.
Перенесем объект через фокус вогнутого зеркала; тогда
отраженные лучи начинают расходиться, как в плоском или
выпуклом зеркале. Теперь кажется, что они исходят из точки
позади зеркала, где мы видим увеличенное, прямое и мнимое
изображение (рис. 17, г). Это изображение сколь угодно
велико, если объект помещен чуть ближе к зеркалу, чем точка
фокуса, и постепенно уменьшается в размерах по мере того,
как объект приближается к поверхности зеркала, пока не
сравняется с ним в размерах.
С помощью этого же метода можно исследовать изменение
изображения в выпуклом зеркале. Рис. 18 показывает, как
изображение перемещается от точки фокуса в направлении
зеркала. Его размеры при этом меняются от очень малых (в
фокусе) до размеров самого объекта (у самой поверхности
зеркала).
УВЕЛИЧЕНИЕ ЗЕРКАЛ И НЕКОТОРЫЕ ФОРМУЛЫ
Чем определяются размеры изображения? Вдумчивый
читатель заметил, наверное, что существует связь между
размерами изображения и расстояниями от объекта и
изображения до зеркала. Чем крупнее изображение, тем дальше от
зеркала оно находится. Изображение получается крупным, и
когда объект находится вплотную к искривленному зеркалу.
В случае плоского зеркала как расстояния от зеркала до
объекта и до изображения, так и размеры объекта и изображения
равны друг другу. Эти выводы можно записать в виде
пропорции:
Размеры изображения _ Расстояние до изображения
Размеры объекта ~" Расстояние до объекта

Странная оптика зеркал
71
Оба указанных расстояния измеряются от поверхности
зеркала.
Чтобы найти положение изображения в случае любого
зеркала, можно воспользоваться другой важной формулой:
Расстояние до объекта Расстояние до изображения
= 1
Фокусное расстояние *
В этой формуле фокусное расстояние вогнутого зеркала
следует брать с положительным знаком, а фокусное
расстояние выпуклого зеркала — с отрицательным знаком. Если мы
при этом получим положительную величину для расстояния
до изображения, это значит, что изображение действительное
и находится перед зеркалом. Если же получится
отрицательная величина, то изображение будет мнимым и будет
находиться за зеркалом.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ
Фокусное расстояние искривленного зеркала можно найти,
разделив его радиус кривизны пополам. Фокусное расстояние
вогнутого зеркала можно также получить, просто фокусируя
на экран изображение далекого объекта. Когда расстояние
до объекта очень велико, частное от деления единицы на это
расстояние практически равно нулю, и им можно поэтому
пренебречь в формуле для зеркала. Эта формула принимает
тогда вид ~K = fy так чт0 D = F, где D — расстояние от
зеркала до изображения далекого объекта, a F — фокусное
расстояние. Тогда расстояние между зеркалом и изображением
равно фокусному расстоянию зеркала.
Фокусное расстояние искривленного зеркала можно также
вычислить, измерив размеры оптического изображения
данного объекта и пользуясь формулами, приведенными выше.
Фокусное расстояние выпуклой линзы можно также
определить с помощью плоского зеркала методом автоколлимации.
Для этого позади линзы помещают плоское зеркало,
отражающее назад прошедшие через линзу лучи от объекта,
который находится перед линзой. Если объект расположен в

72
Глава 3
фокусе линзы, то лучи от каждой его точки после
прохождения сквозь линзу становятся параллельными; зеркало за
линзой отражает такие лучи, лишь изменяя их направление
на прямо противоположное. Тогда линза вновь сфокусирует
их в той же плоскости, где расположен объект. Сравним
размеры объекта и изображения: если они одинаковы, то точно
в этом месте находится и фокус линзы.
Искривленные зеркала могут иметь самые разные
фокусные расстояния в зависимости от их назначения. Если
вогнутое зеркало хотят использовать в качестве объектива
телескопа-рефлектора, то обычно выбирают большое фокусное
расстояние. Зеркало 5-м телескопа на обсерватории Маунт
Паломар в Калифорнии обладает наибольшим фокусным
расстоянием, равным 16,5 ж.
ЗЕРКАЛА И ЛИНЗЫ
Немногие знают, что искривленные зеркала могут служить
для тех же целей, что и линзы. Если требуется собрать
большое количество света (требование, предъявляемое, например,
к объективу телескопа), то для этого лучше взять вогнутое
зеркало, чем линзу, так как зеркало обладает лишь одной
оптической поверхностью и поэтому дает меньше оптических
искажений (аберраций), снижающих качество изображения»
У линзы требуется шлифовать по меньшей мере две
поверхности, а высококачественные линзы делаются из нескольких
кусков стекла, склеенных или сложенных друг с другом.
Иногда они состоят даже из десяти оптических элементов!
Поэтому их намного труднее и дороже делать, чем зеркала,
К тому же линзы разлагают свет на спектральные цвета
(хроматическая аберрация), чего нет в зеркалах. Правда, зеркала
страдают большинством других пороков линз, например
сферической аберрацией и комой. От них можно избавиться,
выбрав в качестве отражающей поверхности вогнутого зеркала
не сферу, а параболоид. Объективами крупнейших
современных телескопов служат параболические зеркала, а не линзы
(см. гл. 1 и 5).
Вогнутое зеркало дает те же оптические эффекты, что и
двояковыпуклая линза (увеличительное стекло). Они оба
превращают расходящиеся лучи, пришедшие от объекта, в.
сходящиеся. Выпуклая линза дает действительное изображе-

Странная оптика зеркал
73
ние объекта во всех случаях, когда он расположен за ее
фокусом. Если же объект помещен ближе к линзе, чем ее фокус,
то выпуклая линза образует изображение с той же стороны,
с какой находится объект. Такое изображение будет мнимым,
как и в том случае, когда объект помещен ближе точки
фокуса у вогнутого зеркала. Формула для зеркала на стр. 71
верна и для линзы. При этом фокусное расстояние выпуклой
Объект —
Объект —I
Действительное
уменьшенное пере вер-
нутое изображение
Объект
Действитель.
иое
увеличенное переверну- w
тое изображение
Объент
Объект
Мнимое
увеличенное
прямое iv
„1 изображение Т о
^'у* \ Мнимое увели \ ч
Хчённре прямое Лл,а„т !
хизображение иоъект ;
Действительное
уменьшенное
перевернутое
изображение
Действительное
увеличенное
перевернутое
изображение
?\
Рис. 19. Аналогия между изображениями, даваемыми вогнутым
зеркалом и выпуклой линзой, когда объект занимает различные положения
относительно точки фокуса каждого из них.
линзы берется с положительным знаком. Выпуклые линзы
называют собирающими.
Вогнутые линзы дают изображения, подобные
изображениям в выпуклых зеркалах. Как у тех, так и у других
изображения всегда бывают лишь мнимыми, прямыми и меньшими по
величине, чем объект. Если пользоваться формулой для
зеркала в приложении к вогнутой линзе, ее фокусное расстояние
следует брать со знаком минус. Вогнутые линзы называют
рассеивающими.
На рис. 19 сравнивается действие выпуклой линзы и
вогнутого зеркала. Плоское зеркало, не дающее увеличения,
можно сопоставить с плоской «линзой», которая тоже не
увеличивает. Сумеете ли вы определить, чему равно фокусное
расстояние плоского зеркала или плоской «линзы»?

Глава 4
ДЕЛОВАЯ СТОРОНА ЗЕРКАЛ
ЗЕРКАЛА-ИЗМЕРИТЕЛИ
Для успешного выполнения разнообразных работ в
окружающем нас сложном мире требуются тысячи приборов и
инструментов, основанных на законах современной физики и
химии. Инженеры и техники все чаще прибегают к помощи
инструментов, способных измерять весьма малые отрезки
длины и интервалы времени.
В искусстве измерения зеркала занимают почетное место,
выдержавшее проверку временем. Широкое применение
зеркал в прецизионных измерительных инструментах
основывается на трех простых фактах: возможности гладко
шлифовать их, неукоснительном выполнении ими закона отражения
и малой длине световых волн. Нет никаких сомнений, что
зеркала будут всегда оставаться одними из наших самых
точных средств измерения.
СОЛНЦЕ НА ПРИЦЕЛЕ
Одним из первых измерительных инструментов,
использующих зеркало, был морской секстант, изобретенный
Джоном Гадлеем в 1731 г. Измеряя угловую высоту Солнца над
горизонтом с помощью секстанта, тогдашние мореплаватели
могли определять свою широту и долготу и прокладывать
курс в море. Название «секстант» отражает форму
инструмента, образующего сектор, равный одной шестой окружности.
Правда, инструмент, первоначально изготовленный Гадлеем,
был в действительности октантом, т. е. сектором, занимающим
одну восьмую окружности.
Принцип действия секстанта показан на рис. 20.
Инструмент состоит из неподвижного зеркала, у которого
посеребрена лишь нижняя половина; сквозь это зеркало наблюдатель
видит горизонт через маленький телескоп; второе зеркало,
вращающееся и целиком посеребренное, предназначено
отражать солнечные лучи и посылать их в неподвижное
зеркало, откуда они попадают в глаз наблюдателя. Наблюдатель

Деловая сторона зеркал
75
поворачивает подвижное зеркало до тех пор, пока не увидит,
что отражение Солнца касается своим краем горизонта; тогда
по шкале, на которой нанесены градусы дуги, он находит
высоту Солнца над горизонтом. Так как при повороте
подвижного зеркала отраженный луч поворачивается на удвоенный
Вращающееся
зеркало
Подзорная
Горизонт \^У \ шРУда
-*¦
?>
Шкала высоты
Рис. 20. Секстант. Для измерения высоты светила над горизонтом (в
угловых единицах) в этом важном навигационном инструменте
используются частично посеребренное неподвижное зеркало и вращающееся
зеркало.
угол, высота Солнца над горизонтом в действительности
превышает в два раза тот угол, на который повернуто подвижное
зеркало, однако шкала проградуирована так, чтобы по ней
можно было получить искомую высоту Солнца в градусах.
Высоту звезды над горизонтом можно также измерить с
помощью секстанта.
Чтобы пользоваться секстантом на суше, необходимо взять
искусственный горизонт вместо обычного морского. Его
образует ртуть, налитая в мелкий сосуд, — ее отражающая
поверхность строго горизонтальна. В этом случае телескоп
следует направить вниз и наблюдать отражающееся в ртути
изображение Солнца. Как и в случае морского секстанта,

76
Глава 4
подвижное зеркало следует поворачивать, но на этот раз до
тех пор, пока отраженное им изображение Солнца не
совместится с его отражением от поверхности ртути.
Морским секстантом нельзя пользоваться в полете; там
его заменяет авиационный секстант, в котором
горизонтальная плоскость определяется по уровню: по центру пузырька
в жидкости находят эту плоскость, служащую здесь
искусственным горизонтом.
ИЗМЕРЕНИЕ РАССТОЯНИЙ
Другим важным инструментом, использующим
вращающееся зеркало, является дальномер (рис. 21), по принципу
I— Частично
посеребренное зеркало
близкий
объект
Далекий —,
объект
Вращающееся зеркало
Рис. 21. По своему принципу действия дальномер напоминает морской
секстант.
своего действия сходный с секстантом. В дальномере
используется частично посеребренное зеркало, глядя на которое
наблюдатель видит два изображения интересующего его
объекта. Одно из них он видит прямо сквозь это полупрозрачное
зеркало, а другое — после двух отражений: сначала во
вращающемся зеркале, а потом — в частично посеребренном.
Шкала, показывающая величину поворота подвижного зер-

Деловая сторона зеркал
77
кала, проградуирована не в градусах, а в единицах
расстояния. Для того чтобы определить расстояние до предмета,
наблюдатель должен совместить друг с другом два его
изображения. В распространенной конструкции дальномера со
скользящими изображениями у одного изображения срезана
верхняя половина, а у другого — нижняя. Подгоняя эти части
так, чтобы они давали единое целое, наблюдатель находит
расстояние до предмета.
В основе работы дальномеров всех систем лежат законы
тригонометрии. По существу все сводится к тому, чтобы
наблюдать один и тот же объект с двух концов базисного
отрезка, которые вместе с самим объектом образуют вершины
треугольника. Один из углов при этом прямой, а другой —
острый, и его величина зависит от расстояния до предмета. Чем
длиннее базисный отрезок, тем большие расстояния способен
измерять дальномер. Точность измерения уменьшается с
увеличением расстояния, так как при удалении предмета от
наблюдателя разница между углами, под которыми расположен
этот предмет, если глядеть с противоположных концов
базисного отрезка, становится все меньше. Высокая разрешающая
способность, малые размеры, простота в обращении и
хорошая точность являются достоинствами лишь тех дальномеров,
которые рассчитаны не на слишком большие расстояния. Их
можно встретить в фотокамерах, ружейных прицелах и в
землемерном оборудовании. При этом, однако, вместо зеркал
используются отражающие поверхности призм.
Когда объект, расстояние до которого подлежит
измерению, находится очень далеко (например, это звезда), то
базисный отрезок дальномера должен быть сделан очень
длинным. Бывает, что наблюдения ведутся с противоположных
концов диаметра Земли. Но самый длинный базисный отрезок, если
наблюдатели остаются на Земле, составляет 300 000 000 км —
это диаметр земной орбиты. Однако и такой базис
недостаточен для определения расстояний до большинства звезд,
и эти расстояния приходится вычислять по интенсивности
доходящего от них света.
ТАНГЕНС-ГАЛЬВАНОМЕТР
Так как при повороте зеркала одновременно увеличивает-
ся как угол падения, так и угол отражения светового луча,
отраженный луч поворачивается на вдвое больший угол, чем

78
Глава 4
зеркало. Этот факт находит применение как в секстанте и
дальномере, так и в тангенс-гальванометре — приборе для
измерения слабых электрических токов. Его чувствительность
возрастает еще и оттого, что поворот отраженного луча
определяется по далеко расположенной шкале, так что малые
отклонения зеркальца увеличиваются сколь угодно сильно.
А так как луч света невесом, то зеркальце действует подобно
рычагу, лишенному трения и инерции и способному
регистрировать такие ничтожные перемещения, которые не
воспринимаются обычными механическими самописцами.
В тангенс-гальванометре маленькое легкое зеркальце со*
единено с тонкой проволочной катушкой. Когда через этот
провод проходит слабый ток, между катушкой и
помещенным рядом с ней магнитом возникают силы притяжения или
отталкивания, и катушка поворачивается, увлекая за собой
зеркальце. Отраженный от зеркальца луч света бежит по
удаленной шкале.
В той части, которая касается применения в нем зеркал,
устройство сейсмографа до некоторой степени аналогично
только что описанному. Сейсмограф устанавливается жестко
на скальном грунте глубоко под землей.
Распространяющиеся в результате землетрясений колебания земной коры
заставляют колебаться груз, подвешенный на тонкой нити;
этот груз движется в зазоре магнита, и в результате в
устройстве, напоминающем обычный электрогенератор,
возбуждается электрический ток. Этот ток после усиления пропускается
через описанный выше тангенс-гальванометр, который
отбрасывает световой зайчик на фотобумагу, помещенную на
вращающемся барабане. После проявления фотобумаги мы
получаем информацию о силе и продолжительности
колебаний земной коры.
ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТЯГОТЕНИЯ
Всякий знает, что на поверхности Земли нас удерживает
сила тяжести. Эта сила — гравитация — удерживает также
около нас Луну, заставляя ее вращаться вокруг Земли;
благодаря этой же силе Земля обращается вокруг Солнца, а
искусственные спутники и космические корабли обращаются
вокруг Земли. Фактически вся Вселенная связана воедино
действием гравитационных сил.

Деловая сторона зеркал
79
Благодаря тому что масса Земли так велика, мы
ощущаем с ее стороны гравитационное притяжение, причем направ-
Р и с. 22. Опыт, показывающий, что гравитационное притяжение может
действовать в горизонтальном направлении. Зеркало — очень
чувствительный прибор для регистрации поворотов на малые углы, так как при
его повороте на некоторый угол отраженный им луч света
поворачивается на удвоенный угол, а сдвиг зайчика к тому же пропорционален
расстоянию от зеркала до экрана.
ленное только вниз. Но согласно закону всемирного
тяготения Ньютона, сила притяжения действует между всеми
предметами во Вселенной. Таким образом, гравитационное
притяжение должно существовать между любыми двумя
предметами и в горизонтальном направлении. Следовательно,

80
Глава 4
оно может быть измерено, если предметы расположены
достаточно близко друг к другу, хотя это и кажется странным,
потому что мы ощущаем лишь силу, влекущую нас вниз. Мы
чувствуем эту силу, когда прыгаем с возвышения, хотя в
других случаях она может быть малозаметной.
Существование гравитационной силы, направленной по
горизонтали, было впервые экспериментально доказано
Генри Кавендишем в XVIII столетии. Для этого Кавендиш
использовал тяжелые свинцовые грузы и крутильные весы.
Подобный опыт можно упростить, взяв легкое плоское зеркальце,
прикрепленное к концу длинной ленты; там же следует
уравновесить большую линейку с двумя тяжелыми грузами на
концах, подвесив все это к потолку (рис. 22). В качестве
грузов удобно взять бутылки с водой, так как тогда
равновесие может быть установлено путем осторожного
добавления в одну из них нужного количества воды. Рядом с
каждой из висящих бутылок нужно поставить по ящику с
песком — это и будут притягивающие массы. Тогда
горизонтально направленную силу гравитационного притяжения
можно обнаружить, бросив луч света на зеркальце и
наблюдая отраженный зайчик на дальней стене, где установлена
шкала (подобно тому как это делалось при опыте с
тангенсгальванометром). Важно, чтобы установка не подвергалась
действию силы трения; кроме того, нужно предотвратить
движения воздуха, из-за которых может начать колебаться
коромысло (линейка). Чтобы обнаружить проявление очень
слабой гравитационной силы, потребуется несколько минут.
Линейка в конце концов установится так, что каждая
бутылка будет притянута в сторону своего ящика с песком. Если
ящики переставить так, чтобы они оказались с одной и той
же стороны от линейки, то отклонение исчезнет, так как силы,
стремящиеся ее повернуть, уравновесят друг друга. Вновь
располагая ящики крест-накрест, но в противоположных
позициях, чем в начале опыта, мы заметим поворот зеркальца
(вместе с линейкой) в противоположную сторону.
ОПТИЧЕСКИЙ МИКРОМЕТР
Зеркало как индикатор малых поворотов используется
также при измерении весьма малых длин в оптическом
микрометре. Это очень простой, но чувствительный измерительный

Деловая сторона зеркал
81
прибор, с помощью которого можно определить толщину
листа тонкой бумаги или волоса. Как и во всех приборах,
где используются зеркала, в его основу положен закон
отражения.
Говоря о тангенс-гальванометре, крутильных весах Ка-
вендиша и сейсмографе, мы уже отмечали, что ничтожный
поворот зеркальца можно измерить по делениям шкалы,
расстояние между которыми намного больше, чем поворот
зеркальца.
Маленькое зеркальце крепится под углом на предметном
стеклышке микроскопа с помощью резинового колечка. На
другом конце стола втыкается булавка, изображение которой
можно увидеть в этом зеркальце, если его навести. Просунем
теперь между зеркальцем и предметным стеклышком какой-
нибудь тонкий предмет — например лист бумаги, кинопленку
или волос. Изображение булавки сместится и будет
наблюдаться уже не в прежнем направлении, а для того, чтобы
вернуть его в старое место, потребуется снова отрегулировать
наводку. Если это приспособление снабдить шкалой, то
можно заметить, что ручка регулировки сдвигается намного
сильнее, чем зеркало под действием объекта, толщину
которого мы измеряем. Проградуировать шкалу можно,
вкладывая между зеркальцем и стеклышком предметы, толщина
которых известна. Так, например, толщину листа бумаги
можно определить, взяв большое число листов и разделив их
общую измеренную толщину на это число. Подобным же
образом можно найти толщину бритвенного лезвия и
других тонких предметов. Сделав на шкале отметки,
соответствующие толщине двух или более уже измеренных
предметов, можно разделить их на более мелкие доли, которые
потребуются для измерения толщины более тонких предметов.
В цехах заводов и лабораториях для измерения малых
расстояний широко используются механические микрометры.
Однако оптические микрометры просты, дешевы и пригодны
для измерения весьма малых длин. Чувствительность
оптического микрометра, как мы видели уже на примере
тангенсгальванометра, может быть повышена, если увеличить
расстояние между булавкой и зеркалом. Однако если это
расстояние увеличить чрезмерно, то станет трудно наблюдать
изображение булавки в зеркале.

82
Глава 4
ЗЕРКАЛА И СКОРОСТЬ СВЕТА
Преимущества зеркал при прецизионных измерениях были
продемонстрированы в 1884 г. американским физиком
Альбертом Майкельсоном, измерившим с их помощью скорость
света. Майкельсон, бывший прежде лейтенантом во флоте и
преподавателем Военно-морской академии США, позднее был
удостоен за свои эксперименты Нобелевской премии. Он
проявил такую скрупулезность при постановке измерений, а его
результаты оказали такое важное влияние на современную
физику, что работы Майкельсона заняли свое место среди
величайших достижений науки.
Еще до того, как Майкельсон произвел свой исторический
опыт, исследователей волновал вопрос о скорости света.
Философы античности, в том числе и Аристотель, полагали, что
свет мгновенно приходит из одного места в другое, и его
скорость поэтому не может быть измерена. Ученые XVI столетия
уже не разделяли этих взглядов. Первым выдающимся
естествоиспытателем, сделавшим попытку измерить скорость
света, был (в конце XVI столетия) Галилей. Он, однако, не мог
даже догадываться, к измерению сколь громадной скорости
приступает (ведь свет проходит 300 000 км в секунду), и
поэтому метод Галилея сегодня представляется слишком грубым.
Идея состояла в том, чтобы послать луч с вершины одной
горы на вершину другой, находящейся в нескольких
километрах от первой, и измерить время, которое требуется свету,
чтобы пройти путь туда и обратно. Галилей открывал свой
светильник, а наблюдатель на другой горе, увидев дошедший
до него свет, открывал свой. Галилей пытался таким образом
измерить время, через которое он после открытия своего
светильника увидит сигнал от помощника. Хотя горы были
расположены далеко друг от друга, время, требующееся для
того, чтобы открыть светильники, как мы теперь знаем,
намного превышало то время, за которое свет пробегал туда и
обратно. Галилей и сам понял это. Даже если бы между го*
рами было 100 км, свет проходил бы это расстояние дважды
(туда и обратно) за 1/1500 секунды. Время же реакции
наблюдателя (с момента, когда он видит сигнал до
момента, когда он откроет светильник) едва ли меньше 1/10
секунды. Поэтому попытка Галилея была обречена на
неудачу.

Деловая сторона зеркал
83
Следующей, более успешной попыткой измерить скорость
света была работа датского астронома Оле Рёмера в 1676 г.
Рёмер произвел много наблюдений планеты Юпитер и
обратил внимание на затмения одного из ее спутников, когда тот
находился за планетой. Время наступления затмения
оказалось разным в разное время года, и создавалось впечатление,
что оно зависит от положения Земли на ее орбите вокруг
Солнца. Рёмер предположил, что изменение срока
наступления затмения обусловлено различием в длине пути, который
должен был пройти свет этого спутника Юпитера, чтобы
достичь Земли в разные времена года. Зафиксировав моменты
затмений в периоды, разделенные шестью месяцами, Рёмер
нашел, что они сдвигаются на 22 минуты в зависимости от
того, находятся ли Земля и Юпитер на самом близком или
на самом далеком расстоянии друг от друга. Допустив, что
именно этот срок необходим свету для того, чтобы пройти
300 000 000 км (длину диаметра земной орбиты), он получил
для скорости света значение 230 000 км/сек. Хотя этот
результат на 70 000 км/сек меньше истинного значения скорости
света, он тем не менее дает порядок этой величины и может
служить хорошей предварительной оценкой для разработки
дальнейших экспериментов. Ведь до наблюдений Рёмера
никто не имел ни малейшего представления о том, с какой
скоростью распространяется свет!
Другой косвенный метод был использован для измерения
скорости света английским астрономом Джеймсом Брадлеем
в 1728 г. Его метод состоял в наблюдении аберрации света —
явления, имеющего ту же природу, что и кажущееся
отклонение капель дождя от вертикали, с точки зрения человека,
быстро едущего в автомобиле. Как бы строго вертикально
ни падали эти капли, из-за движения машины будет
казаться, что они хлещут по ней наклонно, спереди назад.
Хитроумная идея Брадлея состояла в том, чтобы
использовать параллакс — кажущийся сдвиг некоторой звезды из-
за движения Земли вокруг Солнца. Полный сдвиг звезды
обусловлен как скоростью света, так и скоростью Земли при
движении по орбите, точно так же, как угол падения капель
определяется и их скоростью, и скоростью автомобиля.
Брадлей обнаружил, что сдвиг звезды оказывается
наибольшим, когда Земля движется под прямым углом к тому
направлению, в котором наблюдается звезда. Это происходит

84
Глава 4
дважды в год, каждые шесть месяцев, и при этом звезда
смещается на 20,4 секунды дуги в ту или другую сторону
в зависимости от того, куда движется Земля.
Брадлей предположил, что такой сдвиг звезды
происходит потому, что для прохождения в трубе телескопа свету
требуется определенное, хотя и ничтожно малое время. За
это время телескоп успевает немного сдвинуться вместе с
Землей по ее орбите (со скоростью около 30 км/'сек). Тогда
Брадлей принял угол, на который нужно повернуть телескоп
при максимальном сдвиге звезды, за один из углов
треугольника. Меньшая сторона этого треугольника должна быть
равна скорости Земли, а его гипотенуза соответствует тогда
скорости света при его распространении в трубе телескопа.
Это прямоугольный треугольник, и так как все его углы
известны, нетрудно вычислить величину скорости света.
Брадлей получил для нее 306 000 км/сек.
Но лишь в 1849 г., более чем через 100 лет после Брадлея,
французскому физику Анри Физо удалось произвести первое
прямое измерение скорости света с помощью зеркал и
вращающегося зубчатого колеса. Упрощенная схема установки
Физо показана на рис. 23. Физо использовал пучок света»
отражавшийся от полупрозрачного зеркала и проходивший
сквозь зазор между зубцами колеса к другому зеркалу,
расположенному на расстоянии 8,66 км. Установка была
настроена таким образом, чтобы при неподвижном колесе
наблюдатель видел отражение света в дальнем зеркале,
приходящее назад сквозь тот же зазор. Когда колесо приводи-
лось в быстрое вращение, можно было добиться того, чтобы
свет все же проходил сквозь один из зазоров. Тогда
наблюдатель видел отраженный свет, лишь если колесо вращалось
со строго определенной скоростью. Скорость эта должна
быть как раз такой, чтобы колесо в нужный момент было
повернуто так, чтобы зубец не заслонял возвращающийся свет.
При достижении этой скорости время, за которое свет
доходил до далекого зеркала и возвращался назад к колесу,
оказывалось равным времени, за которое колесо
проворачивалось на один зубец. У колеса Физо было 720 зубцов, и оно
должно было вращаться со скоростью 12,6 оборота в
секунду, чтобы свет затмился в первый раз. Тогда время одного
оборота было равно 1/12,6 секунды, а время, за которое свет
проходил общий путь туда и обратно в 17,32 км, было равна

Деловая сторона зеркал
85
(1/12,6) • (1/1440) секунды, так как расстояние от середины
зубца до середины зазора составляло 1/1440 длины
окружности колеса. Отсюда получалось, что скорость света равна
312 000 км/сек.
В 1862 г. другой французский физик Жан Фуко,
работавший прежде с Физо, произвел независимое измерение
скорости света с помощью вращающегося плоского зеркала, как
Юркало —|
Вращающееся -
зубчатое колесо
Источник
света
I Частично посеребренное зеркало
Рис. 23. Измерение скорости света по методу Физо.
это показано на рис. 2 (стр. 22). Фуко получил для скорости
света в воздухе значение 298 000 км/сек. Кроме того, Фуко
измерил скорость распространения света в воде и нашел, что
она составляет примерно 3/4 скорости света в воздухе.
Используя вращающееся зеркало, Фуко смог сократить длину пути
света с 8,66 км в опыте Физо до каких-нибудь 20 м в своей
установке, что, конечно, значительно облегчило эксперимент.
Наиболее известны самые точные измерения скорости
света, проведенные Альбертом Майкельсоном. Всю свою научную
деятельность Майкельсон посвятил этим измерениям — они
начались в 1879 г. и продолжались до его смерти в 1931 г*

86
Глава 4
Многие опыты он провел совместно с Эдвардом Морли в Кей-
совском технологическом институте в Кливленде и в
Калифорнийском технологическом институте.
Майкельсон и Морли проводили свои измерения с
помощью быстро вращающегося восьмигранного зеркала1). От
одной из граней этого зеркала, установленного на вершине
горы Маунт Вилсон в Калифорнии, отражался луч света,
шедший далее к другому зеркалу, установленному на
вершине горы Сан-Антонио в 35 км от Маунт Вилсон. С Сан-Ан-
тонио луч отражался снова на вращающееся зеркало на
Маунт Вилсон, откуда, наконец, приходил к наблюдателю.
Как это было и в случае зубчатого колеса Физо, наблюдатель
видел свет лишь тогда, когда скорость вращения зеркала
имела вполне определенную величину — такую, что зеркало
успевало повернуться ровно настолько, чтобы отразить
возвращающийся луч в глаз наблюдателя. Это происходило,
лишь если зеркало успевало повернуться на 7в полного
оборота (или величину, кратную одной восьмой) за то время,
пока свет проходил замкнутый путь в 70 км. Зеркало
Майкельсона вращалось при этом со скоростью 528 оборотов
в секунду, что давало для скорости света в воздухе значение
299 798 км/сек. Позднее, в 1929 г., Майкельсон провел
измерения в трубе диаметром около 1 м и длиной более 1,5 км,
откуда был откачан воздух. Таким образом измерялась скорость
света в вакууме, и результат показал, что она лишь
ненамного превышает скорость света в воздухе.
Самое точное по тем временам определение скорости света
было получено в опытах Майкельсона. Эти опыты были
проделаны не только для того, чтобы уз-нать возможно более
точное численное значение этой скорости, но еще и для проверки
существования так называемого эфира. Считалось, что эфир —
это среда, в которой свет и прочие электромагнитные
колебания распространяются в пространстве. Казалось, что
распространение световых волн в вакууме (пустоте) так же
невозможно, как существование волн на поверхности воды без
1) Здесь, как и в некоторых других местах этой книги, автор
допускает фактическую неточность: описываемый опыт был проведен Майкель-
соном с сотрудниками уже после 1923 г., т. е. после смерти Э. Морли;
знаменитый опыт Майкельсона — Морли касался не столько измерения
скорости света, сколько исключительно точного сравнения значений этой
скорости вдоль и поперек направления движения Земли. — Прим. перев.

