Физическая астрономия или астрофизика

Введение

Астрономия – это одна из естественных наук, которая изучает небесные тела, точнее, что ими движет, как они устроены, историю их появления и эволюцию развития. Практические задачи астрономии сводятся к исследованиям ряда физических процессов, поэтому ее принято считать частью физики.

Как наука она возникла еще в VI тысячелетии до нашей эры. Поводом для этого послужили естественные потребности человека, связанные с инстинктом к выживанию и развитию. Так в античные времена сезоны для посадки и сбора урожая определяли по положению звезд. Впоследствии для мореплавателей, занимающихся торговлей, небесным ориентиром служила Полярная звезда. Луна, Солнце, звезды и сопутствующие космические события зачастую трактовались с религиозной точки зрения, но тема объективного подхода к объяснению происходящего будоражила умы многих просвещенных людей. Окончательно как научное направление астрономия сформировалась под воздействием постоянного стремления человека к целостному познанию окружающего мира, необходимости изучать и аргументированно объяснять наблюдаемые с поверхности Земли космические явления. 

История развития астрофизики

Астрофизика как теоретическая дисциплина ведёт свой отчет со времени Исаака Ньютона. До знаменитого британского учёного специалисты для описания движений астрономических объектов использовали сложные математические модели, опирающиеся на знания физики.

Однако, Исаак Ньютон в своих исследованиях пришёл к выводу, что одна и та же теория применима как к объяснению траектории орбит Луны и планет Солнечной системы так и к объяснению траектории пушечного ядра, выпущенного из жерла пушки на нашей планете.

Этот вывод привёл к знаменательному для того мировоззрения выводу, что мир земной и мир небесный, космический, подчиняются одним и тем же законам физики.

Разработанная Ньютоном модель была прогностического и описательного характера. Результатом ее применения стало открытие астрономами (путём расчетов) на орбите Урана новой планеты, которая получила название Нептун.

В дальнейшем уже в середине XIX века происходит развитие научной дисциплины о спектральном анализе, при помощи которого были произведены наблюдения определённых частот света.

Уже на заре своего развития спектроскопия показала, что звезды содержат в себе те же вещества, что есть на Земле. Также спектроскопия смогла показать, что ряд туманностей имеют полностью газообразный состав, а иные туманности содержат звезды. В будущем это наблюдение помогло укрепить мысль о том, что ряд туманностей таковыми не являлись, а были иными галактиками.

Астроном Сесилия Пейн в начале 192о-ых годов, используя в работе спектроскопию, обнаружила, что наблюдаемые звезды имеют в своём составе преимущественно водород. Кроме того, спектры наблюдаемых звезд позволили исследователям прийти к выводу о той скорости, с которой двигаются звезды в сторону нашей планеты и наоборот.

Замечание 1

В 1930-ых годах американский астроном Эдвин Хаббл убедительно доказал, что Вселенная расширяется. Этот вывод был основан на теории относительности Альберта Эйнштейна и допплеровского сдвига частоты спектра звезд. Отметим, что в теории относительности уже было предвидение идеи о расширении Вселенной. В дальнейшем эти выводы лягут в основу теории Большого взрыва.

Возникновение в первой половине ХХ века ядерной физики, квантовой механики и физики элементарных частиц привело к возникновению и формулированию теории о влиянии ядерного синтеза на жизненный цикл звёзд.

В середине ХХ века, а именно в 1957 году астрономами Джеффри и Маргарет Бербидж вместе с физиками Уильямом Альфредом Фаулером и Фредом Хойлом был показан процесс, как по мере старения звёзд они производят, всё больше тяжелых элементов которые в свою очередь передаются более поздним звёздам во всё большем количестве.

На последнем этапе существования звёзд образуются элементы, обнаруженные на Земле, такие как железо (32,1%), кислород (30,1%), кремний (15,1%). Одним из этих элементов является углерод, который вместе с кислородом составляют основную массу всей живой материи, включая нас.

Синтез истории и астрономии

Каким бы удивительным это ни казалось, но историческая и астрономическая науки имеют между собой установленные связи. Нередко для работы историков необходимы данные наблюдений, полученные астрономами.

Так, астрономическая информация, добытая в древних рукописях либо же с помощью практических исследований и расчетов, может сыграть немаловажную роль в восстановлении событий, имевших место в незапамятные времена.