Деловая сторона зеркал
87
самой воды. Если бы пространство было заполнено так
называемым эфиром, что означало бы, что скорость света может
быть различна в зависимости от движения Земли сквозь эфир.
Эта скорость зависела бы от направления распространения
света по отношению к направлению движения Земли по ее
орбите вокруг Солнца. Так как Земля движется по орбите
со скоростью 110 000 км/час (около 30 км/сек), то при
измерении скорости света в направлении движения Земли мы
должны получать результат, заниженный на 30 км/сек, точно так
же, как снижается скорость движения пловца, плывущего
против течения. Скорость же света, измеренная в
противоположном направлении, должна была бы оказаться завышенной на
те же 30 км/сек\ то же происходит и с пловцом, когда он
плывет по течению и его скорость складывается со
скоростью воды.
Опыт Майкельсона — Морли1) показал, что такого
различия в скорости света не существует: независимо от того,
распространяется ли свет по, против или поперек так
называемого «эфирного ветра», скорость света оказывается одной
и той же. Не обнаруживалось никаких признаков
существования эфира. Эти выводы были совершенно неожиданными
и противоречили представлению о том, что свет
распространяется в пространстве в виде потока волн. Но измерения
Майкельсона и Морли были выполнены настолько точно, что
большинство физиков с ними согласилось. Те же, кто
повторял эти опыты, подтверждали их результаты.
Опыты Майкельсона чрезвычайно важны не только
потому, что в них достигнута немыслимая прежде точность; эти
опыты привели еще и к возрождению споров о природе света,
имевших уже двухсотлетнюю давность. В XVII столетии
Ньютон рассматривал свет как поток частиц, которые он именовал
«корпускулами». Против его представлений выступала другая
научная школа, главными представителями которой были
Христиан Гюйгенс в XVII и Томас Юнг в XIX столетиях. Юнг
показал, что свет проявляет волновые свойства. Когда Фуко
*) Этот опыт был действительно проведен совместно Майкельсоном и»
Морли в 1885—1887 гг. и послужил основным толчком для создания
преобразований Лоренца и частной теории относительности Эйнштейна. На
уже в 1881 г. Майкельсон один провел первый вариант такого опыта и
заявил об отсутствии «эфирного ветра», так что последующие опыты,
только подтвердили этот результат. — Прим. перев.

88
Глава 4
в 1850 г. обнаружил, что свет замедляется в плотных
прозрачных веществах, например в воде, его результат не
противоречил представлениям о световых «волнах», ибо
корпускулярная теория света Ньютона предсказывала в этом случае
ускорение распространения света.
ВОЛНЫ СВЕТА В РОЛИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ РУЛЕТКИ
Мы уже видели, что в основу измерений может быть поло-
Жен отражаемый зеркалом световой луч. Мы видели, что
повышенная точность таких инструментов, как секстант,
тангенс-гальванометр и оптический микрометр, достигается
благодаря повороту зеркальца и проецированию отраженного
им светового луча на удаленную шкалу. Это приводит к
увеличению тех отклонений, которые требуется измерить.
Однако современный промышленный прогресс поставил на
повестку дня еще более тонкие измерения, чем описанные
выше. Для этого ученые ухитрились использовать в качестве
эталонов длины сами световые волны. Волны видимого света
в среднем имеют длину волны 5550 ангстрем (ангстрем —
это единица длины, равная одной стомиллионной сантиметра).
Иначе говоря, длина волны света составляет около 1/18 000 еж.
В то же время самый мелкий предмет, который мы в
состоянии рассмотреть невооруженным глазом, имеет угловые
размеры в 1 минуту дуги. Если глядеть на него с расстояния
25 см, это означает, что его размеры не должны быть меньше
3/400 см.
По существу использование световых волн представляет
собой развитие обычной техники измерений. Нам всегда
требуется некоторый измерительный эталон, точность которого
отвечает нашим целям. Измеряя длину доски, мы обычно
удовлетворяемся линейками, точность которых не превышает
0,1 см. Металлические детали машин требуется делать с
точностью от 1/400 см и меньше в зависимости от их назначения.
Для таких целей используются соответствующим образом
проградуированные микрометры, кронциркули или
микроскопы. Иногда для того, чтобы сравнить их с предметами,
длина которых неизвестна, в поле зрения микроскопа или
электронного микроскопа вводятся мелкие объекты-эталоны
уже известных размеров. Такой прием используется при
измерении вирусов, бактерий и прочих мелких биологических

Деловая сторона зеркал
89
образцов. Ввиду малости длины волны света мы можем еще
больше углубиться при наших измерениях в мир малых
расстояний; для этого нужно лишь суметь увидеть сами волны.
Осуществить это удается с помощью явления интерференции
световых волн.
Волны света набегают друг на друга и интерферируют
друг с другом, подобно волнам на воде. И те, и другие (как
и все волны вообще) фактически представляют собой
распространяющиеся возбуждения некой среды. Они состоят из
следующих друг за другом гребней и впадин, пробегающих мимо
фиксированной точки с определенными скоростью и частотой.
Расстояние между двумя последовательными гребнями
называется длиной волны. На таком же расстоянии друг от друга
в волне находятся и две последовательные впадины или
вообще каждые две ближайшие соответственные части
волны. Расстояние между ближайшими гребнем и впадиной
равно половине длины волны. Число гребней (или впадин),
проходящих через данную точку за секунду, называется
частотой волны. Конечно, волны никогда не стоят на месте
(разве что на схемах или картинках), а непрерывно меняются
во времени и в пространстве, и этот факт очень важен для их
понимания.
Когда две волны приходят одновременно от одного и того
же источника, они могут влиять друг на друга по-разному.
Когда два гребня набегают друг на друга, волна усиливается
(возрастает амплитуда). То же самое происходит при
наложении двух впадин. Когда же встречаются гребень и впадина,
то они взаимно уничтожаются, и в точке такой встречи волна
не наблюдается.
Световые волны, приходящие от одного и того же
источника, могут накладываться друг на друга, как и волны на
воде. Одним из различий между этими волнами является то,
что длина волны поверхностных волн на воде так велика, что
ее видно глазом, тогда как длина волны света слишком мала,
чтобы мы могли разглядеть волновую структуру простым
глазом или даже при наибольшем доступном увеличении. В
зависимости от окраски света длина его волны может
составлять от 1/22 000 до 1/13 000 см. Наблюдать можно проявления
интерференции двух световых пучков, что и позволяет
производить прецизионные измерения. Когда у двух световых
волн встречаются соответственно гребни или впадины, мы

•90
Глава 4
наблюдаем увеличение амплитуды колебаний, т. е.
возрастание яркости, а когда гребень одной волны попадает на
впадину другой, свет пропадает и мы наблюдаем темноту. Так
как гребни и впадины в каждой волне следуют друг за
другом строго на расстоянии в половину длины волны, по
исчезновению света мы можем заключить о том, что две наложившиеся
волны были сдвинуты друг по отношению к другу на половину
длины волны. А так как речь идет о свете, то такой сдвиг
соответствует расстоянию в 1/40 000 см, что несравненно меньше
расстояния, измеримого с помощью обычных приборов.
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ В ОТРАЖЕННОМ СВЕТЕ
Только что описанные факты можно проиллюстрировать
простым опытом с отражением света, если взять два плоских
чистых куска зеркального стекла. Прижмем их друг к другу,
связав резиновой лентой, и с одной стороны вложим между
ними тонкий лист бумаги. Затемним теперь комнату, оставив
лишь один источник света, в качестве которого лучше всего
использовать пламя горелки Бунзена, окрасив его в желтый
цвет с помощью обычной поваренной соли. В качестве
источника света годится и чистая электрическая лампочка,
завернутая в цветной целлофан.
Рассматривая отражение света в наших сложенных
стеклах, мы обнаружим чередование темных и светлых
горизонтальных полос вдоль всей пластины. Это и есть проявление
интерференции световых волн, отражающихся от двух
внутренних поверхностей сложенных стекол. Пропуская сквозь
себя свет, они одновременно играют и роль зеркал.
Происхождение темных и светлых полос можно понять,
взглянув на рис. 24, где изображен (хотя и преувеличенно)
воздушный зазор между стеклами. Хотя свет, проходя сквозь
наш прибор, частично отражается каждой поверхностью,
заметный эффект интерференции получается лишь в результате
отражения от двух внутренних поверхностей стекол. Усиления
света (светлые полосы) возникают там, где через правильные
интервалы гребни двух пучков волн накладываются друг
на друга после отражения. Темные полосы возникают там, где
гребень одной волны набегает на впадину другой, и свет
пропадает.
Расстояние между соседними темными или светлыми
полосами зависит, с одной стороны, от длины волны используе-

Деловая сторона зеркал
91
мого света, а с другой стороны — от толщины распорки,
вставленной между стеклами. Если нам известна длина волны
света, можно вычислить толщину листа бумаги,
использованного в качестве такой распорки. Например, желтый свет
натриевого пламени имеет длину волны примерно 1/20 000 см>
Стеклянные
пластинки
Темные и светлые
полосы
Источник
света
Распорка -клин
Рис. 24. При отражении света от внутренних поверхностей двух
стеклянных пластинок можно наблюдать явление интерференции света.
Поочередное ослабление и усиление отраженных световых волн по мере
перехода к более широким частям воздушного клина дают эффект
темных и светлых полос.
или 1/2000 мм. Пусть длина кусков стекла равна 100 мм, а
расстояние между двумя соседними темными полосами
составляет 1 мм. Так как расстояние между стеклами при переходе
от одной темной полосы к соседней меняется на одну длину
волны желтого света, то на всей длине пластинки толщина
воздушного зазора возрастает до (1/2000) • 100, т. е. до 1/20 мм.
Если мы знаем толщину распорки, вложенной с одной
стороны между стеклами, то можем вычислить длину волны
используемого света. Кроме того, мы можем проверить,
насколько плоской является поверхность взятого нами стекла,,
исследуя ход темных и светлых полос отраженного света.
Если поверхности с оптической точки зрения не плоские, то

92 Глава 4
полосы окажутся не прямыми, а будут соответствовать
неровностям стекла. Это можно проверить, нажимая в разных
местах на куски стекла и следя при этом за
интерференционной картиной. Ее полосы будут раздвигаться и искривляться
около точки нажима.
ПРОВЕРКА ОПТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Интерференцию световых волн можно использовать только
что описанным образом для проверки того, насколько плоски
или насколько правильно изогнуты оптические поверхности,
I Источник
X. света
Линза
Выпуклая -
сферическая
поверхность
Рис. 25. Качество шлифовки поверхности линзы можно
проконтролировать по интерференционной картине, возникающей при отражении света
от нижней поверхности линзы и верхней поверхности стандартной
пластинки, когда они соприкасаются друг с другом.
Берется стандартная оптическая поверхность, которую мы
назовем шаблоном. Этот шаблон прикладывают к исследуемой
поверхности, освещают монохроматическим светом
(одноцветным, т. е. строго определенной длины волн) и
рассматривают отражение его от обеих соприкасающихся поверхностей.
По характеру интерференционной картины, т. е. по
расстоянию между полосами и форме полос, определяется точность
выполнения исследуемой поверхности.
Качество искривленной оптической поверхности также
может быть проверено по интерференции отраженных световых
волн (рис. 25). Замкнутые интерференционные кольца,
наблюдаемые при соприкосновении выпуклой поверхности с плоским
.— Плоская
I пластинка

Деловая сторона зеркал
93
шаблоном, называются кольцами Ньютона, который первым
их заметил. Эти кольца сгущаются у краев линзы, где ее
поверхность круче всего. Такие интерференционные кольца
можно сравнить с контурными линиями на физической карте
местности, изображающими высоту. И в самом деле, мы
получаем таким образом топографическую карту ничтожных
отклонений исследуемой поверхности от плоской. Эти
отклонения обычно бывают слишком малы и их не удается
измерить обычными механическими методами.
ИНТЕРФЕРОМЕТР
В своем эксперименте по определению скорости света
при помощи вращающегося зеркала Майкельсон стремился
выяснить, нет ли разницы в скорости света, когда тот
распространяется в «эфире» в разных направлениях. Чтобы провести
такие измерения, Майкельсон сконструировал в 1881 г. свой
интерферометр.
С помощью интерферометра можно измерять ничтожные
различия в расстояниях, пройденных светом, или во времени,
потраченном светом для преодоления этих расстояний. Берется
полупрозрачное, частично посеребренное зеркало; падающий
на него луч света разбивается на два: один из лучей
проходит сквозь зеркало, а другой отражается от него. Позднее эти
два луча снова соединяются в один. Если один из лучей
проходит большее расстояние или затрачивает больше времени,
чем второй луч, их волны после встречи могут оказаться не
в фазе друг с другом. Иначе говоря, гребни волн, как и
впадины, уже не будут совпадать друг с другом, и мы
увидим некоторую интерференционную картину. (Длину пути и
время распространения луча можно изменять, помещая на его
пути прозрачную пластинку зеркального стекла. Можно
воспользоваться для замедления хода одного из лучей и
другими прозрачными веществами, например водой или
растворами солей.)
Количество полос в интерференционной картине и
расстояния между ними показывают, насколько различаются
между собой оба оптических пути, подобно тому как это
имело место в опыте с двумя стеклянными пластинами и
листом бумаги. При изменении длины оптического пути
световых лучей темные интерференционные полосы сме-

94
Глава 4
щаются в поле зрения телескопа, с которым ведутся
наблюдения.
Если интерферометр первоначально настроен так, что в нем
не видно интерференционной картины между двумя
световыми пучками, то он может быть использован для сравнения
свойств различных оптических материалов. При этом удается
измерить их плотность, толщину, кривизну, коэффициент
преломления (способность искривлять световые лучи,
проходящие сквозь материал).
Интерферометры широко используются в физике и
астрономии. В сочетании с мощными телескопами они образуют
звездные интерферометры, которые с помощью
дополнительных зеркал позволяют астрономам измерять диаметры
далеких звезд, исследуя интерференционную картину света,
приходящего от противоположных краев диска звезды. Поскольку
интерферометр — чрезвычайно высокоточный инструмент, его
строительство и обращение с ним требуют аккуратности.
ПРИЗМЫ ВМЕСТО ЗЕРКАЛ
Когда оптическое устройство невелико и от него
требуется высокая точность, вместо зеркал часто пользуются
призмами. Преимуществами призм являются их большая,
чем у зеркал, отражательная способность и возможность
более жесткой фиксации отражающей поверхности, чем в
случае повернутого под углом зеркала. К тому же призмы часто
удается сделать миниатюрнее зеркал.
Призмы работают по принципу внутреннего отражения
света от зеркальной поверхности стекла. Обычно, когда свет
проходит из воздуха в стекло, его путь изгибается —
происходит преломление. То же имеет место и при переходе света
из стекла в воздух, если только угол падения света не
превышает критического угла для данного сорта стекла (обычно
около 42°). В противном случае свет, падающий изнутри
стекла на его поверхность, отражается, вместо того чтобы
проходить в воздух и преломляться. По определению
критическим называют такой угол падения, при котором угол
преломления луча составляет 90°, а само явление называется
полным внутренним отражением света. Когда в качестве
отражателей света используются призмы, то их шлифуют так,
чтобы лучи света падали изнутри на их поверхность под уг-

Деловая сторона зеркал
95
лами, превышающими критический. Тогда эта поверхность
стекла действует как идеальное зеркало и закон отражения
выполняется.
Современная техника позволяет очень точно шлифовать
поверхности призм, причем обычно они не требуют посеребре-
ния. Можно добиться того, чтобы один и тот же кусок стекла
давал многократные отражения, и можно сделать призмы
такой формы, чтобы они могли служить разнообразным целям
в оптике. Призмы часто используются в дальномерах, для
переворачивания изображений, в фотокамерах, телескопах,
биноклях и другом оптическом оборудовании. Как и зеркала,
призмы могут многократно отражать световые лучи, поэтому
они хороши для уменьшения размеров тех оптических
устройств, в которых требуется большая длина пути луча.
На рис. 26 показано, как действуют различные типы призм.
90-градусная призма в согласии с законом отражения
переводит исходное зеркально-отраженное изображение в прямое.
Каждая половина призменного бинокля — это фактически
телескоп-рефрактор с двумя призмами. Как рефрактор он
дает перевернутое изображение, где верхняя и нижняя, а
также левая и правая стороны поменялись местами. Две призмы
бинокля ставят все на свое место, и в результате изображение
получается прямым.
В бинокулярных телескопах и бинокулярных микроскопах
призмы помогают создать эффект глубины —
стереоскопический эффект. Они позволяют наблюдателю ощутить
трехмерность картины в очень больших или крайне малых объемах,
недоступную при работе с монокулярными приборами.
Если мы хотим, чтобы призма работала хорошо, ей
необходимо придать строго определенные углы. Угол при
вершине призмы может быть точно измерен тем же способом,
с помощью которого мы находим направление светового луча,
пользуясь двумя скрепленными под углом зеркалами; для
этого параллельный пучок света направляется на обе
поверхности, образующие вершину призмы, и измеряется угол,
образованный этими отраженными лучами. Используемый для
этого прибор называется гониометром. Падающие на него
световые лучи параллельны, если источник света расположен
далеко. Тогда угол между двумя отраженными, как сказано
выше, лучами равен удвоенному углу при данной вершине
призмы.

Фото 1. Небольшие выпуклые зеркала, укрепленные на руках и груди
астронавта Джона Гленна, дают уменьшенные изображения объектов и
расширяют его поле зрения.

Фото 2. Этот стеклянный диск диаметром около 215 см — будущее
зеркало телескопа. Чтобы уменьшить его вес, не снизив его жесткости и
прочности, обратную сторону его делают ребристой, подобно сотам.
Фото 3. Одной из стран, где исследуются новые источники энергии и
особенно энергия Солнца, является Индия. На снимке: лаборант
Национальной физической лаборатории в Нью-Дели готовит пищу на
солнечной жаровне.

Фото 4. На станции службы Солнца в Денвере демонстрируется
солнечный нагреватель диаметром около 13,5 м, способный давать температуру
более 1100°. Этот снимок сделан с помощью объектива системы «рыбий
глаз».

Фото 5. Специалист-оптшс проверяет качество поверхности кварцевого
зеркала диаметром около 90 см, предназначенного для телескопа,
установленного на воздушном шаре по проекту «Стратоскоп-2».

Фото 6. Телескоп «Сгратоскоп-2» подготавливается к полету. Этот
телескоп используется для астрономических наблюдений с высоты около
25 км, где нет пыли и других возмущений, искажающих результаты
наблюдений, производимых с поверхности Земли.

Фото 7. От солнечных лучей, фокусируемых гигантским рефлектором,
почти мгновенно загорается деревянная рейка. Если это количество
теплоты превратить в электричество, то от него может работать насос,
орошающий около гектара земли. Электростанции, черпающие энергию из
солнечного света, могут сыграть важную роль в повышении уровня
жизни в слаборазвитых странах.
Фото 8. Еще один пример превращения солнечного тепла в
электричество. «Солнечный свет» имитируется вольтовой дугой. Может быть, таким
способом удастся удовлетворять энергетические потребности
космических кораблей.

Фото 9. За долю секунды лазерный луч пробивает отверстие в листе
вольфрама.

Фото 10. Это отлично отполированное бериллиевос зеркало будет
использовано в качестве объектива телескопа. На снимке показано
испытание его поверхности.

Деловая сторона зеркал
97
ЗЕРКАЛА В МЕДИЦИНЕ
В гл. 2 мы видели, как можно заглянуть внутрь глаза,
направив луч света в его зрачок с помощью вогнутого зеркала.
Тогда сквозь отверстие в зеркале можно наблюдать глазное
дно. Глядя на сетчатку на глазном дне, можно увидеть
увеличенное изображение ее структуры, исследовать находящиеся
там артерии, вены, зрительный нерв и другие анатомические
подробности.
Этот способ исследования внутреннего строения глаза
лежит в основе действия современного офтальмоскопа —
инструмента, применяемого при назначении очков и
наблюдении за ходом болезни. Так как на глазном дне отражаются
различные нарушения, происходящие и в других частях
организма, например при атеросклерозе, диабете, опухолях мозга,
то офтальмоскоп оказывается важным орудием медицины.
Всякий офтальмоскоп — это в сущности зеркало,
направляющее свет внутрь глаза. У него имеется также
приспособление, позволяющее врачу наблюдать освещенное глазное
дно, не заслоняя при этом света. Вогнутое зеркало с
просверленным в середине отверстием представляет собой одну из
первых моделей офтальмоскопа. Мысль создать такой
инструмент пришла в голову Пуркинье, когда он случайно заметил,
что свет, отражающийся от его вогнутых очков, может
освещать внутренность глаза; это было в начале XIX века. В
офтальмоскопе новой конструкции применена небольшая
призма, направляющая в зрачок глаза свет от миниатюрной
лампочки, питающейся от батарейки. Врач рассматривает
глазное дно через глазок, расположенный непосредственно над
призмой. Так как глаз в основном наполнен прозрачной
жидкостью, луч света беспрепятственно проникает в его глубину.
При небольшой сноровке подобный инструмент можно
смастерить из обычного карманного фонарика и маленького
плоского зеркала (см.гл. 8).
Р и с. 26. Отражение света от поверхностей призмы. Непосеребренная
поверхность стекла отражает свет как идеальное зеркало, если свет падает
на нее под углом, превышающим «критический». Делая призмы с
заданными углами при вершинах, можно получить многократные отражения.
С помощью призм можно переворачивать изображения сверху вниз и
справа налево. Здесь показаны некоторые характерные типы призм.
Обратите внимание, как они меняют положение изображения в зависимости
от формы призмы. Призмы могут как отражать, так и преломлять свет.

98
Глава 4
Другое простое, но полезное приспособление — это рети-
носкоп, с помощью которого определяют остроту зрения при
подборе очков. Такое определение остроты зрения является
объективным, т. е. не требует, чтобы испытуемый сообщал
врачу, что и как он видит. Как и офтальмоскоп, ретиноскоп —
это по существу зеркало, отражающее пучок света внутрь
глаза. Теперь, однако, падающий на сетчатку свет при
отражении от нее образует изображение в пространстве. Место,
где образуется изображение, зависит от преломляющей
способности глаза, и врач измеряет его положение методом
параллакса. Обычно при этом перед глазом испытуемого
помещают линзы, благодаря которым изображение занимает
стандартное положение. Тип требуемой для этого линзы и ее
сила как раз и дают полную характеристику преломляющей
способности глаза. Работа с ретиноскопом требует
значительного опыта и умения, поэтому ее должен проводить хороший
специалист.
Чтобы точно подобрать очки, а также подогнать к глазу
контактные линзы, врачу часто требуется измерить кривизну
роговицы — наружной оболочки глаза- Внутренняя
поверхность контактных линз обычно шлифуется так, чтобы она
повторяла форму роговицы. Врач-окулист пользуется для этого
офтальмометром. Офтальмометр измеряет размеры
изображения, получаемого путем отражения света от поверхности
роговицы, которая, будучи гладкой и блестящей, действует
как выпуклое зеркало малого радиуса кривизны. Мы уже
говорили в гл. 3 о том, что положение и размеры
изображения, даваемого выпуклым зеркалом, зависят от его фокусного
расстояния. Последнее равно половине его радиуса кривизны.
В офтальмометр вмонтирована зрительная труба с
измерительной шкалой, по которой определяются размеры
отраженного изображения. Отсюда и находится кривизна роговицы.
Офтальмометр показывает также, какие неправильности
имеются у роговицы. Например, если в роговице
отражается большая окружность, то ее изображение не будет в
точности круглым, если роговица не вполне сферична. Если
ее поверхность сильнее искривлена в одном направлении,чем
в другом (эта аномалия называется астигматизмом), то
будет наблюдаться и соответствующее искажение изображения.
Поэтому, измеряя величину изображения в горизонтальном
и вертикальном направлениях, мы находим по шкале инстру-

Деловая сторона зеркал
99
мента кривизну роговицы в этих направлениях (меридианах).
Такая информация необходима для подбора
соответствующим образом отшлифованных очков или контактных линз
нужной кривизны.
Зеркала или призмы используются и в других
медицинских инструментах, применяемых для исследования
внутренних частей тела. Вводя внутрь узкие трубки, можно с
помощью таких инструментов, как цитоскоп и гастроскоп,
исследовать почки или органы пищеварения. Наконец, следует
воздать должное и маленькому зубоврачебному зеркальцу.
Это простейшее, но необходимое приспособление позволяет
дантисту кропотливо обследовать все закоулки полости
нашего рта, куда свет непосредственно не проникает.

Глава 5
СОБИРАТЕЛИ СВЕТА
ЗЕРКАЛА И ЗВЕЗДЫ
Запуск в 1957 г. на орбиту Земли первого искусственного
спутника известил о наступлении космической эры. Впервые
в истории человечества люди создали ракетные двигатели,
достаточно мощные для того, чтобы преодолеть путы
тяготения, приковывавшие их прежде к Земле, и приступили к
непосредственному исследованию беспредельных просторов
космоса.
Однако эра космических исследований началась уже
более чем за 350 лет до этого — она началась с изобретения
телескопа. Появление телескопа воистину ознаменовало начало
космических исследований. Можно сказать, что от этого
момента берет начало и современная наука- Телескопу мы
обязаны большей частью своих знаний о Вселенной. Он позволил
астрономам изучить ее структуру, с его помощью были
разрешены многие ее загадки. Он же помог вызволить науку из
оков суеверия и воздвигнуть тот прочный фундамент, на
котором она зиждется по сей день.
Ценность телескопа состоит в том, что он раскрывает
перед нами беспредельные просторы Вселенной и позволяет
проникнуть взором на фантастические расстояния.
Подсчитано, что на небе более 100 миллиардов миллиардов звезд.
И большая их часть — это звезды, превышающие наше
Солнце своими размерами и яркостью; Солнце — это просто
ближайшая к нам звезда. Изученная часть Вселенной
простирается на расстояния, слишком громадные, чтобы их измерять
в обычных единицах длины. Здесь единицами служат уже не
километры, а световые годы. Световой год — это то
расстояние, которое свет проходит за год, распространяясь со
скоростью 300 000 км/сек. Световой год составляет около 9,5
миллиона миллионов километров.
При идеальных атмосферных условиях самый лучший
оптический телескоп (большой Паломарский рефлектор в
Калифорнии) может обнаруживать звезды на расстоянии более
миллиарда световых лет. Это расстояние слишком велико,

Собиратели света
101
чтобы его приводить в километрах, так как оно выражается
числом, содержащим двадцать один нуль. Радиотелескопы
принимают излучение звезд с еще больших расстояний.
Телескоп служит инструментом для наблюдения и
исследования бесчисленных объектов, населяющих этот
необъятный мир. В их числе метеорные тела, кометы, облака газа,
пыль и космические частицы, планеты со спутниками.
Телескоп— это как бы открытое окно, позволяющее нам
наблюдать события и явления, повседневно разыгрывающиеся на
небе. Полярные сияния, метеоры, кометы, вспышки звезд —
это лишь немногие из грандиозных сцен, наблюдаемых в
телескоп, причем последние представляют собой акты
термоядерного всесожжения, по сравнению с которыми взрывы
водородных бомб — просто детские хлопушки.
ПЕРВЫЕ ТЕЛЕСКОПЫ
Кто именно изобрел телескоп, точно неизвестно.
Полагают, что идея принадлежит либо Янсену, либо Липперсгейму;
оба были изготовителями очков в Голландии начала
XVII столетия. Первые телескопы представляли собой
систему двух двояковыпуклых линз, помещенных на некотором
расстоянии друг от друга в полой трубе-Такое сочетание линз
давало увеличенное перевернутое изображение удаленного
объекта. Вначале новоизобретенный телескоп считался не
более чем забавной игрушкой.
Однако вскоре телескоп был усовершенствован великим
итальянским естествоиспытателем Галилеем. Телескоп
Галилея давал не перевернутое, а прямое изображение, так как
в нем выпуклый окуляр голландского телескопа был заменен
двояковогнутой линзой.
Все первые телескопы были рефракторами
(преломляющими телескопами), так как делались из стеклянных линз.
Изображения получались в них в результате преломления
световых лучей. Качество линз было низким, шлифовка
примитивной. Малые размеры телескопов и примитивная
конструкция не позволяли собирать достаточно света, чтобы
увидеть далекие звезды. Поэтому ими пользовались главным
образом для изучения Солнечной системы.
Рефрактор Галилея при всех его недостатках позволил
Галилею открыть спутники Юпитера и пятна на Солнце. Эти

102
Глава 5
наблюдения способствовали признанию гелиоцентрического
взгляда на Солнечную систему, впервые провозглашенного
Коперником в 1530 г. Коперник высказал смелое
утверждение, что Земля и другие планеты обращаются вокруг Солнца.
Его теория противоречила принятым тогда взглядам, что
Солнце вращается вокруг Земли. Так телескоп помог
преодолеть ложные представления, тормозившие развитие науки в
течение почти двух тысячелетий.
В XVII столетии Ньютон сформулировал свой закон
всемирного тяготения, опираясь на астрономические
наблюдения, произведенные с помощью изобретенного им телескопа-
рефлектора. Этот закон был фундаментальным достижением
научной мысли и гласил, что все тела во Вселенной связаны
друг с другом взаимным гравитационным притяжением.
Теория гравитации естественно и убедительно объяснила
движения планет и их спутников и послужила тем
основанием, на котором позднее выросло все здание современной
физики. Ньютон даже указал, как можно запускать на орбиту
искусственные спутники, если есть сила, способная
преодолеть тяготение.
Ньютоновский рефлектор сделал возможным более
детальное изучение планет и значительно расширил масштабы
астрономических наблюдений. Вместо выпуклой линзы
Ньютон в своем телескопе воспользовался вогнутым зеркалом,
поскольку он считал, что линзы в рефракторах никогда не
удастся избавить от сферической и хроматической аберрации.
Со временем, однако, оказалось, что рефракторы могут
быть значительно усовершенствованы. В XIX столетии
немецкий физик Фраунгофер разработал принципиально
улучшенные стеклянные линзы, что повлекло за собой появление
больших и лучших рефракторов. В 1888 г. Аббе и Шотт, два
немецких оптика, составили ряд рецептов улучшенных сортов
стекла. Их работа была стимулирована потребностью в линзах
повышенного качества для новых развивающихся областей
микроскопии и фотографии. Пользуясь сортами стекла,
приготовленными по рецептам Аббе и Шотта, изготовители
фотокамер, микроскопов и телескопов смогли делать линзы, почти
не обладающие сферической и хроматической аберрациями.
Однако телескопы-рефракторы ни в коей мере не могут
конкурировать по размерам и способности собирать свет
(светосиле) с рефлекторами, которые теперь повсеместно ис-

Собиратели света
103
пользуются в крупнейших обсерваториях мира. Объектив
крупнейшего рефлектора, установленного на горе Маунт Па-
ломар в Калифорнии, представляет собой параболическое
зеркало диаметром около 5 м. Это зеркало способно собирать
в 700 000 раз больше света, чем человеческий глаз, так что
можно сказать, что с его помощью можно обнаружить свет
одной-единственной свечи на расстоянии около 65 000 км.
Крупнейший в мире рефрактор находится на йеркской
обсерватории близ Чикаго; диаметр его объектива составляет
всего около 1 м, так что он проникает во Вселенную совсем
не так далеко, как Паломарский телескоп.
ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ РЕФРАКТОРОВ И РЕФЛЕКТОРОВ
Хотя большинство астрономов-профессионалов, да и
серьезных любителей предпочитают пользоваться рефлекторами,
а не рефракторами, оба эти типа телескопов обладают и
достоинствами и недостатками.
Если вы не гонитесь за сильным увеличением и не
расположены тратить много времени на уход за инструментом, то
ваши запросы как астронома неплохо удовлетворит и
телескоп-рефрактор. Его преимущество в том, что он
представляет собой закрытую трубу. Поэтому в нем нет потоков
воздуха, существенно портящих качество изображения,
размывающих его (подобные струящиеся образы вы видете, когда
глядите поверх сильно нагретого радиатора отопления).
Потоки воздуха приводят также к расширению или сжатию
объектива, отчего меняется его фокусное расстояние и
изображение становится нерезким. Рефракторы обычно не доставляют
таких неприятностей, но с рефлекторами можно хлебнуть горя.
К недостаткам рефрактора относятся сравнительно
большой вес и размеры, если инструмент обладает сильным
увеличением. К тому же, хотя со времени изобретения телескопа
изготовление линз достигло высокого совершенства,
рефракторы все же не удается полностью освободить от
хроматической аберрации, которой лишены зеркала. Хорошо
откорректированные в цветовом отношении рефракторы стоят дорого
и сложны в изготовлении.
У рефлектора никогда не бывает хроматической
аберрации, к тому же он меньше и дешевле, чем равноценный ему
в оптическом отношении рефрактор. Астроному-любителю

104
Глава 5
проще самому изготовить телескоп-рефлектор, так как у
зеркала лишь одна оптическая поверхность. Хороший
любительский 15-см зеркальный телескоп обычно дает изображение
лучшего качества, чем 10-см рефрактор заводского
изготовления, и к тому же он обходится много дешевле.
К недостаткам рефлектора относятся более узкое поле
зрения и необходимость рассматривать изображение, стоя
сбоку от трубы. При этом свет от объекта частично
заслоняется наклонным зеркалом, отбрасывающим изображение
в сторону, и не попадает целиком на объектив. Кроме того,
в открытый конец трубы свободно входят потоки воздуха, так
что рефлектор работает лучше всего в условиях постоянной
температуры. Если же поверхность его зеркала посеребрена,
то ее нужно хорошо защищать и время от времени
повторно серебрить. Правда, использование алюминия вместо
серебра снимает эту проблему.
Несмотря на все эти недостатки, зеркальные телескопы
обладают большей мощностью, почему их и предпочитает
большинство астрономов-любителей и профессионалов.
ТИПЫ ТЕЛЕСКОПОВ-РЕФЛЕКТОРОВ
Рефлекторы бывают трех основных типов (рис. 27).
Первичное изображение во всех случаях образуется вогнутым
зеркалом.
В рефлекторе системы Ньютона (рис. 27, а) использовано
также и плоское зеркало, которое отражает даваемое
объективом изображение перпендикулярно оптической оси трубы,
где его рассматривают через окуляр. Изображение
получается мнимым и перевернутым. Плоское зеркало фиксируется
на месте металлической рамкой, которую иногда называют
«пауком». Хотя такая конструкция и заслоняет часть
приходящего света, но если плоское зеркало мало и ножки у
«паука» тонкие, основная часть света все же достигает объектива.
Труба телескопа направляется своим открытым концом
на исследуемый объект, свет от которого попадает на
объектив. Здесь он отражается, падает на плоское зеркальце и
направляется в окуляр. Стоя сбоку от инструмента,
наблюдатель видит через окуляр изображение объекта.
Первый телескоп Ньютона имел объектив диаметром
всего 2,5 см. Его фокусное расстояние составляло 15 см, и

Плоское
а зеркало
Лучи света от
далекого объектсГЛ
Выпуклое
$ зеркало
Отверстие
в зеркале
Фокус для
отраженных
лучей
t>
Окуляр
Вогнутое
зеркало
t>
Вогнутое
зеркало
Рис. 27. Телескопы систем Ньютона (а), Кассегрена (б) и Грегори (в).
Обратите внимание на форму и расположение зеркал. Увеличение
каждого телескопа зависит от отношения фокусного расстояния объектива
к фокусному расстоянию окуляра. Телескоп системы Кассегрена дает
большее увеличение благодаря большему фокусному расстоянию.

106
Глава 5
он давал 38-кратное увеличение. Позднее Ньютон строил
телескопы с более крупными зеркалами. В наши дни типичный
любительский ньютоновский рефлектор имеет зеркало
диаметром 15 см и фокусное расстояние 120 см. Его светосила
(способность собирать свет) равна тогда 15:120=1:8, а
максимальное увеличение 600.
В телескопе системы Кассегрена (рис. 27, б) как и в
телескопе Ньютона, объективом служит параболическое
зеркало, но вместо плоского зеркальца, отбрасывавшего
изображение в сторону, в нем использовано выпуклое зеркало,
отражающее свет через отверстие в объективе, где он дает
изображение в фокальной плоскости окуляра. Достоинство
такой конструкции состоит в том, что наблюдатель может
более удобно расположиться позади телескопа, чем сбоку
от него.
При отражении в выпуклом зеркале кассегреновского
телескопа световые лучи несколько расходятся и поэтому
фокусируются на большем расстоянии от объектива, чем у
ньютоновского рефлектора. Таким образом, фокусное
расстояние объектива кассегреновского телескопа эффективно
превышает фокусное расстояние ньютоновского телескопа,
что дает большее увеличение.
Так как фокус объектива в кассегреновском телескопе
вынесен за пределы трубы телескопа, астрономы считают
этот инструмент более удобным, чем ньютоновский телескоп.
Его можно использовать в сочетании с такими устройствами,
как крупные фотокамеры и спектрографы. Особенно это
важно для больших рефлекторов, ибо они редко служат для
простого обозрения неба. Крупнейшие рефлекторы чаще
всего конструируются либо по системе Ньютона, либо по
системе Кассегрена.
Телескоп, сконструированный в XVII столетии Джеймсом
Грегори (рис. 27, в), как и кассегреновский телескоп, имеет
вогнутый объектив с отверстием посередине. Однако вместо
выпуклого вторичного зеркальца в нем использовано еще
одно вогнутое зеркало малого диаметра. Так как вогнутое
зеркало собирает световые лучи, а не рассеивает их, как
выпуклое, то телескоп системы Грегори обладает меньшим
фокусным расстоянием, чем кассегреновский рефлектор, однако
вогнутое зеркало проще шлифовать, чем выпуклое.

Собиратели света
107
ТЕЛЕСКОП ШМИДТА
В 1930 г. оптик Гамбургской обсерватории в Германии
Бернард Шмидт предложил метод, позволивший получать с
помощью сферического вогнутого зеркала те же результаты,
что дает параболическое зеркало.
Шмидт достиг этого, поместив перед сферическим
вогнутым зеркалом тонкую стеклянную несферическую коррек-
ционную пластину. Эта пластина, не изменяя фокусного
расстояния зеркала, так отклоняет падающие на него лучи, что
после отражения они собираются точно в фокальной
плоскости телескопа.
В телескопе системы Шмидта сферическая аберрация
вогнутого зеркала устраняется проще и без таких затрат,
которые требуются при соответствующей шлифовке зеркала.
Сферическая аберрация состоит в неправильной фокусировке
световых лучей, отраженных от края зеркала. Чем больше
диаметр зеркала, тем сильнее сферическая аберрация.
Использование системы Шмидта позволяет с меньшими
затратами изготовлять более крупные рефлекторы. Шмид-
товские телескопы к тому же могут иметь большее поле
зрения, так как в них исправлены оптические дефекты,
возникающие главным образом на краях зеркала. Обычно
коррекционная пластина располагается в центре кривизны
зеркала; часто это просто деталь фотокамеры,
подсоединяемой к телескопу.
ПАЛОМАРСКИЙ РЕФЛЕКТОР
В 1948 г., после двадцати лет кропотливого труда, было
закончено строительство крупнейшего в мире зеркального
телескопа — рефлектора Хэйла, установленного на горе Маунт
Паломар в Калифорнии. Объективом этого инструмента
служит 5-и* параболическое зеркало, крупнейшее из когда-либо
отлитых. Оно является величайшим достижением зеркальной
промышленности во всем мире. Сомнительно, чтобы когда-
нибудь смогли изготовить зеркало, превышающее его
своими размерами 1).
!) В настоящее время в СССР заканчивается изготовление 6-и/
зеркала для телескопа-рефлектора, который предполагается установить на
Северном Кавказе. — Прим. перев.

108
Глава 5
Как и три других крупнейших телескопа (1-м рефрактор
Йеркской обсерватории и 1,5-м и 2,5-л/ рефлекторы на горе
Маунт Вилсон), Паломарский телескоп был построен под
руководством американского астронома Джорджа Эллери
Хэйла. Для работ были привлечены талантливые физики-
оптики, инженеры-электрики, механики, метеорологи,
архитекторы и шлифовальщики линз.
Хотя в общем-то для изготовления зеркала не
обязательно использовать стекло, зеркала Паломарского и других
больших рефлекторов стеклянные, и это не случайно: ведь
стекло меньше сжимается и расширяется при изменениях
температуры, чем металлы. Это свойство существенно, когда
речь идет о больших рефлекторах, у которых кривизна
зеркала должна быть неизменной, чтобы при любой погоде
фокусное расстояние оставалось строго постоянным.
Стеклянный диск для зеркала Паломарского телескопа был отлит
в Нью-Йорке фирмой «Корнинг гласе». Первоначально была
сделана неудачная попытка отлить его из кварца, который
почти совсем не расширяется при нагревании. Затем было
решено взять стекло марки «пирекс» с низким
коэффициентом теплового расширения, то самое, из которого
изготовляют жаростойкую химическую посуду.
Обратная сторона Паломарского зеркала сделана
ребристой, чтобы снизить его огромный вес и ускорить
выравнивание температуры во всем его объеме. Когда диск этого
зеркала был отлит, его подвергли медленному охлаждению —
отжигу, при котором его температура спадала в течение
долгого времени; это потребовалось для того, чтобы избежать
образования трещин и внутренних напряжений в стекле.
Весь процесс такого отжига занял десять месяцев. После
того как в ходе шлифовки с него было снято 5 тонн стекла,
вес готового диска все же оказался равным примерно 20
тоннам. Вес же всего телескопа в целом составляет около
500 тонн.
Для того чтобы телескоп Хэйла мог принимать свет от
объектов, находящихся на расстоянии около миллиарда
световых лет, его установили на высоте полутора тысяч метров-
над уровнем моря на вершине Маунт Паломар. Воздух здесь
сравнительно чист, а районы с мешающим искусственным
освещением достаточно далеки. Телескоп смонтирован на
экваториальной установке, так что ось его параллельна зем-

Собиратели света
109
ной оси. Так как вся конструкция трубы плавает на тонком
слое масла, инструментом легко управлять с помощью
электромоторов.
Этот телескоп Хэйла может использоваться и как
ньютоновский, и как кассегреновский рефлектор. В первом случае
его фокусное расстояние равно 16,5 м; фокусное расстояние
его как кассегреновского телескопа составляет 80 м. Это
фокусное расстояние удается еще увеличить до 150 м с
помощью зеркала кудэ. В этих обоих длиннофокусных
вариантах изображение образуется вне трубы телескопа, где его
можно фотографировать с помощью больших фотокамер или
исследовать с помощью спектрографа.
Паломарский телескоп предназначен не столько для того,
чтобы получать большие увеличения, сколько для того, чтобы
собирать большое количество света и давать большое
разрешение. Он собирает вчетверо больше света, чем 2,5-ж
рефлектор на обсерватории Маунт Вилсон, и позволяет
наблюдать вдвое более далекие объекты.
УВЕЛИЧЕНИЕ ТЕЛЕСКОПА
Телескопы представляют собой сложные инструменты с
двумя увеличивающими системами. Прежде всего лучи света
проходят через объектив. Он дает действительное и
перевернутое изображение объекта в фокальной плоскости (как в
случае объектива-зеркала, так и объектива-линзы). Чей
больше фокусное расстояние объектива, тем сильнее будет
увеличено изображение. Поэтому фокусное расстояние
мощных телескопов стараются делать как можно больше,
насколько это позволяет резкость изображения и удобство
обращения с трубой.
Второй раз изображение, даваемое объективом,
увеличивается с помощью окуляра. Окуляр работает по принципу
обычного увеличительного стекла, хотя хороший окуляр по
своей конструкции намного сложнее простой лупы.
Полное увеличение телескопа равно произведению
увеличений, даваемых объективом и окуляром, так как само по
себе «увеличение» представляет собой просто увеличение
видимых угловых размеров объекта в соответствующее
число раз.
Телескоп предназначен для наблюдения удаленных
объектов в противоположность микроскопу, увеличивающему

по
Глава 5
изображения близких предметов. Параллельные световые
лучи, падающие на объектив телескопа из каждой точки
удаленного объекта, собираются в действительное
изображение в фокальной плоскости объектива. Так как видимые
размеры удаленных объектов малы, их принято измерять
в угловых единицах. Угловые размеры объекта — это тот
угол, под которым объект виден глазу наблюдателя.
Рис. 28. Увеличение телескопа-рефрактора. Как и в телескопе-рефлекторе,
увеличение состоит в том, что угловые размеры изображения возрастают
по сравнению с угловыми размерами объекта, наблюдаемого простым
глазом. Увеличение равно отношению фокусного расстояния объектива
к фокусному расстоянию окуляра.
Увеличенное изображение предмета имеет большие
угловые размеры, чем сам исходный предмет. Поэтому
увеличение телескопа одновременно равно и отношению угловых
размеров изображения к угловым размерам объекта, когда
этот последний рассматривают без помощи телескопа
невооруженным глазом.
Из рис. 28 ясно, как выводится формула для увеличения
телескопа-рефрактора. Увеличение равно отношению
фокусного расстояния объектива телескопа к фокусному
расстоянию его окуляра: /об//™- Эта формула верна как для
рефракторов, так и для рефлекторов. Мы видим, что наиболь-

Собиратели света
111
шее увеличение получается при большом фокусном
расстоянии объектива и коротком фокусном расстоянии окуляра.
Сильное увеличение вовсе не обязательно является
главным достоинством телескопа. Такое увеличение теряет смысл,
если ему не сопутствует хорошая разрешающая способность
инструмента, т. е. способность различать тонкие детали
объекта. Большое увеличение может даже оказаться пороком
телескопа, так как оптические дефекты изображения,
даваемого объективом, будут еще сильнее увеличены при их
наблюдении в окуляр.
Обладая большими фокусными расстояниями,
большинство мощных телескопов имеет длинные трубы. По длине
трубы можно грубо оценить увеличение, даваемое инструментом.
Разумное увеличение, т. е. такое, при котором мы не
жертвуем деталями изображения, в случае параболического
зеркала обычно не более чем в 40 раз превышает его диаметр
(в сантиметрах). Таким образом, максимальное увеличение,
которого можно требовать от 15-см телескопа-рефлектора,
равно 600. Однако астрономы-любители редко пользуются
такими увеличениями, ибо при этом соответственно сужается
поле зрения. Кроме того, атмосферные потоки возмущают
изображение, а телескоп увеличивает и эти возмущения.
Увеличение 5-м рефлектора на Маунт Паломар, согласно этой
формуле, не может превышать 20000.
НАСКОЛЬКО СОВЕРШЕННЫМ МОЖЕТ БЫТЬ
ЗЕРКАЛО РЕФЛЕКТОРА?
Насколько большим может быть полезное увеличение
телескопа? Какие факторы ограничивают его разрешающую
способность?
Мы видели, что увеличение телескопа равно отношению
фокусных расстояний его объектива и окуляра. Почему бы
тогда не взять объектив с очень большим фокусным
расстоянием, а окуляр — с очень маленьким? Казалось бы, так можно
добиться сколь угодно большого увеличения! Однако на деле
это ничего не дает: оказывается, увеличение и разрешающая
способность любого телескопа подчиняются как
теоретическим, так и практическим ограничениям; дальнейшее
увеличение никак не улучшает изображения. Тогда получается
«увеличение ради увеличения»: изображение, конечно, станет
крупнее, но деталей на нем видно не будет.

112
Глава 5
Это можно понять, разобравшись в природе увеличения.
Мы считаем объект увеличенным, если его изображение
имеет большие угловые размеры, чем при наблюдении его
невооруженным глазом с того же расстояния. Увеличение
телескопа, как и микроскопа, достигается тем, что угловые
размеры объекта увеличиваются по сравнению с углом
зрения, под которым объект виден невооруженным глазом.
Можно добиться «увеличения» и не пользуясь какими-
либо оптическими приборами, а просто рассматривая объект
с более близкого расстояния. При этом угловые размеры
объекта возрастают, что практически и является
увеличением. Итак, увеличение — это рост размеров изображения
объекта на сетчатке глаза. Правда, не принято говорить об
увеличении при приближении к объекту, и в этом случае
возрастание его размеров просто служит для оценки
расстояния до него.
Из каждой точки наблюдаемого объекта исходят световые
лучи, складывающиеся в изображение на глазном дне или
(в зависимости от ситуации) на фотопленке. Изображения
отдельных точек дают в совокупности изображение целого
объекта. Однако «точка» изображения — это не идеальная
геометрическая точка, лишенная размеров. На деле это —
маленький кружочек, занимающий определенную площадь.
Размытый кружочек образован из светлых и темных
кольцевых полос, вызванных интерференцией световых волн.
Если объект расположен очень далеко от наблюдателя,
то его угловые размеры могут быть так малы, что даже при
очень большом увеличении, даваемом мощным телескопом,
соседние точки изображения наползают друг на друга. Их
тогда невозможно различить как отдельные точки, и говорят,
что у инструмента не хватает разрешающей способности.
Степень размытости точек изображения определяется как
качеством применяемой оптики, так и волновой природой
самого света. Так как свет состоит из волн определенных
длин, то объекты (или соседние точки объекта), которые
меньше или ближе друг к другу, чем длина волны света, не
будут различаться по отдельности («разрешаться»). Такое
расстояние составляет около 1/20 000 см.
Разрешающая способность зеркала также зависит от
точности шлифовки отражающей поверхности. Согласно
формуле, выведенной в XIX столетии английским астрономом

Собиратели света
113
Джорджем Эйри, диаметр размытого изображения точечного
источника равен 1,22 Kf/d, где Я — длина волны света, f —
фокусное расстояние зеркала, a d — его диаметр1).
Для зеркала диаметром 15 см с фокусным расстоянием
120 см при наблюдении белого света, длина волны
которого в среднем равна 1/20 000 см, поперечник размытого
кружочка составит 1,22 • (1/20 000)- (120/15) см, т. е. около
1/2000 см. Увеличивая размеры зеркала, мы уменьшаем
размеры расплывчатого дифракционного пятна.
При наблюдении далеких звезд главную роль играет
светосила телескопа, а не его увеличение. Звезды находятся
слишком далеко, чтобы можно было разглядеть их строение
даже в лучший телескоп.
Способность телескопа собирать свет называется его
светосилой. Светосила инструмента определяется
отношением диаметра его объектива к фокусному расстоянию. Чем
больше число, выражающее светосилу, тем больше света
способны собрать зеркало или линза. Эта способность
возрастает при увеличении размеров зеркала или уменьшении
его фокусного расстояния. Но так как при уменьшении
фокусного расстояния падает и увеличение инструмента, то
лучше всего увеличивать количество собираемого света,
увеличивая диаметр зеркала и улучшая его оптические качества.
ЛЮБИТЕЛЬСКАЯ АСТРОНОМИЯ
Неожиданное наступление космической эры резко
подняло интерес неспециалистов к телескопам и астрономии.
Тысячи астрономов-любителей сами смастерили телескопы и
прилежно занялись новым увлечением — изучением ночного
неба.
За долгую историю астрономии важный вклад в эту
науку, в том числе в крупные открытия, внесли любители. Мно-
тие любители так глубоко и серьезно увлеклись астрономией,
что стали настоящими профессионалами.
Одним из самых знаменитых астрономов-любителей и
изготовителей зеркал был Вильям Гершель. Гершель родился
в 1738 г. в Германии и эмигрировал в Англию в возрасте
1) Формула Эйри никак не связана с несовершенством шлифовки
зеркал; она следует из неизбежной даже для самого идеального
отражателя дифракции света, обусловленной его волновыми свойствами. — Прим.
перев.

114
Глава 5
девятнадцати лет. Будучи по профессии музыкантом,
Гершель страстно увлекся звездами и стал
астрономом-любителем, когда ему было уже около 35 лет.
Гершель построил несколько телескопов-рефракторов и,,
приобретя некоторый опыт, принялся конструировать
рефлекторы. Он шлифовал свои зеркала из того же сплава, каким
пользовался Ньютон. С течением времени его увлечение
астрономией крепло и углублялось. В 1782 г. Гершель оставил
свою музыкальную карьеру и стал придворным астрономом
короля Георга III.
Гершель работал с целым рядом больших телескопов-
рефлекторов, которые он самостоятельно рассчитал и
построил. Очевидно, он обладал той настойчивостью и
способностью педантично доводить до конца каждую мелочь, которые
необходимы для успешной шлифовки больших зеркал. Самым
значительным его достижением было устройство телескопа-
рефлектора длиной 12 м с зеркалом диаметром 120 см. Если
учесть, когда это было и какой был тогда уровень техники,
успехи Гершеля, безусловно, можно считать выдающимися.
Кроме конструирования рефлекторов Гершель внес и
другой существенный вклад в астрономию. Он открыл
планету Уран, кольца и спутники Сатурна *), а также множество
двойных звезд и далеких туманностей. Вильям Гершель
скончался в 1822 г.; его труды были продолжены его сыном,
Джоном Гершелем, который также прославился как великий
астроном.
ЛЮБИТЕЛЬСКИЙ РЕФЛЕКТОР
В наши дни самый распространенный телескоп — это
15-см ньютоновский рефлектор. Его зеркало шлифуется в
форме параболоида вращения и имеет обычно фокусное
расстояние 120 см.
Как сделать любительский рефлектор, сказано подробнее
в гл. 8. Мы настойчиво рекомендуем читателю, если его за-
') Кольца Сатурна были открыты в действительности не позднее
1659 г. Христианом Гюйгенсом (он же открыл и первый спутник Сатурна);
позднее Кассини в период с 1671 по 1684 г. открыл еще четыре спутника
Сатурна и исследовал детали строения его колец; эти исследования были
продолжены Гершелем. Кстати, сестра Вильяма Гершеля
Каролина-Лукреция тоже была астрономом-любителем и открыла восемь комет. — Прим.
пере в.