В процессе реконструкции событий глубокой древности следует учитывать некоторые специфические особенности летоисчисления тех времен. К ним относятся:

• Цикличность, а не линейность летоисчисления во времена античного и более древнего мира. Оно велось в непосредственной привязке к годам правления монарха.
• Восхождение на трон нового владыки обнуляло старое летоисчисление и давало начало новому.
• Применялся лунный либо солнечный календарь.

Астрономические наблюдения, проводимые в древние времена греками, китайцами, шумерами и др. и дошедшие до наших дней, дают возможность упорядочить, систематизировать разрозненную информацию о времени происхождения различных исторических событий.

Результатом такого подхода изучения древней истории становится невозможность ее фальсификации, ведь одни и те же астрономические и исторические события нередко описаны в различных источниках.

Более того, сохраненные исторические документы отражают свое время. Они составлены на языке, присущем тому или иному географическому региону, тому или иному историческому периоду.

Описание теории

Книга «О вращении небесных тел» состоит из 6 томов, где автор описал свои представления об устройстве :

• первый посвящен доказательством шарообразной формы Земли и Вселенной;
• второй рассказывает о правилах вычисления местонахождения небесных тел;
• третья часть описывает годовой цикл движения Земли;
• четвертый рассказывает о спутнике нашей планеты Луне;
• пятый повествует о свойствах небесных тел вообще;
• шестой — о причинах изменения широт.

Книга «О вращении небесных тел»

Основные идеи гелиоцентрической системы кратко можно описать 7-ю тезисами
:

1. Общего центра вращения всех небесных тел не существует.
2. Земля не является центром мира.
3. Звезды неподвижны на поверхности сферы, ограничивающей Космос.
4. Земля вращается вокруг собственной оси и вокруг Солнца.
5. Траектория движения небесных тел представляет окружность.
6. Расстояние между Солнцем и звездами неизмеримо больше, чем удаленность светила от Земли.
7. Наблюдаемое с Земли движение Солнца — следствие вращения самой планеты.

Позже учение Коперника дополнил Иоганн Кеплер, который вычислил, что траектория движений небесных тел не окружность, а эллипс. Также было установлено, что звезды вовсе не лишены движения.

Внимание!
Сейчас основные идеи Николая Коперника не выглядят столь революционно, но для 16 века они были важным шагом развития астрономии, изменили представления людей того времени о величии мира, загадках природы, месте человека во Вселенной. Это были важные открытия, учитывая главенствующую в эпоху геоцентрическую теорию

Всеволновая астрономия

Первые ученые-астрономы для изучения космического пространства использовали исключительно оптические телескопы. Следовательно, изучить и описать они могли лишь то, что непосредственно улавливал их взор. Сегодня же астрономия достигла значительных высот, ведь ученые могут вести свои наблюдения на различных длинах волн. Новые знания и технологии способствовали выделению совершенно новых дисциплин, таких как гамма-астрономия, радиоастрономия и рентгеновская астрономия.

Каждый космический объект излучает ряд волн, невидимых для человеческого глаза. Но их можно измерить специальными приборами. Необходимость таких измерений неоценимо важна. Например, гамма- или рентгеновское излучение, которое приходит из космоса на Землю, рассказывает о грандиозных процессах, происходящих в самых глубинках Вселенной. Из-за гигантских расстояний человек не может наглядно изучить все космические объекты. Все знания человечества о космосе базируются на излучении, которое исходит от небесных тел. Так удалось определить расстояние между объектами во Вселенной, их состав, возраст, размер и т.д.

Понятие «всеволновая астрономия» означает, что современные наблюдения за космическими телами ведутся во всех известных диапазонах электромагнитного излучения.

Античная астрономия

Первым человеком, создавшим упорядоченную модель Вселенной, был Платон. Он создал в своей модели мира систему нерушимых орбит, закрепленных на сфере, на которых находятся небесные тела.

К 4 столетию греческая наука перешла от общих рассуждений к последовательному изучению природы. Выдающимся ученым этого направления был Евдокс

Наиболее важной для математической астрономии стала его теория планетных движений. Для описания движения каждого тела Евдокс подбирал комбинацию из вложенных одна в другую сфер, причем полюса каждой последующей сферы были закреплены на предыдущей

Всего в системе Евдокса было 27 сфер.

Самым видным ученым античности считается Аристотель. Он четко и логично доказал, что Земля – шар, однако не считал возможным обращение Земли вокруг Солнца, и принимал лишь геоцентрическую систему мира. Аристотель довел число сфер из системы Евдокса до 55, желая связать сферы в единую систему.