Собиратели света
115
интересует этот вопрос, изучить еще дополнительную
литературу. Мы рекомендуем ему, кроме того, ознакомиться с
техникой изготовления любительских телескопов в ближайшем
планетарии. Тогда он сможет избежать тех неудач и
разочарований, которые принесет ему неправильно отшлифованное
зеркало. Здесь же мы обсудим методику изготовления
телескопов лишь в общих чертах.
Так как зеркало — самый главный элемент телескопа-
рефлектора, то лучше всего достать хорошее зеркало
заводского изготовления. Этот путь, безусловно, следует
рекомендовать всем, кто не обладает знаниями и умением, необходимыми
для самостоятельной шлифовки зеркал. Однако
большинство астрономов-любителей предпочитают сами шлифовать
свои зеркала, испытывая чувство удовлетворения и
приобретая опыт. Хорошее самодельное зеркало часто оказывается
лучше чем покупное, так как увлеченный своим делом
любитель не жалеет при его изготовлении ни сил, ни времени.
Шлифовка зеркала начинается с того, что берется
стеклянный диск заводского изготовления толщиной в 2—3 см.
Этот диск должен быть сделан из стекла марки «пирекс»,
коэффициент теплового расширения которого весьма низок.
Другая стеклянная заготовка, той же толщины, что и первый
диск, но сделанная из зеркального стекла, служит для
шлифовки диска до требуемой параболической формы. Для
этого диск из «пирекса» накладывают на заготовку из
зеркального стекла и притирают друг к другу с помощью специально
подобранных абразивов и полировальных смесей.
Спустя некоторое время диск становится вогнутым, а
заготовка — выпуклой. По ходу шлифовки все время ведется
контроль за формой поверхности диска. После того как
поверхность стала вогнутой, ей придается форма параболоида,
отражающего все параллельные друг другу лучи в точку
фокуса. Правильная параболическая форма достигается
изменением движений шлифовальщика и использованием все
более тонких абразивов.
По завершении грубой шлифовки приступают к полировке
зеркальной поверхности с помощью оптической пасты и
кусочков смолы, накладываемых на верхнюю сторону заготовки.
Как при шлифовке, так и при полировке требуется
тщательность и неослабное внимание к точному выполнению
технических приемов. Однако правильно отшлифованное зеркало

116
Глава 5
может сделать всякий, кто будет следовать инструкциям и
работать аккуратно и осторожно.
Отполированная поверхность проверяется по методу Фуко
(метод «лезвия ножа»), состоящему в отражении всех
световых лучей от «искусственной звезды», помещенной в центре-
кривизны зеркала (см. гл. 8). Правильность формы
поверхности зеркала можно тогда оценить по характеру
отраженного света.
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕЛЕСКОПА-РЕФЛЕКТОРА
Рефлектор для астронома-любителя — это его
собственное окно во Вселенную. Он обнаружит с его помощью так
много объектов для наблюдения, что можно потратить не
одну, а множество жизней и все же не исчерпать всего
многообразия.
В ясную ночь невооруженным глазом можно видеть
звезды вплоть до 6-й звездной величины. Через 15-см рефлектор
удается наблюдать звезды и 12,7-й величины. Звезда 12-й
величины примерно 800 раз слабее звезды 6-й величины;
звезда же 1-й величины обладает яркостью обыкновенной
свечи, наблюдаемой в ясную ночь с расстояния в 1,5 км.
При разумном увеличении (от 200 до 300) 15-см
рефлектор способен собирать достаточно света для того, чтобы
можно было наблюдать главные детали строения Луны и
планет, двойные звезды, звездные скопления вне нашей
Солнечной системы и галактики, лежащие еще гораздо дальше.
Яркость полной Луны примерно в 200 000 раз превышает
яркость звезды 1-й величины. Через любительский телескоп
можно наблюдать на ней кратеры и измерять их глубину.
С помощью любительского телескопа можно исследовать
и Солнце. Для таких наблюдений достаточно увеличения всего
в 50 или 100 раз. Ни в коем случае нельзя глядеть на Солнце
в телескоп — это может очень серьезно повредить зрению.
Солнце следует фотографировать через соответствующие
дымчатые фильтры, а таке наблюдать его изображение косвенно,
проецируя изображение из окуляра на экран. Такое
наблюдение не составляет труда и позволяет легко обнаруживать
солнечные пятна. Детали на поверхности Солнца удобно
рассматривать через фильтры. Во время полного солнечного
затмения можно сфотографировать солнечные вспышки и
протуберанцы. Можно фотографировать прохождение по диску

Собиратели света
117
Солнца внутренних планет (Меркурия и Венеры), когда
Земля, планета и Солнце находятся на одной прямой.
Так как планеты расположены гораздо ближе к Земле,
чем звезды, они представляют собой отличный объект для
исследования с помощью любительского рефлектора.
Простому глазу планеты представляются совсем как обычные звезды.
Ближние планеты — Венера, Марс и Юпитер — обычно очень
ярки, особенно когда их положение на орбитах близко к
Земле.
С помощью 15-см рефлектора можно увидеть все планеты,
кроме Плутона. В отличие от звезд, строение которых
невозможно рассмотреть из-за их слишком большого расстояния
от нас, на многих планетах при сильном увеличении видны
интересные детали. Удается увидеть спутники Юпитера,
кольца Сатурна, полярные шапки Марса и фазы Венеры.
ФОТОГРАФИРОВАНИЕ ЧЕРЕЗ ТЕЛЕСКОП
Большинство астрономических наблюдений проводится по
фотоснимкам, а не при непосредственном наблюдении в
телескоп. Это объясняется рядом причин. Прежде всего можно
систематически фотографировать область неба для ее
дальнейшего изучения. Фотопластинку можно экспонировать сколь
угодно долго, чтобы на ней получились такие слабые звезды,
которые невозможно разглядеть глазом. Кроме того, тем
самым можно избежать долгих и утомительных наблюдений.
Фотографирование через телескоп можно вести разными
способами. Можно подсоединить к окуляру фотокамеру без*
объектива, а наводку на резкость осуществлять, выдвигая
окуляр телескопа. Можно также убрать и окуляр телескопа и
пользоваться вместо него объективом фотоаппарата. Наконец,
можно удалить и окуляр телескопа, и объектив фотокамеры,
чтобы изображение на фотопластинке было образовано одним
лишь зеркалом.
При фотографировании через телескоп необходима наводка
на резкость с помощью матового стекла, чтобы изображение
сфокусировалось в плоскости фотопластинки (или
фотопленки). Эта задача решается, как и при обычной фотосъемке, с
помощью разного рода видоискателей.
Многие телескопы смонтированы совместно с небольшими
рефракторами-искателями, жестко скрепленными с основной.

118
Глава 5
трубой. Они особенно нужны при большом увеличении
телескопа, когда поле зрения мало.
В астрономической фотографии существенны сорт
используемой фотоэмульсии и время экспозиции. В зависимости от
яркости объекта экспозиция может длиться от долей секунды
(при фотографировании Солнца) до нескольких часов (при
фотографировании слабых звезд).
РАДИОЛОКАТОРЫ
Во время второй мировой войны при массированных
налетах немецкой авиации на Великобританию англичанам
значительно помогло изобретение радиолокатора —
засекреченного в те времена радара.
Слово «радар» является сокращением английского
выражения «radio detection and ranging» (определение
радиотехническими методами направления и расстояния). Это слово
читается одинаково в обе стороны, что забавным образом
соответствует и сущности этого метода обнаружения целей.
Радиолокатор посылает тонкий пучок радиоволн,
отражающихся, например, от далекого самолета. Принимая вновь эти
отраженные волны, радиолокатор заблаговременно
информирует о том, на каком расстоянии и в каком направлении
находится этот самолет. Так как радиоволны распространяются
со скоростью света, английские радиолокационные установки
немедленно предупреждали Военно-воздушные силы и
противовоздушную оборону Великобритании о приближении
немецких эскадрилий, позволяя подготовиться к налету.
Английские радиолокаторы помогли сбить столько
немецких самолетов, что германское командование было вынуждено
сократить количество налетов, и это спасло Англию от
разгрома с воздуха в тот момент, когда она оставалась
единственной не оккупированной немцами державой в Западной
Европе, все еще сопротивлявшейся Германии.
Обычная радиолокационная установка состоит из
ультракоротковолнового радиопередатчика, посылающего
сверхвысокочастотные импульсы, приемника, принимающего
отраженные волны, и электронного осциллографа, на экране которого
отмечается как посылка импульса, так и возвращение
отраженного сигнала. На кинескопе осциллографа с помощью

Собиратели света
119
быстро движущегося пучка электронов измеряется время, за
которое СВЧ-импульсы доходят до цели и возвращаются
обратно. Этот кинескоп действует подобно кинескопу
телевизора. Так как радиоволны распространяются со скоростью
света, а на осциллографе радиолокатора измеряется время их
распространения в оба конца, то тем самым измеряется и
расстояние до цели.
Важной частью радиолокационной установки является ее
антенна. Это большой вращающийся металлический
рефлектор, сконструированный таким образом, чтобы излучать и
снова принимать радиолокационные импульсы. По своему
действию он аналогичен параболическим зеркалам
телескопов, но по внешнему виду сильно от них отличается.
Радиолокация получила большое развитие во время
второй мировой войны и после нее. Теперь это неотъемлемая
часть военного и навигационного оснащения самолетов и
кораблей. Кроме того, ее используют для исследования
облачности и при слежении за ураганами. С помощью
радиолокационных импульсов можно «видеть» сквозь облака и туман, в
темноте. С помощью больших радиолокационных
рефлекторов (отражателей) осуществляют слежение и телеуправление
космическими кораблями и находящимися на орбите
спутниками. Астрономы иногда пользуются радиолокаторами для
наблюдения за хметеорными частицами, а также для
измерения расстояний до Луны, Венеры и Марса.
РАДИОТЕЛЕСКОПЫ
В те же годы, когда усовершенствовалась радиолокация,
начали конструировать большие рефлекторы для
радиотелескопов. Цель радиотелескопа — собирать приходящие из
космоса невидимые радиоволны. Речь идет, таким образом, о
«радиоприемниках» чрезвычайно далекого радиуса действия,
принимающих сигналы даже не с другого конца нашей
планеты, а из далеких глубин Вселенной. Радиотелескопы служат
также радиопередатчиками дальнего радиуса действия,
способными посылать сигналы команды космическим кораблям.
Маневрирование автоматической станции «Маринер-4» при ее
полете к Марсу в 1965 г. осуществлялось по командам с Земли
именно с помощью радиотелескопа. Радиотелескопы как сред,
ство связи с космическими станциями будущего имеют
большие перспективы.

120
Глава 5
Первый радиотелескоп был построен в 1931 г.
американцем Карлом Янским, инженером-электроником телефонной
компании «Белл».
Янский сделал свое открытие совершенно случайно. Ему
было поручено выяснить источник шумов и атмосферных
помех, влиявших на качество приема дальних телефонных
разговоров. Янский тщательно проследил изменение интенсив-
кости этих шумов в зависимости от времени суток, чтобы
определить момент максимума помех.
Анализируя свои записи, Янский заметил, что самые
сильные шумы возникали в телефонных линиях ежедневно
примерно в одно и то же время, причем с каждым днем на четыре
минуты раньше. Он ломал голову над этим фактом, пока не
догадался, что речь идет о различии между солнечными
сутками длительностью в 24 часа и звездными сутками,
определяемыми по вращению Земли относительно звезд, которые на
4 минуты короче. Значит, дело было во вращении Земли
относительно звезд при ее движении вокруг Солнца.
Из собранных данных Янский заключил, что шумы,
влиявшие на телефонные линии, приходили извне Солнечной
системы, весьма вероятно от звезд.
Мысль о том, что звезды способны излучать мощные
радиоволны, которые могут дойти до Земли через огромные
пространства космоса, была совершенно неожиданной для
астрономов. До тех пор они думали, что от звезд могут приходить
лишь очень короткие волны видимого света и что оптический
телескоп — единственный инструмент, пригодный для
получения информации о Вселенной. Когда был изобретен
радиотелескоп, оказалось, что это мнение было ошибочным. Таким
образом, благодаря радиотелеокопу астрономия —
древнейшая из наук — сомкнулась с наукой сегодняшнего дня —
электроникой.
ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОТЕЛЕСКОПА
Обычные радиоволны, на которых ведутся
широковещательные радиопередачи, проходят очень большие расстояния
благодаря их отражению от ионосферы. Ионосфера — это
слой наэлектризованного воздуха, простирающийся на
высотах от 70 до 230 км над поверхностью Земли. Радиоволны
меньшей длины волны, чем волны широковещательного диа-<

Собиратели света
121
пазона, не отражаются ионосферой. Длина таких волн лежиг
в промежутке от долей сантиметра до нескольких метров;
они проходят сквозь ионосферу, не отражаясь от нее. Это
относится ко всем радиоволнам этого диапазона как земного,,
так и неземного происхождения.
Поэтому для связи между Землей и далекими от нее
объектами могут служить радиоволны длиной от сантиметра
(или еще меньше) и до нескольких метров. В отличие от
более длинных волн, используемых при радиопередачах в
земных масштабах, эти более короткие радиоволны
распространяются прямолинейно, подобно световым лучам. Поэтому
рефлектор радиотелескопа можно направить на далекий
источник радиоволн в космосе точно так же как
оптический телескоп наводят на звезды. Если же его использовать
в качестве передающего устройства, рефлектор
радиотелескопа может посылать сигналы к далекому спутнику или
другой планете. Поэтому радиотелескоп стал важным
инструментом космической эры, служащим для обнаружения
источников радиосигналов, приходящих к нам из глубин
Вселенной. Столь же велико его значение как средства связи
с далекими космическими кораблями. Экипажи космических
кораблей могут держать связь с Землей. Такими кораблями,
как и автоматическими космическими станциями, можно
управлять на расстоянии, посылая с Земли команды через
радиотелескоп.
Радиоастрономические обсерватории построены теперь во
всех концах земного шара. Так как к их рефлекторам
предъявляются иные требования, чем к зеркалам о0ычных
телескопов, они могут быть сделаны несравненно крупнее этих
зеркал. Благодаря тому что волны радиодиапазона гораздо
длиннее, чем волны видимого света, при конструировании
радиотелескопов оказываются ненужными тонко
отполированные оптические поверхности. Рефлекторы
радиотелескопов можно также делать не в виде сплошных отражающих
поверхностей, а в виде металлических решеток.
Так как рефлекторы радиотелескопов должны принимать
гораздо более длинные волны, чем оптические рефлекторы,
их делают очень большими. Большинство отражателей
современных радиотелескопов имеют диаметры от 15 до 30 м.
В Парксе (Австралия) в 1961 г. был построен 64-ж
рефлектор. Рефлектор знаменитого радиотелескопа на обсерватории.

122
Глава 5
Джодрелл-Бэнк в Англии имеет диаметр 76 м. В Советском
Союзе 42-ж радиотелескоп используется исключительно для
слежения за спутниками. В Соединенных Штатах имеется
ряд больших радиотелескопов и проектируются новые.
Собирались сделать 180-ж рефлектор, но в 1962 г. этот проект
был отменен, так как вращение такой махины ставило много
технических проблем.
РАДИОИНТЕРФЕРОМЕТР
В гл. 4 мы говорили о том, как можно использовать
интерференцию световых волн для предельно точных
измерений. Этот же принцип применяется в звездном
интерферометре, который присоединяется к оптическому телескопу и
увеличивает разрешение астрономических наблюдений.
Аналогичный звездный интерферометр в сочетании с
радиотелескопом также увеличивает разрешение.
Первооткрывателем принципа интерферометра был
Альберт Майкельсон 1). Этот принцип состоит в наведении двух
далеко разнесенных друг от друга инструментов на один и
тот же объект. Световые или радиоволны от этого объекта
принимаются обоими инструментами. Чем сильнее они
раздвинуты, тем легче разрешать детали в этом далеком
объекте.
В звездном интерферометре свет или радиоволны,
падающие на далеко разнесенные оптические или радиотелескопы,
отражаются зеркалами и дают интерференционную картину.
По характеру этой интерференционной картины и
расстоянию между рефлекторами можно определить угловые
размеры источника волн.
В век космоса радиотелескоп стал важным средством
связи. Бесспорно, что его роль станет еще важнее, когда
человек проложит дорогу в бескрайние просторы Вселенной.
ОБСЕРВАТОРИИ НА ОРБИТЕ
Возможности мощных рефлекторов сильно ограничены
присутствием в атмосфере пыли, капелек воды и
конвекционными токами воздуха, а также флуктуациями плотности
1) Это отнюдь не так; до Майкельсона интерферометры
конструировались и другими физиками, в частности лордом Релеем. — Прим. перев*

Собиратели света
123
воздуха — внезапно образующимися его уплотнениями и
разрежениями в очень мелких масштабах. Мощные рефлекторы
удается использовать лишь в те немногие часы, когда воздух
достаточно чист и спокоен и свет распространяется в нем
без искажений. Поэтому большие рефлекторы обычно
устанавливают в горной местности, где воздух чист и сух.
Наблюдения ведутся главным образом в предутренние часы,
для которых характерна устойчивость температуры и
спокойствие воздуха.
Для повышения эффективности телескопических
наблюдений теперь строят инструменты с системами
телеуправления, располагаемые на воздушных шарах и искусственных
спутниках. Телескоп-рефлектор «Стратоскоп-2», построенный
компанией «Перкин — Элмер», имеет зеркало, диаметром
90 см и ведет наблюдения с высоты 24 км над уровнем моря
с воздушного шара. Этот инструмент управляется
радиосигналами с поверхности Земли; он фотографирует планеты,
туманности и другие астрономические объекты. Его
разрешающая способность оценивается в 0,1 секунды дуги, что
соответствует возможности различить на расстоянии 1000 км
два предмета, просвет между которыми составляет 50 см.
Другой телескоп, предназначенный для наблюдений са
спутника, представляет собой легкое параболическое зеркало
диаметром 80 см. Для уменьшения веса зеркало сделали из
тонких кварцевых пластинок, сварив их наподобие пчелиных
сотов; затем его отражающая поверхность была
отполирована и покрыта металлом, подобно тому как делают и
массивные стеклянные зеркала.
Кроме астрономических исследований орбитальные
обсерватории проводят с помощью совершенных телекамер
исследования поверхности Земли. Это важно для картографии,
метеорологии и для военных целей.

Глава 6
ЗЕРКАЛА И СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ
СОЛНЦЕ—источник жизни
Из квадрильонов звезд, населяющих Вселенную, ни одна
так не важна для существования жизни на Земле, как Солнце.
С точки зрения астрономов, Солнце — второстепенная
звезда, расположенная на расстоянии 150 миллионов километров
от Земли. В переводе на единицы измерения, принятые в
астрономии, это составляет всего 8 световых минут, или 1/250 000
расстояния до другой ближайшей к нам звезды — Альфы
Центавра, находящейся от нас на расстоянии 4 световых лет.
Другие звезды удалены от Земли на миллионы и миллиарды
световых лет.
Земля, как и другие планеты Солнечной системы, является
спутником Солнца. Она удерживается на орбите вокруг
Солнца, так как скорость ее движения по этой орбите достаточно
велика и центробежная сила уравновешивается
гравитационным притяжением со стороны Солнца. Скорость движения
Земли по орбите составляет более 100 000 км/час. Итак, она
не падает на Солнце по той же самой причине, по какой Луна
и искусственные спутники удерживаются на орбитах вокруг
Земли.
Люди, принадлежавшие к разным культурам, с
древнейших времен поклонялись Солнцу, которое несет нам
излучение, поддерживающее жизнь; однако источники
неисчерпаемой энергии Солнца оставались загадочными почти до самого
последнего времени. Уже давно ученые поняли, что Солнце
слишком горячо и сияет в течение слишком долгого времени,
чтобы эта его энергия была результатом обычных химических
реакций. Лишь после открытия Эйнштейном в 1905 г. его
знаменитой формулы Е = тс2, связывающей массу и энергию,
стали предполагать, что Солнце черпает свою энергию в
превращении водорода в гелий.
В 1934 г. английские физики-ядерщики Кокрофт и Уолтон,
работавшие в Кавендишской лаборатории в Кембридже,
получили при взаимодействии атомов гелия и водорода два
«атома гелия. При этой ядерной реакции выделилось большое

Зеркала и солнечная энергия
125
количество энергии, причем оно в точности совпадало с тем,
которое следовало из формулы Эйнштейна. Этот эксперимент,
как и произведенные позднее, показал, что аналогичные
ядерные реакции распада и слияния, по всей видимости,
происходят и внутри Солнца.
Развитие ядерной физики после 1939 г., и в том числе
взрывы атомных и водородных бомб, подтвердило
представления о том, что солнечная энергия — это продукт постоянно
поддерживающихся термоядерных реакций, состоящих в
слиянии ядер водорода(протонов) с образованием ядер гелия.
В этом процессе слияния часть массы атомов водорода,
оставшаяся после образования ядер гелия, превращается в
огромное количество теплоты и излучения, постоянно отдаваемых
Солнцем.
В наши дни все ученые согласны что Солнце — это
гигантская, однако «спокойная» водородная бомба, которая
непрерывно излучает энергию уже несколько миллиардов лет.
Астрофизики утверждают, что это излучение будет
продолжаться по меньшей мере еще несколько миллиардов лет, пока
его источники не истощатся.
Гигантский огненный шар Солнца имеет поперечник
более 1 400 000 км, что более чем в 1000 раз превышает диаметр
Земли. Его масса в 300 000 с лишним раз больше земной
массы, а объем более чем в миллиард раз больше земного.
Значит, плотность Солнца составляет лишь около четверти
плотности Земли; причина тому — высокая температура и
газообразное состояние Солнца. Оценка температуры внутри Солнца
дает 20 000 000°, хотя его поверхность нагрета лишь до 6000°.
Более 99% массы всей Солнечной системы сосредоточено
в Солнце.
СКОЛЬКО ЭНЕРГИИ ПРИХОДИТ К НАМ ОТ СОЛНЦА?
Превращая массу в энергию, Солнце излучает
ежесекундно около 4 • 1027 джоуля энергии, или 4-Ю24 киловатт. Из
этого количества Земля получает ежедневно количество
энергии, равное четырем квадрильонам киловатт-часов. Этого
количества хватило бы для того, чтобы дать каждому человеку
на Земле каждый день по одному миллиону киловатт-часов,
т. е. в 30 000 раз больше энергии, чем весь мир потребляет
сейчас, сжигая разные виды топлива — уголь, нефть, дерево.

126
Глава 6
В результате излучения такого огромного количества
энергии Солнце ежедневно теряет около 4,5 миллиона тонн своей
массы. Это следует из эйнштейновской формулы Е = тс2,
в которой Е — энергия, т — масса, ас — скорось света.
Подставляя в эту формулу численные значения величин, можно
показать, что при полном переводе в энергию 1 грамма массы
можно получить около 25 миллионов киловатт-часов
электроэнергии, если бы можно было получить ее непосредственно.
Этот расчет показывает, что все вещество Солнца может
быть израсходовано за 100 миллиардов лет. Но уже задолго
до того, как это произойдет, уменьшение выхода солнечной
энергии приведет к таким последствиям, что жизнь на Земле
станет невозможной. К настоящему времени Солнце уже
израсходовало 2% своей массы.
ЧТО ТАКОЕ СОЛНЕЧНЫЙ СВЕТ?
В XVII столетии Ньютон показал, что стеклянная призма
способна разлагать свет Солнца на цвета радуги. Так было
впервые показано, что белый свет в действительности состоит
из смеси цветов. Правда, Ньютон утверждал, что свет — это
поток маленьких частиц, а не волн.
Лучи, соответствующие каждому цвету солнечного
спектра, представляют собой излучение с характерной для этого
цвета энергией. Грубо говоря, весь спектр можно
подразделить на три части, соответствующие так называемым
основным цветам: красному, зеленому и синему. Синие лучи
обладают наибольшей энергией, так как у них самая высокая
частота. Энергия зеленых лучей несколько ниже, а самой
малой энергией обладают красные лучи. Другие цвета,
например желтый или фиолетовый, являются в действительности
смешением основных. Энергии их волн имеют значения,
средние от энергий составляющих их основных цветов1).
1) Такой подход к теории цвета и энергии световых волн вообще не
имеет ничего общего с действительностью и является не более чем грубой
вульгаризацией. На самом деле, если говорить о соответствии каждому
цвету определенной энергии, то эту энергию нельзя приписывать
«световым волнам»: каков бы ни был цвет светового луча, его энергия будет
тем больше, чем интенсивнее этот луч. Однако свет — не обычная волна,
он обладает еще и корпускулярными свойствами, хотя лучше сказать, что
свет представляет собой поток фотонов, которые проявляют в одних
условиях свойства частиц, а в других условиях — свойства волн, так что

Зеркала и солнечная энергия
127
Видимый свет составляет лишь около 40% всего излучения
Солнца. 10% приходится на ультрафиолетовые лучи — это
коротковолновое излучение, лежащее за фиолетовым краем
спектра. Остальные 50% представлены в ви/fe тепловых и
инфракрасных волн, обладающих сравнительно большими
длинами волн и лежащих за красным краем спектра. Часто
удается превращать волны одного типа в волны другого.
До Земли доходит лишь ничтожная часть излученной
Солнцем энергии, так как Земля очень мала по сравнению с
Солнцем и находится от него очень далеко.
Приблизительно 50% энергии, доходящей до Земли, либо
отражается облаками обратно в космическое пространство,
либо поглощается атмосферой. Тем не менее та часть
излучения Солнца, которой все же удается дойти до
поверхности Земли, фантастически велика по сравнению с нашим
являются совершенно особыми образованиями, сочетающими
одновременно и волновые и корпускулярные свойства (в сущности таковы все
элементарные частицы). Фотону из пучка с определенным цветом
соответствует строго определенная энергия. Поэтому лучше сказать так: чем
выше частота (меньше длина волны) света, тем больше энергия его
фотонов. В науке действительно рассматриваются так называемые основные
цвета спектра. Они соответствуют не столько энергиям фотонов, сколько
воспринимающим способностям нашего глаза, поэтому при смешении в
некоторой пропорции трех упомянутых автором цветов и можно получить
ощущение любого другого цвета. Однако это не имеет ни малейшего
отношения к энергиям фотонов: как бы мы ни смешивали, скажем,
красный и зеленый лучи, фотоны получающегося пучка, воспринимаемого
нами как желтый, все равно останутся смесью двух сортов фотонов с
энергиями, характерными для исходного красного и зеленого пучков,
тогда как фотоны «настоящего» желтого света в действительности имеют
энергии, промежуточные между «красными» и «зелеными» фотонами.
Кроме того, смесь цветов всегда разлагается на свои компоненты в
стеклянной призме, тогда как чистый промежуточный цвет так и останется
сам собой. При этом нужно еще заметить, что обычно в качестве
основных цветов спектра берут шесть: красный, оранжевый, желтый, зеленый,
синий и фиолетовый (раньше в их число включали еще седьмой цвет —
индиго, но это делалось, по-видимому, более для достижения
эстетического эффекта, так как число «7» считалось священным). Этот выбор
диктуется не природой света, а способностью нашего глаза различать
основные оттенки цветов: более тонкие нюансы мы уже не называем
новым цветом, а характеризуем как оттенок некоторого основного. Что же
касается трех «основных» цветов, упоминаемых автором, то к уже
сказанному в этом примечании можно добавить, что они имеют важное
техническое значение в цветной фотографии и цветном телевидении, так как
смешивать большее количество цветов для получения зрительного
эффекта и чрезмерно сложно, и физиологически излишне. — Прим. перев.

128
Глава 6
потреблением энергии. На каждый квадратный метр
поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, приходится
мощность около 1,5 киловатта. Это составляет более 300 калорий
в секунду. Кокечно, эта величина меняется в течение дня — на
восходе Солнца она равна нулю и принимает максимальное
значение в полдень, когда Солнце стоит высоко над головой.
Зависит эта мощность и от широты местности, и от времени
года: это связано с углом, под которым доходят к нам
солнечные лучи, так как от этого угла зависит толщина слоя
воздуха, который им приходится преодолевать.
ОПЫТ С СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИЕЙ
Количество солнечной энергии, которое может быть
получено в данной местности, нетрудно определить, произведя
простой опыт, основанный на законе сохранения энергии.
Закон этот утверждает, что энергия не возникает из ничего и
не уничтожается, но лишь переходит из одной формы в
другую. Короче говоря, невозможно ни уничтожить энергию, ни
создать ее. Так, например, энергия солнечного света не
пропадает бесследно, но переходит в теплоту, химическую форму
энергии или (с помощью специальных искусственных
приспособлений) в электроэнергию.
После открытия реакции расщепления ядер и превращения
массы в энергию закон сохранения энергии пришлось
пересмотреть. Этот закон теперь утверждает, что суммарное
количество массы и энергии неизменно. Это широкое и
существенное обобщение заложено в эйнштейновской формуле,
выражающей эквивалентность массы и энергии. Однако
старый закон сохранения все же не утратил своей ценности при
анализе простых превращений энергии. Им, например, можно
воспользоваться при экспериментальной оценке энергии,
которую можно получить в вашей местности от Солнца.
Накройте листом стекла мелкий таз, наполненный водой.
Измерьте температуру воды. Выставьте таз на солнце и
подождите, пока температура воды не перестанет расти.
Измерьте и запишите следующие величины: площадь таза, его
глубину, вес воды в граммах, температуру воды в начале и
в конце опыта и угол падения солнечных лучей.
Определите теперь количество калорий, полученных водой
и тазом при нагревании. Калория — это количество теплоты,

Зеркала и солйечная энергия
129
поднимающее температуру 1 грамма воды на 1°. Всего вода
поглотила столько калорий, сколько получится при
умножении массы воды в граммах на величину изменения
температуры; к этому еще нужно прибавить произведение массы
самого таза на разность температур и на удельную
теплоемкость вещества таза. Если у вас алюминиевый таз, то его
удельная теплоемкость равна примерно 0,2, т. е. требуется
всего 0,2 калории для того, чтобы нагреть 1 грамм алюминия
на 1°. Алюминий нагревается примерно в 5 раз быстрее, чем
вода. Если ваш таз сделан из другого металла, его
теплоемкость можно определить по справочнику.
Если солнечные лучи падают вертикально сверху, то число
калорий выр-ажает энергию, поступающую от Солнца как раз
на ту площадь, какую покрывает таз. Если площадь таза
равна 10 дм2, то ваши измерения дают величину солнечной
энергии, которая приходится на 10 дм2 поверхности Земли.
Мощность солнечного излучения можно вычислить, разделив
полученную энергию на время (в секундах), за какое
достигается наибольшая температура. Разделив полученное
значение на площадь таза в квадратных сантиметрах, получим
число калорий, приходящих на 1 см2 в 1 сек. Однако
мощность обычно выражают в ваттах, т. е. в джоулях в секунду1).
Одна калория составляет 4,19 джоуля. Умножив число
калорий в секунду на 4,19, получим число ватт. Так мы найдем
наибольшую энергию электрического тока, которая
получилась бы, если перевести всю падающую солнечную энергию
в электрическую. Конечно, такой полный перевод практически
невозможен, так как коэффициент полезного действия
современных солнечных элементов даже в идеальных условиях
составляет около 10%.
1) Описанный метод определения мощности солнечного излучения,
доходящего до поверхности Земли, требует одной оговорки: нельзя
дожидаться того момента, когда будет достигнута наибольшая температура.
По самому своему смыслу наибольшая температура — это та температура,
по достижении которой вода в тазу перестает нагреваться. Это
происходит не от того, что в солнечном излучении исчерпалась энергия, а от того,
что усилился теплообмен между тазом и окружающей средой; чем сильнее
нагрет таз, тем больше поток тепла из таза в воздух и в подставку, на
которой стоит таз. Следовательно, нужно определять время подъема
температуры воды в тазе на достаточно малую величину, когда разность
температур между тазом и воздухом не приводит еще к большой
теплоотдаче. — Прим. перев.

130
Глава 6
Если падающий на таз свет первоначально собрать с
помощью вогнутого (например, параболического) зеркала, то
энергия сконцентрируется в небольшом объеме. Взяв
несколько таких рефлекторов, можно сконцентрировать много света
в небольшом объеме, увеличив тем самым поступающую туда
мощность. Однако даже в лучшем случае мощность,
падающая на 1 м2 рефлектора, не превышает одного киловатта.
Так как световые лучи падают не прямо сверху, если не
считать полуденного положения Солнца на некоторых
широтах в определенное время года, то следует значительно
понизить величину солнечной энергии, приходящейся на единицу
площади. Измерив угол падения лучей и умножая
приведенную выше величину на косинус этого угла, мы получим
действительное значение мощности, которую приносит излучение
Солнца на единицу площади поверхности Земли в данном
месте.
Когда Солнце стоит прямо в зените, угол падения его
лучей равен нулю (лучи перпендикулярны поверхности). Так
как косинус нуля градусов равен единице, то наибольшую
энергию молено получить при максимальной высоте Солнца.
Действие собирателей солнечной энергии можно улучшить,
применяя гелиостат. Гелиостат — это всего-навсего плоское
зеркало, подставленное под таким углом к Солнцу, чтобы
«ловить» солнечные лучи и направлять их на собирающее
вогнутое зеркало. Гелиостат часто снабжают часовым
механизмом, который поворачивает его все время так, чтобы он
следовал за движением Солнца по небу.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
Исследователи разрабатывают ряд способов
использования солнечной энергии. Постоянно проводятся опыты с целью
усовершенствовать эти способы, чтобы в конце концов можно
было перейти от обычного топлива на солнечную энергию.
Уже теперь тепло солнечных лучей непосредственно
используется для приготовления пищи, приведения в действие паровых
двигателей и нагревания химических смесей при реакциях.
При этом применяются большие рефлекторы, дающие
высокую температуру в фокусе зеркала. Солнечный нагреватель
на одной из вершин французских Пиренеев дает температуру,
достаточную для плавления глины. В Сан-Диего (штат Кали-

Зеркала и солнечная энергия
131
форния) солнечный нагреватель дает температуру около
5000°, и с его помощью плавят и исследуют различные
металлы. Небольшая солнечная жаровня, параболический
рефлектор которой имеет диаметр около метра, позволяет в
летние дни за несколько минут вскипятить воду, при этом
ни посуда, ни пища не загрязняются продуктами горения.
Солнечные кипятильники, дающие перегретый пар
турбинам или паровым двигателям, имеют преимущество перед
обычными печами в весе и в экономичности действия. Но,
хотя уже построено много действующих солнечных двигателей,
они не в состоянии конкурировать с дизельными и
двигателями внутреннего сгорания ввиду своей высокой стоимости
и громоздкости.
Солнечные жаровни с параболическими рефлекторами
размером с зонтик с успехом используются на открытом
воздухе в странах с жарким климатом.
Одним из возможных применений солнечной энергии
являются установки для дистиллирования соленой воды. Работа
над солнечными опреснителями для получения питьевой воды,
спрос на которую быстро растет, сейчас находится в
опытной стадии во многих странах мира, особенно в засушливых
жарких местностях на берегах морей.
Работа солнечного опреснителя сводится в основном к
кипячению и выпариванию морской воды с последующей
конденсацией пара. Во время второй мировой войны на всех
спасательных плотах были небольшие солнечные
опреснители. Они представляли собой пластмассовые коробки,
наполнявшиеся морской водой; улавливаемое ими тепло солнечных
лучей приводило к испарению воды. Пары отводились и
конденсировались в другой части опреснителя.
Перегонка соленой воды на обычных видах топлива
требует слишком больших затрат. Если же использовать энергию
Солнца, то отпадают расходы на горючее, но вместе с тем
процесс испарения протекает медленно, так что выход
пресной воды будет низким. Правда, применение солнечных
рефлекторов ускоряет процесс испарения и делает такие
установки более практичными, особенно если они невелики.
В таких теплых районах, как Флорида, недорогим и
эффективным способом снабжения горячей водой для бытовых
нужд оказываются солнечные кипятильники. Они
используются там уже на протяжении многих лет.

132
Глава 6
Особый интерес представляет важный метод
непосредственного перевода солнечной энергии в электрическую путем
нагревания двух соединенных друг с другом пластин из
разных металлов. Такая установка называется термопарой. Хотя
коэффициент полезного действия термопары все еще очень
низок (около 3%), этот метод можно назвать
многообещающим. Применение его будет, надо думать, расширяться с
развитием исследований в этой области. Особенно
привлекательно в этом методе непосредственное превращение теплоты
в электрический ток без использования сложных и
дорогостоящих турбин и электрических генераторов.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПУСТЫНЬ
Обширные районы мира в настоящее время необитаемы,
так как они слишком жарки, засушливы и лишены
растительности. Однако именно эти качества делают пустыни лучшим
местом для добывания и использования солнечной энергии.
Значительные части Африки, Азии, Австралии и Северной
Америки стали пустынями в результате того, что Солнце
иссушило эти земли, лишив их воды, необходимой для
поддержания жизни растений и животных. Хотя земли пустынь
большей частью не поддаются обработке, большое количество
людей все же вынуждено жить в них на грани голода, так
как земля не дает им ни пищи, ни воды. Восстановление
плодородия пустынь — привлекательная и вдохновляющая задача
современной науки и техники. К сожалению, эта задача
слишком сложна и имеет (кроме чисто технических) политические
и социальные аспекты. Тем не менее с помощью
высокоразвитых стран делаются энергичные попытки использовать в
пустыне солнечную энергию для дистиллирования воды, для
приведения в действие холодильных установок и производства
электроэнергии.
Один из путей использования солнечной энергии,
по-видимому, поможет решить мировую проблему нехватки
продовольствия. Уже издавна для концентрирования солнечной
энергии используется простой метод, основанный на
«парниковом эффекте». Обычное оконное стекло пропускает сквозь
себя солнечное излучение, задерживая лишь
ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. При нагревании теплицы
солнечными лучами тепловые волны, в которые превращается
видимый свет, задерживаются в ней и не могут излучаться наружу.

Зеркала и солнечная энергия
133
Дело в том, что тепловые волны — это главным образом
инфракрасный свет, которого стекло не пропускает. В тех же целях
можно использовать и прозрачные пластмассовые пленки.
Парниковый эффект может стать действенным средством
для обогрева закрытых посадок, а также установок для
опреснения воды.
СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Солнечным элементом называется установка,
непосредственно превращающая солнечный свет в электрический ток.
Она была разработана в последние годы телефонной
компанией «Белл».
Солнечные элементы могут питать электроэнергией
радиоприемники, служить для зарядки аккумуляторов на
телефонных линиях и снабжать энергией искусственные спутники. Их
можно использовать также и в комбинации с зеркальными
отражателями. Солнечные элементы делают из сравнительно
новых веществ — полупроводников, производство которых
началось в последние годы. Название «полупроводник» связано
с электрическими свойствами этих веществ, промежуточных
между обычными проводниками (например, металлами) и
изоляторами, которые вообще не проводят электричества. Они
широко применяются в радиотехнике в качестве
транзисторов, выпрямителей и термисторов.
В состав полупроводников обычно входят элементы, в
атомах которых на внешних орбитах имеется по четыре
электрона. Наилучшими полупроводниками служат кремний и
германий. К этим элементам добавляют небольшое количество
мышьяка или бора, атомы которых имеют на своих внешних
орбитах соответственно по пять и по три электрона.
Благодаря такой примеси электроны в кремниевом или
германиевом полупроводнике могут свободно перемещаться под
действием приложенной разности потенциалов, теплоты или света.
Обычно солнечный элемент бывает сделан из кремниевой
пластинки с добавкой бора. Когда на него направляют свет,
возникает слабый электрический ток, энергия света
превращается в электрическую. Коротковолновый
(ультрафиолетовый) свет дает больший выход электроэнергии, чем
длинноволновый (инфракрасный). Солнечные элементы,
поставляемые телефонными лабораториями «Белл», имеют коэффициент
полезного действия по переводу света в электрический ток до

134
Глава 6
11%. Ожидается, что со временем к. п. д. удастся повысить
до 22%, что выше, чем у парового двигателя, и равно к. п. д.
двигателя внутреннего сгорания. Энергия при этом получается
совершенно даровая.
Можно усиливать слабый ток и повышать низкое
напряжение, даваемые солнечными элементами, соединяя много
таких элементов параллельно и последовательно. Гакие
установки используются Американской телефонной компанией для
зарядки 20-вольтовых аккумуляторов, снабжающих током
телефонные линии. Соединение 432 элементов дает при ярком
солнечном свете ток силой в треть ампера. Более сильный ток
удается получить, взяв еще больше элементов и рефлекторы,
усиливающие солнечный свет.
Солнечные элементы применяются для приведения в
действие небольших электромоторов и радиоприемников, а также
для снабжения энергией космических кораблей. Количество
получаемой электроэнергии, как и при других превращениях
энергии зависит от длины волны излучения, падающего на
солнечный элемент. Фотоны синего конца спектра несут
энергию около 3 электронвольт, тогда как фотоны красного
конца— около 2 электронвольт. Энергия в 1 электронвольт
равноценна энергии в 1,6- Ю-19 джоулей или энергии,
приобретаемой одним электроном при прохождении им разности
потенциалов в 1 вольт.
Солнечные элементы — одно из важнейших средств
перевода солнечной энергии в электрическую. Их долговечность,
простота устройства и удобство обращения с ними,
несомненно, обещают широкое их применение в будущем. При
фокусировке на них света с помощью зеркал их коэффициент
полезного действия значительно возрастает. Тогда как
увеличение интенсивности света приводит к тому, что в
электрический ток вовлекается все больше электронов, энергия этих
электронов зависит лишь от частоты падающего излучения,
возрастая с увеличением этой частоты. Повышение
температуры, видимо, не улучшает работы солнечных элементов.
ЗЕРКАЛА В КОСМОСЕ
Трудность снабжения космических кораблей достаточным
количеством топлива для дальних рейсов заставила
сосредоточить внимание на зеркалах как средстве для собирания
энергии, излученной Солнцем.

Зеркала и солнечная энергия
135
Хотя едва ли возможно запускать космические корабли
с помощью зеркал, представляется весьма вероятным, что
энергетические потребности корабля, уже запущенного на
орбиту, можно в значительной степени обеспечить энергией
солнечного излучения. Разрабатываемые в настоящее время
проекты космических кораблей учитывают возможности
использования солнечной энергии для питания различных
электрических и механических систем в предстоящих космических
полетах.
Мысль воспользоваться зеркалами, концентрирующими
солнечную энергию и снабжающими ею космические корабли,
так же стара, как и сама идея космического полета. Еще в
1650 г. поэт Сирано де Бержерак предложил использовать
солнечную энергию, чтобы отправить космический корабль к
Луне и к Солнцу.
В 1957 г., после стремительного наступления космической
эры, представители космической науки, естественно,
обратились к проблеме использования вогнутых зеркал для
собирания мощного и непрерывного в условиях космоса солнечного
излучения. Примерно в это время немецкий ученый-ракетчик,
работающий в США, Краффт Эрике предложил использовать
два больших вогнутых отражателя для разогрева двигателя
с жидким водородом, дающего тягу ракете. Благодаря таким
зеркалам уменьшился бы вес ракеты, так как отпала бы
надобность в жидком кислороде, который обычно применяется
для сжигания водорода. В новом проекте водород не
сжигается, а нагревается зеркалами и выбрасывается из сопла,
тогда как обычно этот водород сжигается в кислороде, и ракету
толкает происходящий при этом взрыв. Если учесть, что
участвующий в такой реакции кислород весит в 9 раз больше,
чем водород, то ясно, что новый проект дает значительную
экономию веса. Хотя эта экономия несколько уменьшается из-
за веса зеркал, она все же значительна, так как зеркала
можно сделать из легких пластмассовых листов, на которые
напылен алюминий. Эти пластмассовые листы погружаются на
корабль в свернутом виде и расправляются уже на орбите.
Другие ракетчики предлагают свои способы создания тяги
при помощи зеркал. Один из проектов состоит в установлении
двух рядов параболических рефлекторов с каждого борта
космического корабля. Каждый рефлектор должен иметь в
диаметре 15 м, и в каждом ряду их должно быть 20 штук. Такая

136
Глава б
установка должна давать мощность в 7500 киловатт,
питающую турбогенераторы, которые будут приводить в движение
космический корабль с помощью заряженных ионов. Тяга
будет возникать за счет отдачи при выбросе ионов
электромагнитными полями, создаваемыми на корабле. Думают, что
при этом еще останется достаточно мощности для питания
систем поддержания жизни и связи на таком корабле.
Подобный космический корабль должен отправляться от
промежуточной орбитальной космической станции и
возвращаться на нее же, так как он слишком громоздок и тяжел для
запуска непосредственно с поверхности Земли. Его
параболическими зеркалами можно будет управлять так, чтобы они
были всегда направлены на Солнце, непосредственно собирая
его лучи.
Хотя такого космического корабля еще не строили, весьма
вероятно, что подобный проект будет осуществлен. Замена
горючего зеркалами позволит увеличить размеры корабля и
дальность его полета.
Для испытания эффективности различных зеркальных
собирателей солнечного света, производящих электроэнергию,
корпорация «Сандстрэнд» в Денвере построила крупнейшую
в мире следящую систему. Эта система оснащена 13,5-ж
параболическим зеркалом, автоматически следящим за Солнцем
при его движении по небу. Зеркало сделано из
пластмассовой пленки с алюминиевым покрытием, которой придана
жесткость с помощью полиуретановой пены. Зеркало
изготовлено по программе развития систем для непрерывного
энергоснабжения космических кораблей, которую проводит
Национальное управление по аэронавтике и исследованию
космического пространства.
Это 13,5-м зеркало собирает солнечные лучи в пятно
диаметром примерно в 20 см, температура в котором превышает
2000°. Параболическая форма придается зеркалу путем
накачивания воздуха под небольшим давлением в пространство
между пластмассовой пленкой и подложкой из жесткого
пенопласта. По проекту к 1970 г. зеркала такого типа должны
непрерывно давать на космических кораблях мощность 75
киловатт. Этой энергии достаточно для того, чтобы непрерывна
поддерживать яркое свечение 750 электроламп мощностью па
100 ватт, что соответствует потребности в освещении 30
средних американских домов.

Зеркала и солнечная энергия
137
Такие зеркала можно будет упаковывать весьма компактно
в космических кораблях, так как они сделаны из
пластмассовой пленки и пенопласта. На орбите их можно будет надувать
газом и устанавливать в нужном положении.
Корпорация «Вестингауз» исследует вопрос о применении
огромных параболических рефлекторов в качестве солнечных
парусов. Эти паруса подобны обычным парусам на лодках,
только вместо ветра на зеркальные паруса будет оказывать
давление свет. Теоретическим основанием для использования
зеркальных парусов является тот факт, что свет оказывает
некоторое давление на отражающую поверхность, создавая
небольшую тягу. Этот эффект иллюстрируется простой
«научной игрушкой» — радиометром, лопасти которого начинают
вращаться, когда на них падает свет. Их можно заставить
вращаться под действием луча света от карманного
фонарика. Причины этого легко понять, если вспомнить, что свет
представляет собой поток мельчайших частиц — фотонов.
Сталкиваясь с парусом, каждый фотон передает ему
ничтожно малый импульс. Хотя действие отдельного фотона
незначительно, их нескончаемый поток, падающий на очень
большую поверхность паруса, будет создавать существенную силу
тяги.
Как и другие зеркала, предназначенные для космических
исследований, солнечные паруса позволят значительно
снизить вес космического корабля. Ученые, занятые проблемой
космической тяги, утверждают, что ускорение, которое будут
давать солнечные паруса, вполне сравнимо с тем, какое
достигается с помощью химического топлива. К тому же
предполагают, что солнечные паруса смогут одновременно
использоваться в качестве гигантских антенн радиотелескопов. Их
огромные размеры позволят устанавливать лучшую связь на
много большие расстояния, чем это возможно сейчас с
помощью наземных оптических и радиотелескопов.

Глава 7
ЛАЗЕРЫ. НОВАЯ СПЕЦИАЛЬНОСТЬ ЗЕРКАЛ
УСИЛЕНИЕ СВЕТА
В 1960 г. научный мир был потрясен известием о создании
удивительного светового луча, настолько интенсивного, что он
способен прожигать дыры в толстых листах стали.
Новый прибор, создающий этот луч, назвали лазером.
Такой луч несравненно мощнее любого когда-либо полученного
ранее пучка света. Луч лазера — единственный в своем роде
и в другом отношении. Он когерентен, т. е. его волны «идут
в ногу» в отличие от волн обычного света. Такая
когерентность лазерного луча означает, что его можно
сконцентрировать в чрезвычайно узкий пучок параллельных лучей. В
отличие от обычного света они способны, благодаря своей
параллельности, проходить огромные расстояния, не расходясь в
разные стороны и сохраняя высокую концентрацию энергии.
Появление лазера вызвало большое оживление в научных,
промышленных и военных кругах. Предсказывалось его
применение в технике связи, промышленном бурении и сварке,
в хирургии и даже в качестве лучей смерти. К интенсивному
исследованию и усовершенствованию лазера и разработке
его применений приступили многие радиотехнические
компании.
Впервые лазерный пучок был получен в результате
многократного отражения света между поверхностями предельно
отполированных зеркал на концах тонкого рубинового
цилиндра. Этот рубин не был естественным драгоценным камнем, это
был большой кристалл, искусственно выращенный в жаркой
электрической печи, а затем вырезанный и отшлифованный
в форме цилиндра. Концы его тщательно отполировали и
посеребрили. Первый рубиновый лазер имел в длину около 5 см.
и был толщиной в несколько миллиметров.
Такой рубиновый цилиндр был помещен внутрь спирали,
образованной стеклянной трубкой, которую наполнили газом
ксеноном. Трубка эта действовала подобно обычной
фотографической лампе-вспышке, причем и здесь производился элек-

Лазеры. Новая специальность зеркал
139
трический разряд в ксеноне, который и возбуждал лазер
(рис. 29).
Химики относят ксенон к редким газообразным элементам,
таким, как гелий, неон и аргон. Все они не образуют
химических соединений, а ведут отшельническое существование и
называются инертными газами. Несмотря на свою химическую
пассивность, эти газы, по-видимому, пригодны для
возбуждения свечения лазера1).
Название «лазер» — сокращение, в котором отражен
физический принцип получения нового типа лучей: это первые бук-
,вы английского выражения «light amplification by stimulated
- Отражатели-
l Выходящий
пучок света
Лампа '
вспышка
*— Рубиновый
цилиндр
Рис. 29. Рубиновый лазер. Лазер дает мощный и узкий пучок
когерентного излучения, который обладает очень сильной направленностью.
Изготовлен впервые в 1960 г.
emission of radiation», означающего «усиление света путем
стимулированного испускания излучения».
Исторически лазер возник как развитие идеи мазера.
Мазер был разработан за несколько лет до лазера и представляет
собой метод усиления сверхвысокочастотных радиоволн.
Это тоже сокращение от «microwave amplification by
stimulated emission of radiation»; оно означает «усиление микроволн
путем стимулированного испускания излучения».
Сверхвысокочастотные радиоволны (микроволны) обладают длиной
волны порядка сантиметра и используются в радиолокации,
телеуправлении ракетами и телевидении.
Мазер был изобретен Чарлзом Таунсом в 1953 г.; Та-
унс был в то время профессором физики в Колумбийском
1) Степень пригодности элемента для возбуждения лазера
определяется не его химическими свойствами, а его физическими характеристик
ками и в первую очередь спектром излучения. — Прим. перев.

140
Глава 7
университете1). Первый действующий рубиновый лазер был
создан его родственником Теодором Мэйманом, проводившим
исследования в лаборатории авиационной компании Хьюза в
Калифорнии. Между мазерами и лазерами много общего, так
как и те и другие предназначены для усиления излучения.
Разница лишь в длине волны этого излучения: радиоволны
обладают длинами волн, намного большими, чем свет, и к.
тому же световые волны в отличие от радиоволн доступны
нашему зрению. Тем не менее как световые, так и радиоволны
имеют одну и ту же электромагнитную природу и
распространяются в пространстве с одинаковой скоростью. Поэтому
лазер часто называют оптическим мазером.
ЧТО ТАКОЕ ЛАЗЕР?
Чем отличается луч лазера от обычного света? Почему
его появление так взволновало ученых? Чтобы достаточна
полно ответить на эти вопросы, нужно вспомнить, что такое
свет и каким путем развивались физика и химия за
последние 150 лет.
Мы уже видели, как вогнутые отражатели собирают
параллельные световые лучи в фокусе зеркала. С помощью
хорошего параболического зеркала можно осуществить и
обратный процесс — послать параллельный пучок света от
сильного источника, помещенного в фокусе зеркала. Так
действуют автомобильные фары и прожекторы; этим способом
пользуются также при демонстрации диапозитивов.
Параболические рефлекторы высокого качества прекрасно
собирают свет, а посланные ими параллельные пучки
сохраняют яркость на протяжении многих километров. Но все же
дальность их действия остается ограниченной. С одной
стороны, это вызывается чисто техническими причинами: весь
источник света невозможно поместить в фокусе хотя бы
потому, что этот источник не точечный, да и само зеркало можно
сделать параболическим лишь с той или иной практически
достижимой степенью точности, и его дефекты будут
сказываться тем сильнее, чем дальше мы будем прослеживать путь
]) За работы в области создания мазера Ч. Таунс совместно с
советскими физиками Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым был награжден в
1964 г. Нобелевской премией. -— Прим. перев.

Лазеры. Новая специальность зеркал
141
луча С другой стороны (и это уже не зависит от степени
совершенства зеркала и точечности источника света, а является
просто законом природы), свету свойственно явление
дифракции, приводящее к неизбежному его рассеянию при
распространении от источника или отражателя конечной величины.
Явление дифракции связано с волновой природой света и
складывается из двух факторов. Во-первых, каждая точка
фронта световой волны ведет себя как самостоятельный
источник сферической вторичной волны. Во-вторых, эти волны
складываются друг с другом по закону интерференции; при этом
они в одних направлениях гасят друг друга, а в других
направлениях усиливают, что дает в итоге новый световой фронт.
Точки этого фронта снова выступают в роли источников
сферических волн, эти волны вновь складываются друг с другом,
и так до бесконечности (или до тех пор, пока волна не
наткнется на какую-нибудь преграду). В этом, по волновым
представлениям, и состоит процесс распространения света. В
случае когда на пути света находится зеркало, вторичные
сферические волны с волнового фронта, дошедшего до него,
отбрасываются уже назад. Тогда на краю зеркала соседние
точки фронта световой волны находятся в разных положениях:
одна, попавшая на поверхность зеркала, дает сферическую
волну в обратном направлении, другая же точка, лежащая
за краем зеркала на его продолжении, все еще посылает свою
вторичную сферическую волну вперед. Ясно, что
интерференция таких волн исказит отраженную волну на краю зеркала.
Мы представили здесь процесс отражения в крайне
упрощенном виде; более точный анализ показывает, что волна
должна слегка огибать, «захлестывать», край зеркала (да и
всякой другой преграды). Точный эксперимент подтверждает
это. Дифракционное рассеяние световых пучков вообще
происходит на их краях, и тем сильнее, чем разнороднее
составляющие эти пучки световые волны.
В обычном свете, излучаемом нагретыми предметами,
волны чередуются совершенно беспорядочно, излучаясь по мере
того, как отдельные электроны в атомах перескакивают с
одной орбиты на другую. Так оказывается, что один участок
волнового фронта образован одной волной, а другой
участок— другой волной, резко отличающейся от первой по своей
фазе. На месте стыковки этих волн в ходе распространения
света вторичные сферические волны, о которых мы только что

142
Глава 7
говорили, будут давать неправильную картину
интерференции, и фронт, бывший вначале плоским, начнет на этом месте
«разъезжаться». Этого не будет лишь в случае, если все
отдельные акты излучения света (перескоки электронов) будут
происходить согласованно, и волны будут «идти в ногу».
Такие волны называются когерентными, и при своем
распространении они сами себя усиливают в направлении основного
пучка и ослабляют в других направлениях, т. е. как бы
«фокусируются». Конечно, когерентность, как и всякое другое
качество света или других объектов, может достигаться лишь
с той или иной степенью точности. Но как заставить
электроны согласованно, как по команде, в нужные моменты
перескакивать с орбиты на орбиту? Как дать электронам «хорошее
воспитание»?
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЛАЗЕРА
Лазеры, мазеры, полупроводниковые приборы и солнечные
элементы — все эти технические новинки имеют между собой
много общего. Они появились в результате прогресса наших
знаний о строении атома. Если бы мы стали перечислять
здесь всех, чьи труды привели к созданию лазера, нам
пришлось бы упомянуть большинство выдающихся химиков и
физиков XIX и XX столетий.
Нужно особо отметить роль теоретических исследований
Альберта Эйнштейна и Макса Планка: на созданных ими
теориях, выявивших взаимосвязь между массой и энергией и
заложивших основы квантовой механики, и базировались все
экспериментальные и инженерные работы, которые привели
к созданию такого сложного современного прибора, как лазер.
В лазере, да и во многих других современных электронных
устройствах, используются явления, родственные
фотоэффекту, и способность некоторых веществ изменять частоту
падающего на них излучения. Оба эти эффекта занимали большое
место в исследованиях Эйнштейна и Планка. Фотоэффект, как
известно, состоит в выбивании светом электронов из вещества.
ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ И ЛАЗЕР
Принцип действия лазера можно в основном понять,
разобравшись в явлении флуоресценции. Флуоресценция —это
свойство некоторых веществ излучать видимый свет, когда эти
вещества подвергаются действию других излучений. Такие

Лазеры. Новая специальность зеркал
143
вещества используются в лампах дневного света и при
изготовлении светящихся циферблатов часов и кинескопов
телевизоров; их называют фосфорами1).
При разряде переменного тока высокого напряжения,
проходящего через наполненную газом трубку, возникает
излучение (главным образом ультрафиолетовое); действуя на
покрытые фосфором стенки трубки, оно вызывает появление
флуоресцентного свечения. Экран телевизионного кинескопа
светится под действием пучка быстрых электронов, падающих
на него и прочерчивающих светящиеся «строки». Светящиеся
циферблаты часов видны в темноте, так как их фосфоры
возбуждаются излучениями радиоактивного распада веществ,
химические соединения которых примешаны к
фосфоресцирующему материалу на циферблате.
Флуоресценция—явление поглощения веществом одного
вида излучения и испускания при этом другого, видимого
светового излучения. Его можно сравнить со сжатием и
расслаблением пружины или со столкновением движущегося и
покоящегося предметов, при котором между ними
перераспределяется энергия. В этом последнем примере движущийся
предмет при столкновении теряет энергию, а покоящийся ее
приобретает.
Так как световое излучение само обладает энергией, оно,
попадая на атомы флуоресцирующего вещества
(столкновение), часто отдает им энергию и переводит электроны в
атомах с орбиты на орбиту. Переходя на орбиту,
соответствующую более высокому энергетическому уровню, электроны
поглощают энергию, но они способны ее отдать, возвращаясь
на более низкий энергетический уровень. Эта энергия
испускается в форме световых или других электромагнитных волн
в зависимости от того, сколько ее было первоначально
поглощено. Итак, флуоресценция состоит в испускании фотонов,
«частиц» света, когда возбужденный атом возвращается в
свое обычное, так называемое основное состояние2).
х) «Фосфор» происходит от греческих слов «свет» и «носитель», т. е.
«светонос», и, хотя названия «фосфор» (фосфоресцирующее или
флуоресцирующее вещество) и «фосфор» (химический элемент) имеют один и
тот же буквальный перевод, смысл их совершенно различен, и они не
имеют между собой, вообще говоря, ничего общего. — Прим. перев.
2) Возвращаясь непосредственно в то же состояние, из которого он
вышел при возбуждении, атом излучил бы фотон той же энергии, какой
обладал возбудивший его фотон, и изменения частоты излучения не

144
Глава 7
Иногда флуоресцирующему веществу на возвращение в
основное (низшее) энергетическое состояние требуется больше
времени, чем на поглощение энергии (возбуждение). Так
объясняется тот факт, что эти вещества продолжают
некоторое время светиться, когда возбуждающее их излучение уже
перестало поступать. Это можно наблюдать на экране
телевизора, продолжающем некоторое время светиться после его
выключения1). Даже сама возможность получить на
телевизионном экране целостную картину обусловлена таким
явлением послесвечения. Хотя электронный возбуждающий пучок
быстро бегает взад и вперед по экрану и не задерживается
ни в одной его точке, свечение каждой точки экрана, которую
он «посетил», продолжается до тех. пор, пока пучок не
вернется снова в эту точку. Поэтому мы видим освещенной всю
площадь экрана телевизора, хотя на самом деле бегущий
электронный пучок в каждый момент времени находится в
весьма малой части экрана2).
КАК РАБОТАЕТ РУБИНОВЫЙ ЛАЗЕР?
Рубин является окислом алюминия с примесью хрома.
Ионы хрома возбуждаются, т. е. они переходят из своего
обычного основного энергетического состояния в возбужденное
произошло бы. Когда атом, поглотив, например, ультрафиолетовый фотон,
испускает фотоны видимого света (менее энергичные), это объясняется
тем, что он возвращается в свое основное состояние не сразу, а «по
ступеням», на каждой из которых излучается по отдельному фотону, а
значит, происходит дробление воспринятой этим атомом энергии. — Прим.
порее.
1) Читатель не должен думать, что появление на экране после
выключения телевизора светящегося пятнышка, иногда очень яркого,
вызывается таким послесвечением: здесь действует сам электронный пучок,
который продолжает излучаться раскаленной «электронной пушкой»
кинескопа, не сразу остывающей после выключения телевизора. Хороший
пример послесвечения — яркое, постепенно затухающее свечение
циферблата часов, когда вы переносите их с солнечного света в темноту. Часто
такие циферблаты делают без добавления радиоактивных солей, в
результате чего под утро они совсем не светятся (радиоактивное излучение
вредит организму). — Прим. перев.
2) На самом деле немаловажную роль в ощущении целостности
видимой нами картины играет и так называемая «инерция зрения»: глаз
продолжает ощущать свет около Vie секунды после наступления темноты.
Это свойство глаза использовано в кино, где кадры сменяются с такой же
или большей частотой, а между ними экран остается неосвещенным;
собака или кошка, у которых инерция зрения меньше, чем у человека,
видят при этом в отличие от нас неприятное мелькание. — Прим. перев.