Для оценки размеров Вселенной нужно было знать расстояния хотя бы до ближайших небесных объектов. Первым, кто сравнил расстояния от Земли до Солнца и Луны, а также размеры этих тел, был Аристарх Самосский. И хотя его результаты были далеки от реальных, он сделал вывод, что невозможно обращение столь большого Солнца вокруг столь маленькой Земли. Так была создана первая гелиоцентрическая система мира.

Первым ученым, описавшим орбиту движения, был Гиппарх. Считалось, что Солнце движется вокруг земли по окружности. Но как тогда объяснить разную продолжительность времен года (94,5 – 92,5 – 88 – 90)? Гиппарх предположил, что Земля смещена относительно центра этой окружности. Ученый занимался систематическим наблюдением небесных тел, и создал каталог, в который внес 1022 звезды.

Но самый большой труд в истории античной астрономии принадлежит Клавдию Птолемею. Его величайшее сочинение в 30 томах «Альмагест» долгое время было главным сокровищем астрономии. Он создал свою систему мира, которая, хоть и была геоцентрической, не имела никаких «хрустальных сфер», Солнце и планеты вращались вокруг Земли в пустом небесном пространстве.

Основные характеристики и устройство инструмента

Главной конструктивной частью инструмента является труба, несущая объектив. Для предварительного наведения на исследуемое тело существует искатель. Он похож на небольшую подзорную трубу и располагается на одной оси с основной трубой.

Непосредственно наблюдение ведется через окуляр. В зависимости от длины фокуса окуляра варьируется увеличение и угол обзора. Для коррекции яркости применяют светофильтры.

Для наведения прибора на требуемый объект, а также чтобы компенсировать суточное вращение Земли при длительном наблюдении, служит монтировка. Представляет собой поворотную опору приборов наблюдения.

Для исследования объектов, находящихся в зените, существуют диагональные зеркала.

Как и любой оптический прибор, телескоп имеет ряд важных характеристик. Основными из них являются:

• Диаметр объектива в миллиметрах или дюймах. Эта характеристика обеспечивает необходимое количество света, принимаемого от исследуемых объектов.
• Увеличение. Характеризует возможности инструмента приближать изображение космических объектов.
• Разрешающая способность. Определяется как минимальный угол между двумя точками, при котором можно их различить по отдельности. Единица измерения — угловая секунда, или секунда дуги.
• Проницающая способность. Означает звездную величину наиболее слабых звезд, которые можно рассмотреть с помощью прибора в условиях идеально темного неба. Характеристика прямо пропорциональна диаметру.
• Фокусное расстояние. Характеризуется размером промежутка, на котором главное зеркало или линза объектива строит изображение бесконечно удаленного объекта.

Астрономия 18 — 19 веков

В 18 веке были открыты 5 спутников и кольцо Сатурна, изучено вращение Солнца, а также определена астрономическая единица – с точностью до 8%. Тогда же была вычислена скорость света. Датский астроном Оле Ремер оценил ее в 215000 км/с, что на 28% меньше реального значения. Вторым центром науки после Франции была Англия, самым выдающимся ученым того времени был Эдмонд Галлей. Он предложил новый метод определения астрономической единицы, и ошибку удалось снизить в 25 раз. Но главным трудом Галлея считается его теория движения комет. Он рассчитал орбиты 24 комет, и обнаружил сходство параметров некоторых из них. Галлей предсказал появление кометы в конце 1758 – начале 1759 года, что и подтвердилось.

В 1781 году была открыта седьмая планета Солнечной системы. Это открытие принадлежит Уильяму Гершелю. Его телескоп был вершиной оптических приборов на ближайшие 100 лет. Имея длину трубы 12 метров и диаметр зеркала 147 см, он давал увеличение в 2,5 тыс. раз. Также были открыты 2 спутника Урана и их обратное движение, 2 новых спутника

Сатурна, сезонные изменения размеров полярных шапок на Марсе. Гершель составил каталог 145 двойных звезд с детальным исследованием орбит.

19 век – век быстрого становления и развития астрофизики. К тому времени в сферу внимания ученых попали принципы устройства и эволюции небесных тел, физика процессов, происходящих в космическом пространстве. Термин «Астрофизика» появился в середине 60-х годов 19 века. «Крестным отцом» этой науки был немецкий астролог Иоганн Карл Фридрих Цельнер (1834-1882), профессор Лейпцигского университета.