Лазеры. Новая специальность зеркал
145
состояние. Это достигается путем оптической «накачки» их
энергией при включении спиральной ксеноновой
газоразрядной трубки, охватывающей кристалл рубина, причем
кристалл поглощает фотоны с длиной волны около 5600
ангстрем. Энергия этих фотонов выше, чем у фотонов
возникающего позднее излучения.
Возвращаясь в основное состояние, ионы хрома делают
это с небольшим запозданием, несколько задерживаясь на
промежуточном энергетическом уровне в так называемом
метастабильном состоянии. При обычных условиях метаста-
бильные ионы хрома просто возвращаются в основное
состояние, испуская излучение, подобно всем прочим
флуоресцирующим веществам. Однако ионам хрома требуется
большее время для перехода из метастабильного состояния в
основное, чем для перехода из основного состояния в
возбужденное вместе со «спуском» в промежуточное по энергии ме-
тастабильное состояние. За этот промежуток времени
вспышки ксеноновой лампы накачивают все больше энергии в
кристалл рубина, и в результате появляется все больше
таких метастабильных ионов. В конечном счете возникает
инверсная населенность ионов хрома, т. е. такое положение,
когда в метастабильном состоянии находится больше атомов
ярома, чем в основном состоянии.
Так же как сильное сжатие пружины может внезапно
привести к высвобождению ее энергии, явление инверсной
населенности оказывается необходимой предпосылкой для
излучения лазера. Это излучение высвобождается при
переходе иона хрома из метастабильного в основное состояние,
причем излучается фотон — частица света — с длиной волны
6943 ангстрем в красной части спектра. Такой фотон
сталкивается с другим метастабильным ионом хрома, вызывая его
переход в основное состояние с излучением второго красного
фотона. Столкновения продолжаются, и возникает все
больше и больше красных фотонов.
Большая часть возникающих таким образом красных
фотонов теряется и уходит сквозь боковые стенки рубинового
цилиндра. Однако тщательно отполированные зеркала на его
концах отражают часть этого излучения так, что оно
оказывается запертым между ними. Тем временем все больше
ионов хрома возвращается в свое основное состояние,
излучая при этом новые фотоны. Их отражение взад и вперед

146
Глава 7
между зеркалами на концах рубинового цилиндра дает
оптическую цепную реакцию с нарастающей лавиной фотонов.
Часть фотонов проходит сквозь полупрозрачное серебряное
зеркало, и тогда мы наблюдаем импульс красного излучения.
Так как в ходе многократного отражения через боковую
поверхность рубинового цилиндра уходят те фотоны,
направление движения которых не было параллельно оси цилиндра;
окончательный пучок получается параллельным и
интенсивным. К тому же этот пучок когерентен, что означает, что
приблизительно квадрильон излучаемых за каждую секунду
волн имеет одну и ту же фазу, т. е. «идут в ногу», подобно
невероятно быстро движущейся, идеально тренированной
армии солдат, выполняющих все маневры с безупречной
точностью.
Таким упорядоченным испусканием световых волн и
объясняется та грандиозная энергия, которую удается
сконцентрировать в узком лазерном луче.
Метод получения лазерного луча обусловливает его почти
идеальную параллельность. Такой пучок способен проходить
большие расстояния, не расходясь в стороны. Поэтому
лазером можно освещать объекты на гораздо больших
расстояниях, чем обычным прожектором. Лазерное излучение волн
строго одной длины волны делает его также ценным
эталоном для производства измерений. В лазерном пучке длина
волны выдерживается настолько точно, что с ним не могут
состязаться многие другие физические устройства.
ДРУГИЕ ТИПЫ ЛАЗЕРОВ
Со времени изобретения рубинового лазера было
сконструировано два других типа лазера — газовый и инжекцион-
ный. В них обоих важную роль играет многократное
отражение. Газовый лазер представляет собой цилиндрическую
трубку, наполненную смесью гелия и неона. В обоих концах
трубки помещено по тщательно отполированной кварцевой
пластинке; эти пластинки строго параллельны, и их
внутренние поверхности имеют зеркальные покрытия, подобно
полупосеребренному концу рубинового лазера, так что лазерные
пучки отводятся с обоих концов трубки.
Газовый лазер в отличие от рубинового, требующего
оптической подкачки при помощи ксеноновой лампы-вспышки,.

Лазеры. Новая специальность зеркал
147
приводится в действие с помощью высокочастотного
генератора радиоволн. Этот генератор поддерживает разряд в газе,
в результате которого возбуждаются атомы гелия и неона.
Хотя здесь процесс передачи энергии осуществляется
сложнее, чем в рубиновом лазере, в конечном итоге он приводит
к переводу атомов неона в возбужденное состояние и к
созданию инверсной населенности. Как и в рубиновом лазере,
спусковой механизм состоит в испускании фотона каким-либо
атомом неона, после чего остальные атомы неона,
«перенаселившие» данный уровень, спешно переходят в состояние с
меньшей энергией, испуская массу фотонов той же самой
частоты.
Эти фотоны отражаются взад и вперед зеркальными
концами газовой трубки и частично проходят сквозь
полупрозрачное покрытие. В большинстве случаев излучение газовых
лазеров невидимо, так как относится к инфракрасному
участку спектра электромагнитных волн.
Инжекционный лазер — это устройство, в котором
рабочим является твердое тело; по своему принципу действия он
напоминает солнечный элемент или полупроводник.
Как мы видели в гл. 6, солнечные элементы делаются из
полупроводников с примесями, и при попадании на них света
высвобождаются электроны. В радиотехнических
транзисторах также применяются полупроводниковые материалы с
примесями, работающие вместо радиоламп.
Инжекционный лазер представляет собой
полупроводниковый диод-выпрямитель, пропускающий электрический ток
только в одном направлении. Такой лазер делают из
мышьяковистого галлия с примесью теллура и цинка, и он имеет
вид очень маленького прямоугольного кирпичика, тщательно
отполированные грани которого служат хорошими
отражателями. При этом серебрить грани нет необходимости, так как
вещество лазера само обладает металлическими свойствами
и в полированном виде отлично отражает свет.
Между концами такого лазерного диода пропускается
сильный ток, и при этом происходят сложные и не вполне
еще изученные превращения энергии. При усилении тока
возникает когерентное лазерное излучение. Сильный ток
нагревает вещество лазера до высокой температуры, так что
необходимо охлаждать его во время работы такими холодными
веществами, как жидкий гелий и жидкий азот.

148
Глава 7
Излучение инжекционного лазера не в такой степени
когерентно, как излучение рубинового и газового лазеров.
Однако благодаря сравнительной простоте конструкции он
удобен для связи на коротких расстояниях. Как и
большинство полупроводниковых устройств, он дает не очень
большой выход энергии, и рубиновый лазер лучше его в этом
отношении. Из всех трех типов лазеров рубиновый лазер
обладает самой высокой мощностью, а газовый дает
наиболее когерентное излучение.
ЛАЗЕРЫ КАК СРЕДСТВО СВЯЗИ
Чрезвычайно высокая частота волн лазерного пучка (около
миллиарда мегагерц) делает его многообещающим
средством связи. Волны, переносящие передачи обычного
телевидения и радиовещания, имеют гораздо меньшие частоты:
обычное радиовещание с амплитудной модуляцией
производится на частотах от 500 до 1600 килогерц (от 500 000 до
1 600 000 колебаний в секунду), а УКВ-радиовещание и
телепередачи с частотной модуляцией — на частотах примерно от
90 до ПО мегагерц (от 90 000 000 до 110 000 000 колебаний
в секунду). Эти волны переносят звуковую и оптическую
информацию в этих передачах. Рабочие частоты
радиолокационных и прочих специальных установок несколько
выше *).
Чрезвычайно высокая частота электромагнитных
колебаний в лазерных пучках позволяет вложить в них гораздо
больше информации, чем в современные обычные средства
связи. С помощью одного лазерного луча можно передавать
более 600 телефонных разговоров сразу. К тому же можно
получать частоты, кратные частоте исходного когерентного
пучка. Уже удавалось удваивать частоту рубинового лазера.
В результате еще больше увеличивается информационная
емкость лазерной связи.
*) Автор ошибается. Радиовещательные передачи производятся в
следующих диапазонах: на длинных волнах — от 150 до 415 килогерц, на
средних волнах — от 520 до 1600 килогерц, на коротких волнах — от 3,95
до 12,1 (а иногда и до 27) мегагерц, на ультракоротких волнах — от 64,5
до 73 мегагерц. В телевидении как звук, так и изображение передаются:
на несущих частотах, лежащих в 12 стандратных каналах между 50 и
230 мегагерцами. — Прим. перев.

Лазеры. Новая специальность зеркал
149
Лазеры могут обеспечить создание всемирной телефонной
системы, телевизионной и радиосвязи, если их пучки
направлять по трубам или пересылать через спутники.
Если использовать «оптическое волокно» (длинные
тонкие нити стекла), то можно создать новый тип телефона и
телеграфа, основанный на лазерном излучении. Такое
оптическое волокно можно укладывать подобно обычному
телефонному кабелю и заключать в трубы. Такая система связи
будет иметь преимущество перед современным телефоном в
том отношении, что можно будет намного увеличить
количество информации, умещающейся в каждом элементе цепи,
и исключить взаимные помехи соседних цепей1).
К сожалению, на нашем этапе развития лазерной
техники когерентные световые пучки подвержены действию
облаков, тумана и других загрязнений атмосферы, которые
приводят к рассеянию света и сводят на нет его достоинства.
Однако есть надежда, что в будущем эта трудность будет
преодолена созданием лазеров с новыми частотами
излучаемых волн.
ЛАЗЕРЫ И ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
В печати и в рекламных изданиях компаний,
производящих лазеры, широко освещалось применение лазерного пучка
для резания таких прочных металлов, как сталь. Но лазеры
едва ли лучше выполняют такую работу, чем обычные
металлорежущие и сверлильные приспособления, хотя, конечно,
большое впечатление производит удивительная мощь
светового луча.
Однако с помоцью лазера можно производить такие
сверлильные и сварочные работы, которые затруднительно делать
с помощью обычной техники. Лазерным пучком можно
прожигать маленькие дырки в местах, куда трудно пробраться
сверлу. Этим пучком легко делать отверстия в таких
веществах, как пластмассы и стекло, трудно поддающихся
обычному сверлению. Исследователи из компании «Дженерал
электрик» просверлили лазерными пучками отверстия в
алмазе. С помощью лазера можно осуществлять тончайшую
сварку и сборку микроминиатюрных радиодеталей,
использующихся в современных электронных устройствах. Эти
') См. книгу Б. Лендьела «Лазеры», изд-во «Мир», 1964, стр. 157—
161. — Прим. пере в.

150
Глава 7
радиодетали делают все миниатюрнее и миниатюрнее для
того, чтобы удовлетворить требованиям, предъявляемым
новейшей космической, вычислительной и электронной техникой.
Таким образом удается уместить тысячи электронных схем в
ограниченном пространстве космических кораблей,
электронных, вычислительных и прочих устройств.
Лазерные пучки находят важное применение в химическом
анализе. Узкий диапазон их частот обеспечивает передачу
строго определенной и известной исследователю энергии
молекуле химического соединения при поглощении ею фотона
из пучка. При этом химические превращения совершаются
быстро, и для проведения реакции требуется лишь очень
немного реактивов. Такой процесс может служить для быстрого
анализа веществ. Химический анализ, бывший прежде
затяжным и дорогостоящим, теперь быстро насыщается
физическими методами. Можно предсказать, что современные лазеры и
лазеры завтрашнего дня будут играть важную роль в
изучении структуры сложных атомов и молекул. Вполне возможно,
что с их помощью удастся раскрыть секреты многих
процессов, протекающих в природе — таких, как фотосинтез и обмен
веществ у растений и животных.
Сейчас пытаются также применить лазер в работе
вычислительных электронных машин. Если заменить в них провода
оптическими волокнами, можно заставить сигнал
распространяться со скоростью света. Хотя и электрические сигналы
бегут по проводам очень быстро, время, необходимое им, чтобы
пройти из места отправления до места приема в
вычислительной машине, составляет существенную долю «машинного
времени», и лазерные импульсы, летя со скоростью света,
уменьшат время задержки до наименьших возможных
значений.
ЛАЗЕРЫ В МЕДИЦИНЕ
Использование лазера в глазной хирургии широко
освещалось в печати. Лазер применялся для «сваривания»
отслоившейся сетчатки на глазном дне. Отслаивание сетчатки
приводит к полной или частичной слепоте пораженного глаза.
Глазным хирургам удается правильно сфокусировать
лазерный пучок на дно глаза и «припаять» оторвавшуюся сетчатку.
С помощью лазерного пучка уничтожают опухоли глаза
и других органов. Эта техника открывает перспективы разви-

Лазеры. Новая специальность зеркал
15Г
тия целой новой области хирургии, не требующей вскрытий
и потому бескровной. Однако еще слишком рано
предсказывать, в каком именно направлении будет развиваться
лазерная хирургия. Возможно, что лазер позволит ликвидировать
опухоли и в таких труднодоступных частях нашего
организма, как мозг.
ЛАЗЕРЫ В КОСМОСЕ
Лазер как будто специально создан для космоса, где его
лучу не угрожают ни дождь, ни туман, ни дымка. Пройдя
путь до Луны (380000км), лазерный луч достигает в
поперечнике всего 3 км. Такая направленность делает лазерные
пучки чрезвычайно удобным средством для связи между
космическими станциями.
Американская радиокорпорация разработала лазер,
потребляющий солнечную энергию; этот пример показывает
возможные пути энергетического питания лазеров космических
кораблей будущего.
Компанией гироскопов «Сперри» разработан дальномер
для использования в космосе, с помощью которого можно
измерять ничтожные скорости — до 1/400 см/сек. Важность
таких тонких измерений в процессе стыковки космических
кораблей очевидна: ведь при этом требуется плавное и
надежное маневрирование, особенно при сближении и расхождении
составных частей больших космических конструкций, когда
их готовят к дальним космическим рейсам или принимают
при возвращении.
Навигационное оборудование также жизненно важно в
космических полетах. Одним из самых действенных методов
автоматического наведения является инерциальный метод,
при котором положение космического корабля определяется
путем измерения его расстояния от некоторой фиксированной
точки в пространстве. Для этой цели сейчас служат
гироскопы. Гироскоп содержит вращающееся колесо,
противящееся любому изменению в положении и ориентации
движущегося объекта. При изменении направления движения такая
сила сопротивления стремится возвратить объект к его
прежнему курсу. Гироскопы используются сейчас в авиации,
ракетной технике, судостроении, в подводном флоте и в
космических кораблях. В подводных лодках и самолетах гироскопы
установлены так, что их оси перпендикулярны друг другу,

152
Глава 7
и в результате можно контролировать правильность их курса
как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.
Хотя механические гироскопы изготовляются очень
тщательно, трение все же приводит к погрешностям в их
показаниях. Для создания гироскопа, не подверженного трению,
идеально подходит лазерный пучок (рис. 30). Для такого
Плоское
зеркала
Приемник
света
Плоское
зеркало
Стекло-
Приемник
света
Частично
пасеребрен-
Плоское ног зеркало
зеркало
Плоское
зеркало
Рис. 30. В лазерном гироскопе нет трения и поэтому он более точен,
чем механический. Гироскопы применяются в самолетах, на кораблях,
подводных лодках и космических кораблях для придания им
устойчивости и при автоматической ориентации.
гироскопа нужно использовать двухлучевои газовый лазер, в
котором условия генерации выполнены для двух кольцевых
пучков света, распространяющихся во взаимно
противоположных направлениях. Если курс корабля не изменяется, частота
генерации для обоих лучей остается одинаковой, так как они
проходят равные пути, и при наложении лучей приемник света
не обнаружит биений. Если корабль поворачивается, частота
одного из лучей возрастет, а частота другого уменьшится,
так как проходимые ими пути уже не будут равны. Это
напоминает допплеровское изменение частоты звуковых или
световых волн, испускаемых движущимся объектом (иллюстрацией
может служить локомотив поезда, тон гудка которого кажется
выше, когда поезд приближается к наблюдателю, и ниже,
когда удаляется). Можно также провести аналогию с интер-

Лазеры. Новая специальность зеркал
153
ференционными полосами, когда накладываются друг на
друга два световых луча, прошедшие несколько различающиеся
пути в интерферометре.
Научные фантасты смотрят на Луну как на центр связи
будущего, оснащенный лазерами, которые черпают энергию от
Солнца. Некоторые исследователи также возлагают надежды
на Луну как на спутник более устойчивый, надежный и
прочный, чем запущенные на орбиту руками человека.
ВОЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРА
Министерство обороны США видит в лазере военное
оружие. Еще не так давно даже в научно-фантастической
литературе многие выдумки, напоминавшие лазер, отвергались как
слишком неправдоподобные. В их числе были всякие лазеро-
подобные устройства, начиная от карманных пистолетов для
поражения врага лучами смерти и до вооруженных такими
лучами спутников на околоземной орбите, сжигающих
вражескую территорию. И сейчас еще сомнительно, что такие
чудовищные выдумки станут реальностью, — ведь для посылки
мощных лазерных пучков прежде всего требуются гигантские
запасы энергии, да к тому же слишком велики
непроизводительные потери энергии при их генерировании.
Если когда-нибудь удастся достаточно усовершенствовать
высокочастотные лазеры, их лучи окажутся куда более
действенными и разрушительными как вид оружия, чем лучи
инфракрасного лазера. Лазеры, дающие пучки в
ультрафиолетовом, рентгеновском или гамма-диапазоне,
сконцентрируют еще намного больше энергии, чем инфракрасный лазер.
Излучение в этом диапазоне опасно даже при той низкой
интенсивности, которую мы можем получать в наши дни.
Ультрафиолетовые лучи, например, приводят к тяжелым ожогам,
что знает каждый, слишком долго загоравший на солнце.
Максимум осторожности приходится проявлять, работая с
рентгеновскими лучами, ввиду их вредного физиологического
воздействия. Гамма-лучи в свою очередь обладают огромной
проникающей способностью и весьма опасны; они возникают
при процессах ядерного распада, например во время взрыва
атомной или водородной бомбы. Будучи сконцентрированы в
узкие и мощные лазерные пучки, эти лучи могли бы вполне
стать пресловутыми лучами смерти. К счастью, насколько
это известно, такие лазеры не удалось разработать.

Глава 8
ОПЫТЫ С ЗЕРКАЛАМИ
Предлагаемые читателю самостоятельные работы с
зеркалами позволят ему применить на практике оптические
законы и принципы, обсуждавшиеся в предыдущих главах.
Рис. 31. Простейший проектор со сменными крышками. Такое
устройство можно использовать при проведении опытов с зеркалами.
Конечно, основной частью оборудования, которое вам
потребуется, являются сами зеркала. Для многих опытов
пригодны недорогие стеклянные зеркала, посеребренные с
обратной стороны. Однако отражателями более высокого
качества являются зеркала, посеребренные с лицевой стороны;
они вам тоже потребуются для ряда экспериментов.
Качество зеркала зависит от того, что вы конструируете и для
чего вы это делаете — для забавы или для серьезных
оптических наблюдений. Зеркала, как посеребренные с лицевой,

Опыты с зеркалами
155
так и посеребренные с обратной стороны, можно сделать
самому в домашних условиях (см. следующий раздел).
Кроме того, для некоторых опытов с отражением света
вам понадобится проектор (рис. 31). Его легко сделать из
прямоугольной коробки, вставив в нее с одного конца
большую линзу и поместив внутри коробки в фокусе этой линзы
электрическую лампочку. Следует предусмотреть место для
сменных крышек с узкой щелью, которые ставятся перед
линзой. Сама коробка должна быть светонепроницаемой.
Заслонки, которые вы будете ставить перед проектором,
должны иметь узкие щели в форме букв «Г» и «Я», удобных
для наблюдения зеркального отражения. В качестве
источника света для вашего проектора нетрудно приспособить
также карманный фонарик с маленькой низковольтовой
лампочкой.
СЕРЕБРЕНИЕ
Хотя теперь часто покрывают отражающие поверхности
алюминием, самым простым и практичным остается
серебрение стеклянных поверхностей.
Для нанесения серебряной пленки вполне подходят
хорошо отшлифованные поверхности зеркального стекла,
увеличительных линз и круглых очковых стекол. Выбранная
оптическая поверхность должна быть высокого качества.
Круглые очковые стекла (не вырезанные по форме очков)
обычно бывают выпуклыми с одной стороны и вогнутыми с
другой, так что они годятся для изготовления как выпуклых,
так и вогнутых зеркал.
Кроме того, вам понадобятся:
кристаллическое азотнокислое серебро,
едкий натр,
концентрированный раствор аммиака (нашатырный спирт),
концентрированная азотная кислота,
сахарный песок,
формальдегид,
резиновые перчатки,
медицинские пипетки,
замша,
стеклянные палочки,
термометр,
промокательная бумага,
стеклянные сосуды для серебрения диаметром около 12 см
емкостью около 1 л,

156
Глава 8
меньшие сосуды для серебрения емкостью около xfo л,
мензурка с делениями,
бензин,
коллодий или прозрачный лак,
кристаллический иод,
дистиллированная вода,
защитные очки,
гигроскопическая вата,
бутыль из темного стекла,
спирт,
клейкое вещество (смола или клейкая лента)
электрическая лампочка,
шлифовальная паста оптическая,
разбавитель для лака,
клейкая лента.
Обязательной предпосылкой успешного серебрения
являются безукоризненная чистота в работе и тщательное
соблюдение технологии. Мы советуем начинающим сначала
потренироваться на дешевых стеклах, чтобы не испортить
хорошую оптическую поверхность.
ХИМИЯ СЕРЕБРЕНИЯ
Нанесение на поверхность стекла серебряной пленки
начинается с осаждения на нее коричневой окиси серебра из
раствора азотнокислого серебра. Из этой окиси серебра в
дальнейшем выделяется металлическое серебро под действием
Босстановителя — сахара или формальдегида.
Происходят следующие химические реакции:
2AgN03 + 2NaOH = 2NaN03 + Ag20 + H20,
Ag20 + Восстановитель -> 2Ag + H20.
Описываемый ниже процесс серебрения, основанный на
методе Брэшира, заимствован из книги Дж. Б. Сиджуика
«Справочник астронома-любителя».
Тщательно вымойте поверхность стекла хорошим моющим
средством и ополосните водой. Еще раз прополощите стекло
в дистиллированной воде (иногда годится и водопроводная
вода, если в ней сравнительно мало минеральных солей).
Стекло держите только за ребра.
Протрите поверхность стекла концентрированной азотной
кислотой, использовав для этого стеклянную палочку, обмо-

Опыты с зеркалами
157
тайную гигроскопической ватой. (ВНИМАНИЕ: Все кислоты
опасны! Наденьте резиновые перчатки. Азотная кислота
оставляет на коже коричневые пятна.)
Прополощите стекло сначала водопроводной, а затем
дистиллированной водой. Не давайте высохнуть поверхности
стекла — его следует держать в дистиллированной воде
вплоть до помещения в серебрящую ванну.
Промойте сосуд для серебрения точно так же, как вы
промыли поверхность стекла.
Приготовьте или достаньте следующие растворы:
A. Растворите 60 г азотнокислого серебра в
дистиллированной воде; добавляйте дистиллированную воду, пока не
получите 1 л раствора. Раствор сохраняйте в бутыли темного
стекла.
Б. Заготовьте 1 л концентрированного нашатырного
спирта.
B. Растворите 42 г едкого натра в таком количестве
дистиллированной воды, чтобы получился 1 л раствора. Едкий
натр — сильно разъедающая щелочь! Следите, чтобы он не
попал на руки или на одежду.
Г. Растворите 100 г сахара в 150 см3 дистиллированной
воды. Долейте 5 см3 азотной кислоты. Несколько минут
кипятите. В результате молекулы сахара превратятся в молекулы
восстанавливающего сахара (глюкозы). Все описанные
растворы можно заготовить заранее и хранить до момента
употребления.
Прикрепите стекло, которое вы собираетесь посеребрить,
обратной стороной к деревянной палочке с помощью смолы
или другого липкого вещества. Когда будете опускать
поверхность, подлежащую серебрению, положите концы деревянной
палочки на края сосуда. Налейте в сосуд примерно половину
раствора азотнокислого серебра.
Прилейте концентрированного нашатырного спирта,
непрерывно помешивая. Появится коричневый осадок окиси
серебра. При дальнейшем добавлении нашатырного спирта
этот осадок вновь растворится: для этого добавляйте
нашатырный спирт из пипетки капля за каплей так, чтобы
коричневый осадок только-только растворился.
Медленно прилейте раствор едкого натра. Не забывайте,
что едкий натр разъедает кожу и требует очень
осторожного обращения. Вновь появится темно-коричневый осадок.

158
Глава 8
Добавьте азотнокислого серебра в количестве, равном
половине потребовавшегося.
Снова приливайте нашатырный спирт, но осторожно, так
как раствор быстро проясняется. Если вы перелили
нашатырного спирта, то положение можно исправить, добавляя
каплю за каплей раствор азотнокислого серебра, пока
жидкость не приобретет соломенно-коричневого оттенка.
Влейте раствор восстанавливающего сахара и оставшуюся
четверть раствора азотнокислого серебра и сильно
помешивайте.
Поместите стекло в получившуюся ванну. Стекло должно
оставаться мокрым все время. Если вы серебрите вогнутую
поверхность, погружайте ее в ванну наклонно, чтобы под ней
не осталось пузырьков воздуха. Не допускайте, чтобы
жидкость залила верх стекла, так как вам нужно будет смотреть
сквозь него.
Осторожно покачивайте ванну, чтобы жидкость под
поверхностью стекла находилась в движении. Температуру
ванны желательно поддерживать около 15°, но во всяком случае
не выше 18° С.
Через несколько минут на нижней поверхности стекла
появится серебряная пленка, которую можно будет увидеть
сквозь поверхность стекла, остающуюся над водой; это
займет от 5 до 10 минут в зависимости от температуры
жидкости.
Извлеките зеркало из ванны и проверьте, каким оно
получилось, взглянув сквозь него на нить накаливания
электрической лампочки. Если серебряное покрытие получилось
тоньше, чем вам нужно, положите зеркало в дистиллированную
воду, пока оно не высохло, и снова приготовьте раствор для
серебрения.
ПРОСУШКА И ОБРАБОТКА ОТРАЖАЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ
1. Осторожно ополосните посеребренное зеркало
дистиллированной водой.
2. Ополосните его спиртом.
3. Поставьте зеркало на ребро и высушите в хорошо
проветриваемой комнате.
4. Тампоном из замши, набитой ватой, осторожно
натирайте поверхность в течение нескольких минут, совершая кру-

Опыты с зеркалами
159
говые движения. Потрите замшу о какой-нибудь кусок
стекла, чтобы она заблестела.
5. Положите на замшу немного оптической полировальной
пасты и продолжайте полировать, сначала острожно, а затем
постепенно усиливая нажим.
ВНИМАНИЕ!
ВЫЛЕЙТЕ старый серебрящий раствор в канализацию
сразу же после использования. В нем может образоваться
гремучее серебро, которое при высыхании становится сильно
взрывчатым веществом.
Неудачные или старые серебряные покрытия можно
удалить, смывая их концентрированной азотной кослотой при
помощи гигроскопической ваты.
ЗАЩИТА СЕРЕБРЯНОЙ ПЛЕНКИ
С зеркалами, у которых отражающей является лицевая
поверхность, следует обращаться осторожно и бережливо,
иначе они быстро выйдут из строя. Для защиты серебряной
пленки используются различные прозрачные покрытия.
Удобно взять прозрачный лак, разбавленный восемью частями
бесцветного разбавителя. Можно также воспользоваться
политурой или слабым раствором коллодия. Предварительно
тщательно очищают поверхность зеркала от пыли. Затем
осторожно наливают на нее лакирующий раствор и наклоняют в
разные стороны, чтобы он разлился равномерно. Наконец,
зеркало кладут лицевой стороной вниз на промокательную
бумагу. Зеркало нельзя сушить, поставив на ребро, иначе
получится неравномерное покрытие. Неудачные или старые
покрытия можно удалять бензином, не повреждая серебряной
пленки.
ТОЛЩИНА ПЛЕНКИ
Толщину серебряной пленки можно регулировать при ее
нанесении, меняя время, в течение которого стекло остается
в серебрящей ванне. Так как результат сильно зависит от
концентрации серебрящего раствора и его температуры, то
лучше всего полагаться на опыт. Толщину пленки после
просушки можно проверить с помощью маленького кристаллика

160
Глава 8
иода, который кладется на пробный образец пленки,
полученной в тех же условиях, либо на край зеркала, где он не
скажется на его работе. Кристаллы иода следует брать
пинцетом, так как они обжигают пальцы. Под кристалликом иода
на пленке появятся кольца йодистого серебра, причем их
количество зависит от толщины пленки.
Число колец Толщина пленки (в микронах)
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,04
0,07
0,11
0,15
0,18
0,22
0,26
0,29
0,33
Контроль за толщиной пленки необходим при
изготовлении полупосеребренных (полупрозрачных) зеркал.
Полупрозрачные серебряные пленки имеют толщину менее 0,7 микрон.
При необходимости можно оставить часть поверхности
зеркала непосеребренной, если заклеить ее изоляционной лентой.
После того как процессы серебрения и сушки закончены,
лента удаляется. Таким образом можно делать параболические
рефлекторы, используемые в офтальмоскопе или в телескопе
системы Кассегрена, где требуется прозрачный кружок в
центре зеркала.
Другой способ серебрения, более простой и почти такой
же хороший, как только что описанный, состоит в
использовании формальдегида в качестве восстанавливающего
вещества вместо сахара. Применяются следующие растворы:
А. 22 г азотнокислого серебра растворить в
дистиллированной воде и довести раствор до 1 л.
Б. 200 см3 формальдегида смешать с 800 см3
дистиллированной воды.
Смешиваются нужные количества этих растворов, и в
смесь сразу же погружается вымытое мокрое стекло. По мере
того как протекает серебрение, раствор приобретает
прозрачность. Температура не должна превышать 18° С.
Если раствор азотнокислого серебра мутный, его следует
прежде всего сделать прозрачным, добавив несколько капель
нашатырного спирта. Всякий серебрящий раствор сразу же

Опыты с зеркалами
161
после использования необходимо выливать в канализацию.
Нельзя оставлять эти растворы в ваннах и давать им
высыхать. Нельзя производить серебрение при жаркой погоде или
в условиях, когда нет возможности постоянно следить за
температурой ванны.
ОПЫТЫ С ПЛОСКИМИ ЗЕРКАЛАМИ
1. Закон отражения
Для проверки закона отражения света достаточно
плоского зеркала, проектора и угломера (транспортира); опыт
следует проводить в темной комнате (рис. 32). Направляйте
Плоеное
зсрхсмо
Перпендикуляр
н поверхности
Р и с. 32. Закон отражения света в применении к плоскому зеркалу.
луч света на зеркало под различными углами, измеряя
каждый раз угол падения и угол отражения этого луча. Эти углы
отсчитываются от перпендикуляра к поверхности зеркала,
восстановленного в точке падения луча на зеркало. Заметьте,
что угол падения всегда равен углу отражения.
Направив луч света на зеркало, поворачивайте последнее.
При этом угол падения луча изменится на столько же
градусов, на сколько градусов мы повернули зеркало. Но угол
отражения должен измениться на такую же величину, так
что полное изменение направления отраженного луча будет
равно удвоенному углу поворота зеркала. Не в этом ли
причина использования плоских зеркал в качестве индикаторов
небольших поворотов?
2. Положение изображения за плоским зеркалом
Место, в котором расположено изображение за плоским
зеркалом, легко найти с помощью явления параллакса, т. е.

162
Глава 8
сравнивая кажущиеся относительные движения изображения
и действительного предмета в этом месте.
Поместите перед узким зеркальцем булавку. Возьмите
другую булавку, побольше, и расположите ее за зеркалом —
там, где, как вам кажется, находится изображение первой
булавки. Нужно, чтобы вторая «выглядывала» из-за зеркала.
Двигайте головой влево и вправо, наблюдая кажущееся
движение действительной булавки за зеркалом и изображения
первой булавки в зеркале относительно друг друга.
Перемещайте вторую булавку, пока не найдете место, в котором при
движении вашей головы булавка останется неподвижной
относительно изображения первой булавки. Измерьте
расстояние от этого места до зеркала и сравните его с расстоянием
первой булавки от зеркала. Что можно сказать о
расположении изображения объекта, помещенного перед плоским
зеркалом?
3. Какой величины взять зеркало,
чтобы видеть себя во весь рост?
Встаньте перед зеркалом, висящим на стене и достаточно
большим, чтобы вы видели в нем себя во весь рост.
Прикиньте, какой части зеркала достаточно для этого. Подойдите
ближе к зеркалу, а затем отойдите от него. Меняется ли при
этом высота той части зеркала, которой достаточно, чтобы
отразить вас во весь рост?
Двигаясь перед зеркалом, обратите внимание на то,
какую часть окружающего пространства вы в нем видите.
Меняется ли она в зависимости от вашего расстояния до
зеркала?
Вы убедитесь в том, что ваше изображение полностью
умещается в части зеркала длиной в половину вашего роста.
Как это объяснить с точки зрения геометрии? (Совет:
изобразите лучи, идущие от концов объекта к зеркалу, и
используйте закон отражения.)
Если размеры зеркала не должны превышать половины
размеров объекта, то почему оказывается, что, приближаясь
к зеркалу, вы видите в нем больше? Ответ на этот вопрос
приходит сам собой, если представить себе, что зеркало — это
прозрачное окно, сквозь которое видны копии предметов,
находящихся в вашей комнате и расположенных от него на тех
же расстояниях, что и настоящие предметы.

Опыты с зеркалами
163
4. Зеркальное отражение
Явление инверсии в зеркальных изображениях —
интересная и довольно трудная тема. Трудность состоит в том, что
вид изображения зависит от взаимного расположения
объекта, зеркала и наблюдателя.
Рис. 33. Изображения в плоском зеркале.
Вырежьте из картона букву «Г» и поставьте ее перед
зеркалом. Если буква будет между вами и зеркалом, вы
увидите, что изображение получается без «выворачивания». Теперь
отодвиньте букву от зеркала настолько, чтобы вы оказались
между ней и зеркалом, и посмотрите на ее изображение.
Изображение окажется повернутым на угол 180°. Конечно,
чтобы посмотреть на изображение после того, как вы смотрели
на сам объект вам приходится при этом поворачиваться на
180°. Это тоже самое, как если бы вы смотрели на букву
сзади (на просвет), а не спереди.
Положите теперь букву так, чтобы она лежала в
плоскости, перпендикулярной зеркалу, и снова сравните объект и
изображение. Вы увидите, что на этот раз они не похожи

164
Глава 8
друг на друга в обоих случаях — и когда вы дальше от
зеркала, чем объект, и когда вы ближе к зеркалу. Если это
обстоятельство вас смущает, вспомните, что теперь плоскости
объекта и зеркала перпендикулярны друг другу (рис. 33).
Возьмите второе зеркало и отразите в нем еще раз
изображение буквы в первом зеркале. Обратите внимание на то,
какая из прежних инверсий при этом исчезнет. Произведите
такое повторное отражение в случае, когда плоскость буквы
перпендикулярна плоскостям обоих зеркал. Будет ли
отраженное изображение иметь тот же вид, что сам объект?
Оказывается, для этого придется изменить плоскость зеркал.
Чтобы в зеркале получилось изображение, в точности
повторяющее объект, имеющий три измерения, необходимо
произвести двойное отражение в двух зеркалах, плоскости которых
взаимно перпендикулярны.
5. Фокус со свечой
Этот интересный и занимательный фокус,
иллюстрирующий применение закона отражения, можно демонстрировать
дома с помощью листа оконного стекла и двух одинаковых
свечей.
Поставьте одну свечу примерно в полуметре перед
стеклом. Вторую свечу расположите за стеклом так, чтобы на
нее накладывалось изображение первой свечи. Это нужно
сделать до того, как вы пригласите зрителей смотреть фокус.
Зажгите переднюю свечу и сделайте вид, будто зажигаете
и вторую. Теперь введите свою руку в «пламя» второй
свечи— зрителям будет казаться, что она в огне, так как они
будут видеть над этой свечой изображение пламени первой
свечи.
Вторую свечу можно поместить в стеклянный сосуд и лить
воду на «пламя», которое от этого не гаснет.
Этот фокус является демонстрацией мнимого
изображения, закона отражения света и положения мнимого
изображения в плоском зеркале.
6. Голова на подносе
Чтобы демонстрировать этот фокус, потребуются: два
больших зеркала, блюдо с таким отверстием, чтобы сквозь
него можно было просунуть голову, стол на трех ножках и

Опыты с зеркалами
165
сцена, соответствующим образом задрапированная
занавесями.
Два зеркала составляют вместе под углом так, чтобы их
ребра были скрыты ножками стола. Занавеси развешиваются
так, чтобы они отражались в зеркалах и чтобы казалось,
будто это такие же занавеси позади стола. Зрителям должно
казаться, что они видят не отражения в зеркалах, а смотрят
между ножками стола.
Тот, чью голову будут показывать зрителям, прячется за
зеркалами и просовывает голову сквозь отверстие в блюде
до того, как сцену открывают для зрителей. Если актер
талантлив и использованы все атрибуты, то после открытия
занавеса зрителям представится весьма зловещая картина.
7. Духи на сцене
Демонстрация духов на слабо освещенной сцене
производится по тому же самому принципу, по которому действует
Зрители
Сцена
ZL
Стеклянная
пластинка
Зеркало
^
Здесь виден
t
Отверстие
о полу сцены
Освещенный
Р и с. 34. Демонстрация духов на сцене. Отражателями служат стекла и
зеркала. Ход отраженных лучей такой же, как в перископе (вид сбоку).
перископ. Здесь, правда, вместо зеркал берутся большие
листы прозрачного стекла (рис. 34).
Зрители должны оставаться в темноте, а освещение на
сцене должно быть слабым, чтобы не было заметно листа стекла,
иначе фокус не произведет должного впечатления.

166
Глава 8
Артисты выступают позади большого листа стекла,
наклоненного под углом 45°. Другой лист стекла или зеркало скрыт
под сценой или в отделении для оркестра. Дух располагается
перед этим зеркалом, которое тоже должно быть наклонено;
его освещают, и свет от него, дважды отразившись, идет в зал.
Нужно тщательно следить за освещением сцены, чтобы
зрители хорошо видели артистов. Вместе с тем они не должны
отражаться в стекле, иначе зрители догадаются о его
существовании. Для успеха этого фокуса важны хорошие игра
артистов и режиссура.
8. Многократные отражения
Поставьте вертикально два плоских зеркала так, чтобы
они соприкасались ребрами. Меняя угол между зеркалами,
смотрите, сколько вы увидите изображений объекта,
помещенного между ними. Как связаны между собой этот угол и
количество изображений объекта, помещенного между ними?
Как связаны между собой этот угол и количество
изображений? Сможете ли вы сказать, какие изображения получаются
в результате нечетного числа отражений, а какие — четного?
Сколько получается изображений, когда зеркала стоят строго
против друг друга?
Поверните зеркала под углом 45° друг к другу и направьте
на одно из них луч света от проектора. Что вы скажете о
направлении, которое приобретает этот луч после отражения
в обоих зеркалах?
Возьмите теперь угол между зеркалами, равный 90°, и
снова направьте на одно из зеркал луч света. Насколько
повернется ваш луч в этом случае? Направьте луч на вершину угла,
образованного зеркалами. Вы увидите, что он отразится
строго в обратном направлении, с какой бы стороны вы ни
направили его на вершину этого угла. Посмотрите на эту
вершину из разных направлений и вы увидите, что отражение
вашего глаза все время находится в одном и том же месте.
9. Разделение лучей
Пучок света можно разделить на два пучка или больше
с помощью частично посеребренных зеркал. Тонкая пленка
серебра частично пропускает и частично отражает свет, В за*

Опыты с зеркалами
167
висимости от толщины этой пленки можно получить разную
величину отношения прошедшего света к отраженному.
Обычный лист стекла действует подобно такому делителю лучей,
так как он отражает часть падающего на него света (око-
ло8%).
Достаньте частично посеребренное зеркало или
попытайтесь изготовить его сами. Выдержав стекло в серебрящей
ванне в течение нужного времени, можно покрыть его тонкой
полупрозрачной серебряной пленкой.
Направьте луч света на делитель и посмотрите, как он
частично отразится, а частично пройдет сквозь него. Взяв еще
другие делители лучей, вы снова сможете разделить
полученные после первого деления лучи.
С помощью частично посеребренных зеркал можно
провести много опытов, в том числе сделать дверные глазки,
дальномеры, секстанты, интерферометры и другие приборы.
10. Поляризация света при отражении
Поляризованный свет — это свет, волны которого
совершают колебания лишь в одной плоскости. Способностью
поляризовать свет обладают некоторые вещества, называемые
поляроидами: они поглощают все волны, кроме лежащих в
определенной плоскости. Отражение света от поверхности
стекла также приводит к поляризации.
Направьте луч света на стеклянную пластинку,
положенную на стол. Пластинка не должна быть посеребренной, так
как при отражении от металлической поверхности свет не
поляризуется. Пусть угол падения света равен примерно 57°.
Пропустите отраженный свет сквозь пластинку поляроида;
при ее вращении свет будет временами меркнуть. Это
происходит в тех случаях, когда плоскость поляризации
отраженного света перпендикулярна плоскости поляризации того
света, который способен пропускать поляроид, так что поляроид
поглотит весь падающий на него свет.
Явление поляризации можно демонстрировать и без
поляроида, просто отражая луч света под определенными углами
от двух стеклянных пластинок (рис. 35).
Закрепите стеклянную пластинку под углом 33° к
вертикали и направьте на нее луч света так, чтобы он отразился
вертикально вниз. Под тем же углом укрепите под первой

168
Глава 8
пластинкой вторую. Поворачивая вторую пластинку вокруг
вертикальной оси, можно добиться исчезновения отраженного
.Источник света
t Стеклянная
пластинка
Рис. 35. Поляризация света при отражении. Свет поляризуется, если он
отражается от стеклянной пластинки строго под углом 57°.
от нее света. Это происходит, когда свет имеет при вторичном
отражении угол падения 57°.
11. Дисперсия света
Если в прозрачный сосуд с водой поместить зеркало так,
чтобы оно одним концом опиралось на край сосуда, можно
наблюдать дисперсию света — его разложение на цвета
спектра.
Направьте луч света от проектора на зеркало в сосуде
с водой. Отраженный луч проходит сквозь водяной клин, как
сквозь призму, и разлагается на лучи различных цветов
радуги.
ОПЫТЫ С ИСКРИВЛЕННЫМИ ЗЕРКАЛАМИ
12. Закон отражения света для искривленных зеркал
Можно показать, что закон отражения света справедлив
и в применении к искривленным зеркалам, а не только к
плоским.

Опыты с зеркалами
169
Направляйте луч света на сферическое вогнутое зеркало
под разными углами и определяйте направление отраженного
луча (рис. 36). Всякий раз измеряйте угол падения; это
можно сделать, лишь восстановив перпендикуляр в точке падения
луча на зеркало. Этот перпендикуляр направлен по радиусу
сферы, образующей поверхность зеркала, и может быть
проведен из центра кривизны. Радиус кривизны равен
удвоенному фокусному расстоянию зеркала.
Р и с. 36. Закон отражения света в применении к вогнутому сферическому
зеркалу. При различных положениях объекта перед зеркалом получаются
все те различные виды изображений, о которых мы говорили.
Измерьте угол между отраженным лучом и нормалью, и
вы получите величину угла отражения. Он должен оказаться
равным углу падения.
Направьте луч света на выпуклое зеркало и исследуйте его
отражение в этом случае. Вы найдете, что закон отражения
света справедлив и здесь. В случае выпуклого зеркала как
фокус, так и центр кривизны находятся позади его
поверхности.
Укрепите выпуклое зеркало вертикально и направьте на
него луч света, параллельный его оптической оси. Отметьте
направление отраженного луча. Продолжив этот луч за
зеркало, найдите положение фокуса — точки пересечения
продолжения луча и оптической оси зеркала.
Направьте на зеркало сразу несколько лучей света. Вы
обнаружите, что они расходятся после отражения. Как это
сказывается на картине, видимой в выпуклом зеркале?

170
Глава 8
13. Изображения в искривленных зеркалах
Полное представление о том, какие изображения дает во*
гнутое зеркало, можно получить, рассматривая с его
помощью электрическую лампочку в темной комнате.
Расположив лампочку в некотором отдалении,
сфокусируйте свет от нее с помощью сферического зеркала на
бумажном экране, помещенном перед ним. При этом зеркало нужно
чуть-чуть повернуть, чтобы экран не загораживал свет.
Изображение будет маленьким и перевернутым, и если вы
взяли для экрана тонкую бумагу, то его можно будет
рассматривать с обеих сторон экрана. Когда объект очень далеко от
зеркала, его изображение находится в точке фокуса.
Приблизьте лампочку и снова сфокусируйте ее избраже-
ние. Оно станет крупнее. Если лампочку поместить в центре
кривизны зеркала, изображение будет одинакового с ней
размера. Если объект находится между центром кривизны и
фокусом зеркала, изображение оказывается увеличенным, и
зеркало действует как проектор, причем экран приходится
отодвинуть подальше. Изображение становится очень
большим, если лампочку поместить непосредственно перед точкой
фокуса зеркала.
Придвиньте лампочку к зеркалу ближе, чем находится его
точка фокуса. Теперь изображение уже не удастся
спроецировать на экран, но за зеркалом будет видно увеличенное
изображение лампочки. Это изображение будет самым
большим, когда она помещена непосредственно за точкой фокуса.
По мере дальнейшего приближения объекта к зеркалу, его
изображение уменьшается, пока не примет натуральных
размеров объекта, когда он вплотную прижат к поверхности зеркала.
Проведите подобный опыт, взяв выпуклое зеркало. Вы
увидите, что с его помощью вообще невозможно проецировать
изображение объекта на экран. Но ведь за выпуклым
зеркалом возникает изображение! Каким оно будет? Проследите
изменение размеров изображения электрической лампочки
по мере того, как вы приближаете ее к поверхности зеркала.
14. Фотоаппарат с вогнутым зеркалом
Сферическое вогнутое зеркало с фокусным расстоянием
около 15 см можно использовать в качестве объектива для
фотокамеры (см. рис. 7 на стр. 43).

Опыты с зеркалами
171
Поместите такое зеркало в дальнем конце ящичка с
открытым противоположным концом. Предмет съемки расположите
на некотором расстоянии перед отверстием ящика и
соответствующим образом осветите. Через щель вблизи открытого
конца ящика введите в него экран или матовое стекло.
Сфокусируйте на нем изображение, передвигая зеркало взад и
вперед. Перед тем как вставить фотопластинку, убедитесь в
правильной фокусировке изображения на экране. Зеркало
должно быть слегка повернуто, чтобы экран не загораживал
от него объекта.
Фотопластинку с мокрой коллоидной эмульсией можно
сделать, покрыв стекло коллодием и погрузив его сначала в
раствор йодистого калия, а затем — в раствор азотнокислого
серебра. Такая фотоэмульсия обладает довольно низкой
чувствительностью, но ее чувствительность можно увеличить,
заменив йодистый калий бромистым. Пластинку с мокрой
эмульсией следует затем проявить и закрепить, как обычную
фотопластинку или пленку.
Хотя снимки, которые вы получите таким способом,
вероятно, будут по своему качеству намного хуже, чем
сделанные обычным фотоаппаратом, они принесут вам большое
удовлетворение.
15. Изображение, парящее в воздухе
Многим будет трудно привыкнуть к той мысли, что
изображение может парить в воздухе. Поэтому первой мыслью
бывает «привязать» такое парящее изображение к ближайшей
к нему твердой поверхности. Это относится как к
действительным, так и к мнимым изображениям.
Примером может служить изображение, которые мы
видим в плоском зеркале или в листе стекла. Наблюдатель
часто думает, что изображение лежит в плоскости зеркала,
а не за ним. Многие представляют себе, что действительное
изображение, получаемое перед вогнутым зеркалом, также
находится на его поверхности.
Чтобы доказать, что такие изображения в
действительности парят в воздухе, достаточно воспользоваться
увеличительным стеклом. Поместите такое стекло под электрической
лампочкой и посмотрите на два отражающихся в нем
изображения. При этом обе поверхности стекла действуют как

172
Глава 8
зеркала: верхняя — как выпуклое зеркало, а нижняя—как
вогнутое, так что получаются изображения разных размеров.
К тому же одно изображение будет прямым, а другое
перевернутым.
Наблюдая за этими изображениями, вы вскоре заметите,
что они на самом деле висят в пространстве, одно перед
увеличительным стеклом, а другое — за ним. То, что стекло
прозрачно, даже помогает заметить, что изображения парят
в воздухе; непрозрачная посеребренная поверхность зеркала
затрудняет такое восприятие.
Сможете ли вы определить, какой поверхностью
образовано какое изображение? Положение изображений можно
найти по методу параллакса.
16. Фокусное расстояние сферического вогнутого зеркала
Фокусным расстоянием зеркала называется расстояние
от его поверхности до той точки, в которой собираются
падающие на него параллельные лучи. Эти параллельные лучи
приходят от очень удаленных от зеркала объектов —
теоретически из бесконечности.
Практически, однако, бесконечно большим может
считаться расстояние более 10 м, особенно если фокусное
расстояние зеркала невелико.
Фокусное расстояние сферического вогнутого зеркала
проще всего измерить, фокусируй на экране изображение
удаленного предмета. Делать это лучше всего в темной
комнате. Расстояние от зеркала до экрана при этом и есть
фокусное расстояние зеркала.
Другим путем фокусное расстояние сферического
вогнутого зеркала можно определить, поместив объект в его центр
кривизны. Центр кривизны зеркала находится от его
поверхности на расстоянии, в два раза превышающем фокусное.
Поэтому, чтобы получить значение фокусного расстояния
зеркала, достаточно разделить найденное значение радиуса
кривизны на два.
Поместите перед зеркалом маленькую матовую лампочку
и проецируйте ее изображение на экран, удаленный от
зеркала на то же самое расстояние, что и лампочка.
Перемещайте зеркало взад и вперед, пока на экране не получится
резкое изображение лампочки. Еще раз проверьте, на оди-

Опыты с зеркалами
173
наковом ли расстоянии от зеркала находятся объект и его
изображение. Для дополнительного контроля полезно
сравнить размеры объекта и его изображения: они в точности
равны друг другу, лишь если находятся на равных
расстояниях от зеркала.
Описанные эксперименты относятся только к вогнутым
зеркалам и неприменимы к выпуклым, так как последние
дают лишь мнимые изображения, которые нельзя
спроецировать на экран. Что же касается плоских зеркал, то они
обладают бесконечно большим фокусным расстоянием.
17. Теневое испытание зеркала с помощью ножа Фуко
Часто форма сферических и параболических зеркальных
поверхностей проверяется с помощью так называемого ножа
Фуко. Этот метод основывается на том факте, что световые
лучи, падающие на сферическое вогнутое зеркало из его
центра кривизны, после отражения вновь собираются в этом
центре, лишь если поверхность зеркала после шлифовки
представляет собой идеальную сферу. Такому испытанию
обычно подвергаются объективы телескопов после шлифовки
и полировки, но до серебрения.
Для испытания методом ножа Фуко требуются точечный
источник света и заслонка с прямолинейной вертикальной
границей, например лезвие безопасной бритвы (рис. 37).
Краем этого ножа Фуко мы перекрываем путь сходящегося
отраженного пучка у центра кривизны. Проводя такое
испытание, нужно расположиться так, чтобы глаз наблюдателя
оказался за краем ножа, и рассматривать зеркало по мере
движения ножа поперек отраженного пучка света. Если
зеркало имеет идеальную сферическую поверхность, будут
заслонены сразу все отраженные лучи и зеркало внезапно
станет одинаково темным. Если поверхность зеркала несферична,
часть лучей при отражении не придет в его центр кривизны;
эти лучи попадут в другую точку, находящуюся впереди или
позади лезвия ножа Фуко в зависимости от того, сильнее или
слабее искривлена поверхность зеркала. Зеркало тогда
померкнет неравномерно, вы увидите четко, даже в
преувеличенном виде, пороки его шлифовки. При этом необходимо,
чтобы размеры источника света были очень малы. Для этого
удобно сделать отверстие в тонкой жести или станиоле.

Р и с. 37. Теневое испытание качества отражающей поверхности зеркала
по методу ножа Фуко. Метод ножа Фуко используется при контроле
шлифовки зеркал для телескопов.

Опыты с зеркалами
175
которыми закрыта лампочка. Когда лезвие ножа находится
перед центром кривизны, его тень движется в ту же сторону,
что и оно само, а когда за центром кривизны, то тень
начинается от противоположного края зеркала и движется в
сторону, противоположную движению ножа. Это зависит от того,
с какого края зеркала пришли лучи, которые заслонились
лезвием.
Поупражнявшись, можно научиться легко определять
характер дефектов шлифовки по картине, наблюдаемой с
помощью ножа Фуко. Такое теневое испытание часто
применяется при проверке качества шлифовки и параболических
объективов телескопов-рефлекторов 1).
18. Интерференция отраженных световых волн
Систему светлых и темных полос, возникающую при
интерференции световых воли, можно наблюдать с помощью
двух плоских зеркал с передними отражающими
поверхностями.
Поместите два таких зеркала рядом друг с другом так,
чтобы угол между ними был очень мал. Расположите перед
зеркалами узкую светящуюся щель, параллельную линии
пересечения зеркал.
Вы получите два изображения этой щели,
накладывающиеся друг на друга. Расстояние между этими
изображениями можно регулировать, изменяя угол между зеркалами.
Отражаемые зеркалами световые лучи будут смешиваться
(интерферировать) там, где взаимно перекрываются два
пучка, и вы увидите следующие друг за другом полосы
ослабления и взаимного усиления световых волн. Если
источник света монохроматический (присутствует только один
цвет), то это проявится в форме последовательности темных
и светлых полос.
Если же щель освещена белым светом, то будут
наблюдаться сменяющие друг друга полосы цветов радуги,
соответствующие местам ослабления различных волн видимого
спектра.
1) Так как параболическое зеркало (точнее, зеркало, поверхность
которого имеет форму параболоида вращения) несферично, при его
испытании по методу ножа Фуко теневая картина имеет другой вид, чем при
испытании сферического зеркала. — Прим. перев.

176
Глава 8
Эту интерференционную картину можно рассматривать
как непосредственно, так и проецировать на экран с помощью
выпуклой линзы.
19. Кольца Ньютона
Явление интерференции отраженных волн света
используется также для проверки качества оптической поверхности
линз и контроля того, насколько плоской является
поверхность стеклянных пластин.
Положите пластину зеркального стекла на темный
предмет и прислоните к ней сверху выпуклую линзу с большим
радиусом кривизны. Осветите эту линзу сверху
монохроматические светом (все это нужно делать в темной комнате) и
посмотрите на нее в увеличительное стекло. На месте
соприкосновения линзы со стеклянной пластиной вы увидите
темное пятно; оно окружено системой концентрических
светлых и темных кольцевых полос, расстояние между которыми
увеличивается, когда вы надавливаете на линзу.
Эти кольца обусловлены интерференцией световых лучей,
отраженных верхней поверхностью, стеклянной пластины, и
лучей, отраженных нижней поверхностью выпуклой линзы.
Если кольца идут строго по окружностям, это значит, что
стеклянная пластина идеально плоская, а выпуклая линза —
идеально сферическая1). По мере приближения к краям
линзы кольца располагаются все теснее друг к другу, так как
наклон поверхности линзы увеличивается.
Если кольца не образуют строгих окружностей, это
указывает на то, что либо стеклянная пластина, либо линза
(а может быть, и та, и другая) имеют дефект поверхности.
Если вы знаете заранее, что ваша пластина идеально плоская
(или линза идеально сферична), вы можете проверять с ее
помощью качество других поверхностей.
20. Измерение малых расстояний по интерференции
отраженного света
Рассматривая интерференцию света, отраженного
обращенными друг к другу поверхностями двух стеклянных
пластин, разделенных воздушным конусом, можно измерять
толщину очень тонких предметов.
1) Сферичность здесь не обязательна, достаточно, чтобы поверхность
линзы была любой поверхностью вращения с осью в точке соприкосно*
вения ее со стеклянной пластиной. — Прим. перев.

Опыты с зеркалами
177
Вам понадобятся для этого две плоско-параллельные
стеклянные пластинки и монохроматический источник света.
Удобно воспользоваться в темной комнате источником
желтого или зеленого света. Желтый свет можно получить,
поместив в пламя горелки Бунзена крупинки обычной
поваренной соли.
Хорошо промойте стеклянные пластинки и плотно
прижмите их друг к другу, скрепив резиновыми колечками.
Раздвинув пластинки с одной стороны, вставьте между ними
лист бумаги или станиоль. Если пластинки осветить теперь
из щелевого источника света, параллельного линии, по
которой пластинки прилегают друг к другу, вы увидите систему
темных и светлых полос. Между каждыми двумя смежными
темными полосами толщина слоя воздуха, разделяющего
стеклянные пластинки, меняется на одну длину волны
используемого света. Желтая линия натрия, даваемая поваренной
солью, имеет длину волны около 5-10~5см, так что на
отрезке от одной темной полосы до соседней темной полосы
стеклянные пластинки расходятся на такую величину. Если
ее теперь помножить на полное число наблюдаемых темных
полос, то получится толщина основания воздушного клина
на краю пластин.
Если же эти полосы идут слишком часто, чтобы можно
было их подсчитать, то можно измерить расстояние между
двумя соседними полосами, взяв увеличительное стекло и
точную линейку, а затем определить толщину основания клина
(т. е. толщину измеряемого предмета) с помощью простой
пропорции:
Толщина предмета __ Длина волны использованного света
Ширина пластинки Расстояние между двумя темными полосами
ОПТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА С ЗЕРКАЛАМИ
21. Перископ
Перископ — простое устройство, состоящее из двух
плоских зеркал, помещенных в длинной трубе. Посеребренные
поверхности зеркал обращены друг к другу и наклонены под
углом 45° к горизонту. Свет, приходящий от объекта,
отразившись от первого зеркала, проходит вниз по трубке ко второму.

178
Глава 8
отражается от него и приходит к наблюдателю, который
рассматривает изображение через отверстие в трубе.
С помощью перископа можно вести наблюдения из-за
угла, из-за высоких заграждений и из-под поверхности воды.
Перископ может давать изображение, проецирующееся
на экран, если на пути света после второго зеркала
расположить выпуклую линзу, например простое увеличительное
стекло. Картину, наблюдаемую через перископ, можно
заснять, присоединив к нему после второго зеркала фотокамеру.
22. Дальномер
Дальномер основан на принципе получения двух
изображений одного и того же удаленного предмета. Одно
изображение рассматривается сквозь неподвижное
полупосеребренное зеркало, второе же получается с помощью зеркала,
которое можно поворачивать. Второе изображение получается при
отражении света от объекта во вращающемся зеркале, а
затем— в полупрозрачном зеркале, после чего свет попадает
в глаз наблюдателя, где оба изображения накладываются
друг на друга (рис. 21, стр. 76).
Дальномер с разделенным надвое изображением можно
сделать, удалив нижнюю половину зеркала прямого зрения
и верхнюю половину подвижного зеркала. Определение
расстояния до объекта производится путем совмещения двух
половинок его изображения по линии их раздела таким образом,
чтобы получилось целое изображение.
Дальномер градуируют, производя непосредственные
измерения расстояний и делая соответствующие пометки на шкале
либо используя тригонометрические расчеты, причем второй
путь обычно оказывается удобнее. Для этого тщательно
измеряют угол, образованный подвижным зеркалом и базисным
отрезком, соединяющим зеркала, когда предмет находится
на заданном расстоянии. Так как длину базисного отрезка
нетрудно измерить, тангенс угла поворота зеркала находится
как отношение расстояния до объекта к длине базисного
отрезка.
Шкала градуируется либо в единицах длины, либо в
угловых единицах. Нужно заметить, что дальномер работает
точнее при измерении небольших расстояний. Максимальная
дальность, на которой он может различать расстояния, зави-

Опыты с зеркалами
179
сит от длины его базисного отрезка. Этот отрезок берется
коротким или длинным в зависимости от предполагаемого
назначения дальномера.
23. Камера-обскура
В большом ящике устанавливаются плоское зеркало и
увеличивающая линза, с помощью которых изображение объектов
отбрасывается на экран1). Это изображение можно
копировать, обводя его карандашом или закрашивая красками.
Художники-пейзажисты пользовались этим приспособлением
задолго до того, как была изобретена фотография.
Размеры изображения зависят от фокусного расстояния
линзы. Чем больше фокусное расстояние, тем крупнее
изображение, так что размеры ящика берутся в зависимости от
требуемых размеров изображения. При такой фокусировке
следует учитывать не расстояние от линзы до зеркала, а
расстояние по ломаной от линзы до экрана через зеркало. В случае
квадратного ящика это — просто удвоенное расстояние от
линзы до зеркала.
Устройство напоминает по своей конструкции видоискатель
зеркального фотоаппарата. Экран, на который проецируется
изображение, нужно загородить от света; для этого следует
работать в затемненной комнате либо окружить экран
щитками, как это делается в некоторых зеркальных камерах.
24. Проектор для лектора
В наши дни с традиционной черной доской в школе
конкурирует новое проекционное устройство (рис. 38).
Такой проектор позволяет учителю или лектору писать
текст и формулы на прозрачной пленке, тут же проецируя
написанное на экран, расположенный позади него. Лектор
при этом обращен лицом к аудитории и пишет на ярко
освещенной пленке, а плоское зеркало, наклоненное под углом 45°,
изменяет направление световых лучей на 90° и отбрасывает
их на экран.
1) Автор имеет в виду усовершенствованный вариант камеры-обскуры;
простейшая камера-обскура —- это всего лишь ящик с маленьким
отверстием в одной стенке и экраном в противоположной. — Прим. перев.

Зеркало
Собственно
проектор
/1инзя
Осветитель
Рис. 38. Проектор для лектора, применяющийся вместо школьной черной
доски.
Линзы —
объектива
Зеркала
Изображение
на экране
Источник света
(перекальная лампа)
Объект
Р и с. 39. Принцип действия эпипроектора (т. е. проектора для
непрозрачных объектов) тот же, что и у диапроектора.

Опыты с зеркалами
181
С помощью такого проектора можно демонстрировать
крупные диапозитивы, но есть и эпипроекторы, с помощью
которых можно демонстрировать на экране непрозрачные
и объемные предметы.
25. Станок для испытания электрических лампочек
Мощность электрических лампочек с течением времена
падает; после нескольких месяцев использования лампочка
может потерять даже две трети своей мощности. Нетрудно
Исследуемая лсгмла (2)
г-Экран с ^ч
масляным пятном (С0))
Рис. 40. Станок для проверки электрических лампочек. В нем для
проверки яркости электрической лампочки используются зеркала и приме*
няется закон изменения освещенности обратно пропорционально
квадрату расстояния от источника.
сравнить яркость лампочки, бывшей в употреблении, с яр~
костью новой лампочки при помощи двух плоских зеркал и
масляного пятна на бумаге или фотометра из папиросной
бумаги. Зеркала позволяют наблюдать одновременно обе
стороны бумаги.
Масляное пятно на листе бумаги просвечивает, если его
осветить. Если же бумага освещена с обеих сторон одинаково
ярко, то масляное пятно сольется по яркости с самим листом.
При неодинаковой яркости освещения противоположных
сторон листа пятно проступает заметно. Вместо масляного пятна
можно использовать заклеенное папиросной бумагой отвер-
ствие в картонном экране.

182
Глава 8
Поместите по обе стороны экрана с масляным пятном (или
заплатой из папиросной бумаги) два плоских зеркала под
углом 45° (рис. 40). Тогда вы сможете одновременно следить
за пятном с обеих сторон. Расположите по обе стороны от
пятна две электрические лампочки — одну стандартную,
другую— подлежащую проверке. Затемните помещение.
Передвигайте лампочки, пока вы не обнаружите, что пятно
исчезло; отсюда следует, что освещенность обеих сторон вашего
фотометра одинакова.
Чтобы вычислить мощность исследуемой лампочки, нужно
применить закон изменения освещенности поверхности в
зависимости от ее расстояния до источника. Этот закон гласит,
что освещенность любой поверхности, на которую лучи
падают под прямым углом, равна мощности этого источника,
деленной на квадрат расстояния от этого источника. Измерьте
расстояние, на котором каждая из лампочек находится от
масляного пятна, и вычислите неизвестное с помощью
следующей пропорции:
Мощность! Мощность2
(Расстояние!)2 (Расстояние^)2 "
Пусть, например, новую лампочку пришлось поместить на
расстоянии 1 м от фотометра, чтобы осветить его так же, как
старой лампочкой, удаленной от фотометра всего на 7г м. Это
значит, что новая лампочка светит в 4 раза ярче старой.
26. Зеркальный стереоскоп
Рассматривая стереоскопические снимки в зеркальный
стереоскоп, можно получить эффект объемного
(бинокулярного) зрения. Стереоскоп оптическим путем воспроизводит те
условия, при которых мы обычно рассматриваем трехмерные
предметы. Благодаря использованию зеркал каждый глаз
видит свое особое изображение.
Эти изображения должны несколько отличаться друг от
друга, чтобы при слиянии они давали эффект объемности.
Обычно в зрении это достигается тем, что наши глаза
воспринимают несколько различные картины, которые, поступая в
.мозг, сливаются там, давая ощущение объемности.

Опыты с зеркалами
183
Обычно в зеркальном стереоскопе используются два
плоских зеркала, наклоненные под углом 45° к соответствующим
стереокартинкам. Левая картинка тогда рассматривается
левым глазом, а правая — правым. Наблюдатель рассматривает
эти картинки через пару выпуклых линз. Хотя такая
установка будет давать полный эффект всего с двумя зеркалами,
удобно поместить еще два добавочных зеркала (по одному с
каждой стороны) параллельно первым зеркалам, чтобы
избежать инверсии картинок. Поперечная пластина разделяет
картинки друг от друга.
Стереофотография (в частности, диапозитив) должна быть
помещена от наших линз на расстоянии, чуть меньшем их
фокусного расстояния. Эти линзы служат для того, чтобы
картина казалась удаленной от нас на должное расстояние
и, таким образом, более правдоподобной !). Объемный эффект
тем не менее может быть получен и без таких линз. Если же
мы пользуемся линзами, то их фокусные расстояния должны
совпадать с фокусным расстоянием фотоаппарата, с помощью
которого были сделаны стереоскопические снимки. Если такое
фокусное расстояние не будет выдержано, картина будет
представляться нам более близкой или более удаленной, чем
она была при съемке.
Стереофотографии делаются путем одновременной съемки
одних и тех же предметов через два объектива, разнесенных
друг от друга на расстояние около 6,5 см, равное расстоянию
между нашими глазами. При помощи обычного фотоаппарата
можно делать стереоснимки лишь неподвижных объектов.
Тогда они фотографируются сначала из одной точки, а затем
фотоаппарат переносится по горизонтали на 6,5 см, и съемка
повторяется. Эффект глубины можно усилить, увеличивая это
базисное расстояние.
Стереоскопические рисунки делаются по тем же правилам,
что и стереофотографии. Каждый из них должен
соответствовать виду одного или нескольких предметов,
воспринимаемому каждым глазом в отдельности.
]) Обычно «наводка на резкость» наших глаз автоматически
осуществляется с помощью нервно-мускульного рефлекторного механизма с
конвергенцией глаз (учетом параллакса), поэтому без помощи линз бывает
затруднительно (без специальной тренировки), глядя одним глазом на
одно изображение, а другим — на другое, видеть их оба резко.—Прили
перев.

184
Глава 8
27. Наблюдение глазного дна
Интересным применением зеркала является исследование
глазного дна. При этом можно рассмотреть такие детали
глаза, как артерии, вены, зрительный нерв и так называемое
желтое пятно — ту часть сетчатки, которая обеспечивает
наиболее отчетливое зрение.
Для опыта потребуются сильный источник света и зеркало
с отверстием посередине. Увеличительное стекло, помещенное
Глаз
обследуемого
Зерхало
.rjp^ Плаз
наблюдателя
под углем <t5°
Рис. 41. Наблюдение глазного дна
Непасеребрениый
участок зеркала
на пути света, отраженного зеркалом, позволит направить
в глаз больше света. Еще удобнее пользоваться вогнутым
зеркалом с центральным отверстием (рис. 41).
Поместите маленький, но яркий источник света сбоку от
обследуемого. Зеркало лучше всего держать за ручку оправы.
Свет от источника нужно отразить в зрачок глаза
обследуемого. Наблюдатель должен держать зеркало непосредственно
около своего глаза и по возможности ближе к глазу
обследуемого, глядя сквозь отверстие в зеркале на внутренность глаза.
Наблюдатель может детально рассмотреть строение глаза,
как если бы он заглядывал в замочную скважину. Резкость
изображения можно регулировать, меняя расстояние до глаза
обследуемого.
Сетчатка находится в фокусе, когда она имеет вид
оранжево-красного диска. Артерии можно распознать по их
тонкому рисунку, тогда как вены темнее и толще. Зрительный

Опыты с зеркалами
185
нерв виден как белый овальный диск. Все эти подробности
видны не в натуральную величину, а увеличены в 15 раз, так
как сам глаз действует как сильное увеличительное стекло.
СОЛНЕЧНАЯ ЖАРОВНЯ
Солнечная жаровня — это по существу большой
параболический или сферический отражатель. Отлично подходит для
этой цели рефлектор от прожектора, так как его делают
параболическим, чтобы получался параллельный пучок света от
источника, помещенного в фокусе зеркала.
Параллельные лучи, посылаемые Солнцем, собираются в
фокусе отражателя. Если он представляет собой не
параболоид, а большое сферическое зеркало, то свет собирается не
в точку, а в некотором малом объеме. Это происходит из-за
того, что лучи, отраженные периферийными частями зеркала,
собираются ближе к поверхности зеркала, чем лучи от
центральной части.
Чтобы солнечные лучи все время собирались в одном и том
же месте по мере того, как Солнце проходит свой путь по
небу, необходимо поворачивать отражатель и скрепленную с
ним собственно жаровню.
Зеркальное покрытие такого рефлектора все время должно
быть блестящим, поэтому его нужно закрывать на то время,
когда оно бездействует. Для изготовления такого зеркала
часто применяют покрытый металлом пластик или просто
алюминиевую фольгу. Чем больше параболический
отражатель, тем больше он собирает света и тем быстрее
происходит нагрев.
ТЕЛЕСКОП-РЕФЛЕКТОР
Мы уже довольно много говорили о телескопе-рефлекторе
в гл. 5. Предполагается, что читатель, решивший построить
такой телескоп, снова перечитает эту главу, а также
страницы, посвященные технике серебрения зеркал. Ему следует
также ознакомиться с одним из руководств по изготовлению
любительских телескопов.
Главные части телескопа-рефлектора — параболическое
зеркало, играющее роль объектива, и выпуклая линза —
окуляр. Из этих двух деталей можно построить простой и
недорогой телескоп. Для рефлектора системы Ньютона нужно еще

186
Глава 8
маленькое плоское зеркало, чтобы направить лучи от
объектива в окуляр, находящийся сбоку от телескопа. В телескопе
системы Кассегрена в качестве объектива используется
параболическое зеркало с отверстием посередине, а вместо
плоского зеркала телескопа системы Ньютона — маленькое
выпуклое зеркало.
Простейшее зеркало для телескопа-рефлектора можно
иногда сделать из посеребренного круглого очкового стекла.
Для этого стекло должно обладать необходимой кривизной.
Фокусное расстояние объектива телескопа-рефлектора должно
быть довольно большим, так что вогнутая поверхность линзы,
используемой после серебрения в качестве такого объектива,
должна иметь малую кривизну, т. е. должна быть почти
плоской.
В качестве окуляра для телескопа очень хорош старый
окуляр от микроскопа. Если его не удалось достать, можно
взять простое увеличительное стекло, которое, однако, следует
снабдить диафрагмой, чтобы повысить четкость изображения
и снизить влияние аберраций. Из простых выпуклых линз
можно сделать неплохие окуляры систем Гюйгенса и
Рамсдена 1).
Необходимо, чтобы все оптические элементы телескопа
находились на его оптической оси. Если сместить с нее,
например, окуляр, то увидеть изображение уже не удастся.
Расположите все части вашего будущего рефлектора на
оптической скамье. Наведите объектив на удаленный предмет
и определите, где фокусируется его изображение, используя
экран из бумаги или матового стекла. Поместите на пути
лучей, создающих это изображение, маленькое плоское зеркало,
чтобы оно отражало эти лучи в сторону. Снова найдите
положение этого изображения, пользуясь экраном. Возьмите
теперь окуляр и расположите его на расстоянии его
собственного фокусного расстояния от найденного положения
изображения. Окончательно произведите наводку на резкость,
перемещая окуляр.
С помощью окуляра изображение можно проецировать
на экран, удаляя окуляр от первичного изображения.
1) Окуляры этих двух типов состоят из двух линз и различаются
главным образом в том отношении, что в окуляре Гюйгенса диафрагма
помещена между линзами, а в окуляре Рамсдена она находится впереди
обеих линз, ближе к объективу. — Прим. перев.

Опыты с зеркалами
187
На этом основан один из методов фотографирования через
телескоп. При этом размеры изображения зависят от
расстояния, на которое производится проецирование.
Если вы раздобудете вогнутое зеркало с отверстием
посередине и маленькое выпуклое зеркало, то постройте телескоп
системы Кассегрена.
ИНТЕРФЕРОМЕТР
Интерферометр является прибором, который позволяет
измерять с помощью зеркал малые разности оптических путей,
пройденных двумя лучами света. Это один из самых точных
современных измерительных инструментов. С помощью
интерферометров измеряют весьма короткие расстояния, величину
скорости света в разных веществах и коэффициент
преломления света стеклом и другими прозрачными веществами.
В интерферометре применяются поставленные под прямым
углом друг к другу зеркала с посеребренной лицевой
поверхностью. В них, кроме того, имеется частично посеребренный
разделитель пучка света, разбивающий первоначальный луч
на две части. Каждый из новых пучков направляется на
зеркала с посеребренной лицевой поверхностью; после
отражения эти пучки снова объединяются с помощью частично
посеребренного зеркала и попадают в глаз наблюдателя.
Если пути, пройденные обоими лучами, имеют одинаковую
длину, то световые волны достигают глаза наблюдателя
одновременно (в фазе) и не наблюдается никакой
интерференционной картины. Так бывает, когда зеркала находятся на
одном и том же расстоянии от разделителя пучка. Обычно это
условие не выполняется и в поле зрения наблюдателя
появляется интерференционная картина, состоящая из светлых и
темных полос. Положение одного из зеркал можно изменять
с помощью винта, снабженного тонкой резьбой. Установив
точное положение этого зеркала, можно точно измерить
изменение разности путей двух лучей, подсчитывая число
интерференционных полос, на которое сдвигается
интерференционная картина.
Если на пути одного из пучков ставить образцы различных
веществ, свет в них замедляется, и мы обнаруживаем
изменение интерференционной картины. Нужно использовать
монохроматический источник света с известной длиной волны. Это

188
Глава 8
может быть, например, ртутная лампа с фильтрами,
пропускающими только определенную спектральную линию ее
излучения.
Если нам известна длина волны света и толщина
поставленного на пути луча образца, то, подсчитывая число
интерференционных полос в процессе возвращения зеркала в его
нулевое положение, можно вычислить коэффициент
преломления света в данном веществе1). Это можно сделать для
воздуха, воды и стекла.
Так как интерферометр является прецизионным
инструментом, оптические качества используемых в нем стеклянных
пластин и зеркал должны быть очень высокими. Чрезвычайно
точно следует также устанавливать в нем зеркала.
ЗЕРКАЛЬНЫЙ МИКРОСКОП
Преломляющий микроскоп, как и преломляющий
телескоп-рефрактор, состоит из двух увеличивающих систем:
объектива и окуляра. Объектив представляет собой выпуклую
линзу, действующую в сущности, как в обычном проекторе.
Окуляр также представляет собой выпуклую линзу и
работает как увеличительное стекло (рис. 42).
Изображение объекта проецируется объективом в точку,
находящуюся несколько ближе к окуляру, чем точка фокуса
последнего. Это изображение уже получено увеличенным, и
окуляр увеличивает его еще раз, так что полное увеличение
1) Положение зеркала, при котором отсутствует интерференционная
картина, т. е. нулевое положение, бессмысленно, так как при любом
одинаковом изменении оптической длины пути всех лучей света,
принадлежащих одному пучку, нельзя будет увидеть никакой интерференционной
картины: все поле зрения будет иметь равномерную яркость. Оно может
лишь потемнеть в целом, что, очевидно, не позволит ничего измерить.
Именно такая картина имеет место при строго параллельных друг другу
зеркалах, освещенных строго параллельными лучами (бесконечно*
удаленный источник). Если же источник дает расходящиеся лучи, мы имеем
интерференционные кольца, так что не может быть нулевого положения
зеркала. Можно исследовать изменение картины таких колец при внесении
в поле зрения прибора исследуемого образца. Другой путь состоит в
использовании параллельных лучей света и одного слегка наклоненного
зеркала, в результате чего появляются параллельные друг другу
интерференционные полосы. Здесь опять-таки нельзя говорить о нулевом
положении зеркала в понимании автора. — Прим. перев.

Опыты с зеркалами
189
микроскопа равно произведению увеличений объектива и
окуляра.
Мы уже знаем, что вогнутое зеркало действует подобно
выпуклой линзе. Поэтому в отражательном микроскопе в
качестве объектива можно использовать вогнутое зеркало с
просверленным в центре отверстием. Свет от ярко
освещенного объекта поступает сквозь это отверстие в объективе на
вспомогательное выпуклое зеркальце, которое отражает его
Р и с. 42. Зеркальный микроскоп. Подобно телескопу-рефлектору, он дает
более яркое изображение, и его объектив обладает преимуществами по
сравнению с линзами.
на посеребренную поверхность объектива. Объектив собирает
лучи в сравнительно удаленной точке, давая там увеличенное
первичное изображение. Это изображение вновь
увеличивается с помощью окуляра так же, как это происходит в
преломляющем микроскопе.
Ввиду того что в микроскопе происходит двойное
увеличение изображения, при котором увеличивается в размерах
не только объект, но и вносимые оптикой искажения,
необходимо, чтобы качество и объектива, и окуляра было высоким.
Обычное сферическое вогнутое зеркало неспособно дать
изображение, в достаточной степени свободное от аберраций;
поэтому сферическое зеркало не может служить подходящим
объективом для зеркального микроскопа. Чтобы преодолеть
эту трудность, специальные зеркальные микроскопы делаются

190
Глава 8
с эллипсоидальными вогнутыми зеркалами. Эллипс, как
известно, имеет два фокуса. При отражении от поверхности
эллипсоидального зеркала свет, выходящий из одного фокуса,
собирается точно в другом фокусе.
Шлифовка эллипсоидальной поверхности недоступна
любителю. Однако, если вас не очень беспокоит качество
изображения, вы сможете пронаблюдать действие зеркального
объектива в микроскопе и с помощью сферического вогнутого
зеркала.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Приглашение в Зазеркалье 5
Предисловие 9
Глава 1. Зеркала вокруг нас 11
Глава 2. Забавы с зеркалами 31
Глава 3. Странная оптика зеркал 56
Глава 4. Деловая сторона зеркал 74
Глава 5. Собиратели света 100
Глава 6. Зеркала и солнечная энергия 124
Глава 7. Лазеры. Новая специальность зеркал 138
Глава 8. Опыты с зеркалами 154

и. глюк
И ВСЕ ЭТО ДЕЛАЮТ ЗЕРКАЛА
Редактор Р. Г. Волина Художник Г. И. Юдицкий
Художественный редактор В. М. Варлашин
Технический редактор Г. Б, Алюлина
Сдано в производство 7/1V 1970 г. Подписано к печати 13/VII 1970 г. Бумага
№ 2 60X84716=6,25 бум. л. 11.63 печ. л. В т/ч 4 вкл. Уч.-изд. л. 10.63 Изд. № 27/5573.
Цена 50 коп. Зак. 602.
ИЗДАТЕЛЬСТВО „МИР"
Москва, 1-й Рижский пер., 2.
Ордена Трудового Красного Знамени
Ленинградская типография № 2 имени Евгении Соколовой Главполиграфпрома
Комитета по печати при Совете Министров СССР. Измайловский проспект, 29,

И ВСЕ ЭТО
ДЕЛАЮТ
ЗЕРКАЛА
4"
Часто говорят, что зеркало не л кет,
но это не соответствует истине. В
действительности зеркала лгут: они говорят
полуправду, искажают, переворачивают,
закручивают ввображения, растягивают
или сжимают их, придавая им
причудливые формы.
Зеркала бывают только трех основных
видов: плоские, вогнутые и выпуклые, но
ими можно создавать великое множество
эффектов, иллюзий и фокусов и
забавляться от души.
Но роль зеркал- вовсе не
ограничивается теми фокусами, которые с ними
можно проделывать. Зеркала являются
основной частью сотен приспособлений,
полезных и необходимых в жизни
цивилизованного общества. Зеркала
используются всюду: в точнейших
измерительных приборах, в медицинском
оборудовании, в кино- и фотоаппаратах, в
телескопах, микроскопах, биноклях, перископах,
солнечных нагревателях, а в последнее
время — в лазерах и на космических
кораблях.