В начале 19 века при помощи спектроскопа были найдены темные линии в спектре Солнца. Ученые объяснили это поглощением лучей газами земной атмосферы. Во второй половине 19 века при помощи все того же спектроскопа на Солнце были найдены K, Cr, Fe, Na, Mg и другие металлы, а также Н и неизвестный тогда Не. В 1899 году был составлен первый атлас поверхности Солнца. Помимо Солнца, были изучены спектры еще 4000 звезд, была составлена первая классификация звездных спектров.

В 1842 году австрийский физик Кристиан Доплер теоретически доказал, что частота звуковых и световых колебаний зависит от скорости приближения или удаления их источника. Также предложили определять скорость звезд по лучу зрения, т. е. лучевую скорость – по смещению спектральных линий. Так была измерена лучевая скорость Сириуса, и было установлено, что он приближается к Земле со скоростью 8 км/с. Это явление получило название Эффекта Доплера

Астрономической столицей мира 19 столетия стала Пулковская обсерватория. Основателем ее был В.Я. Струве. С 1819 года он вел наблюдения двойных и кратных звезд, открытых Гершелем. В 1822 году Струве опубликовал первый каталог, содержащий сведения о 795 системах. Он сумел найти индивидуальные параллаксы звезд. Струве выделил ряд признаков, по которым можно судить по удаленности звезды: 1) видимый блеск, 2) чем более удалена звезда от наблюдателя, тем меньше должна быть угловая величина ее собственного движения. Однако эти данные справедливы в полной мере, если допустить, что все звезды имеют одинаковые светимости, скорости, массы. Струве в точности определил параллакс Веги в 1837. Изучение параллаксов позволило определить расстояние до звезд, а по расстояниям определили масштабы Вселенной. Струве в 1843 году издал каталог положений 17 тысяч звезд. Также астрономом было открыто поглощение света в межзвездном пространстве.

«Об обращении небесных сфер»

Еще в юности Николая Коперника поразила сложность и запутанность системы мира, созданной Клавдием Птолемеем.

Проводя астрономические наблюдения, ученый пришел к выводу, что не Земля, а Солнце должно быть центром неподвижной Вселенной, и тогда удается с легкостью объяснить кажущуюся запутанность движения планет по их орбитам.

Кроме того, он высказал предположение о существовании силы всемирного тяготения, предвосхитив

Однако к своим выводам Коперник отнесся с осторожностью — они противоречили точке зрения, принятой церковью

Он начал распространять в ученых кругах «конспект» своей гипотезы, как бы прощупывая, какой будет реакция на его «безумную» идею. А тем временем продолжал наблюдения, составлял астрономические таблицы и проводил расчеты, которые подтверждали его правоту.

Работа над рукописью «Об обращении небесных сфер» продолжалась почти 40 лет — Коперник вносил в нее дополнения и уточнения до тех пор, пока ему не удалось убедительно доказать, что Земля является одной из планет, обращающихся по своим орбитам вокруг Солнца.

В эти Николай Коперник немало сделал не только как астроном, но и как врач, инженер и экономист. По его проекту в Польше была введена новая , во Фромборке он построил гидравлическую машину, снабжавшую весь город.

Коперник лично занимался борьбой с эпидемией чумы в 1519 г., а во время польско-тевтонской (1520-1522 гг.) организовал оборону епископства от тевтонских рыцарей.

Первый экземпляр главного труда ученого был отпечатан в Нюрнберге за несколько недель до его смерти.

Некоторое время книга «Об обращении небесных сфер» свободно распространялась среди ученых. Но в 17 в. учение Коперника было объявлено ересью, книга запрещена, а последователи «коперниканства» подверглись преследованиям.

Эволюция телескопов в России

До восемнадцатого века развитие российской науки нельзя было назвать позитивным процессом. Правитель государства предпочитали выписывать иностранных специалистов, а не взращивать собственных. Эта тенденция изменилась с появлением страстного адепта науки, Михаила Ломоносова.

В 1762 году Ломоносов создал новую оптическую систему, которая позволила увеличить световой поток и удешевить производство благодаря отказу от вторичного зеркала. Ученый расположил зеркало таким образом, что собранные в точку фокуса лучи, выходили из параллельного пучка лучей от объекта, попадающего на главное зеркало. Таким образом, потребность во вторичном зеркале отпала. Свой вариант Ломоносов продемонстрировал в Академии наук, однако изобретение не было опубликовано. Спустя пятьдесят лет конструкцию такого же типа создал Фредерик Гершель, его именем она и была названа.

Что говорил Коперник о силе тяжести?

Сохранились документальные подтверждения размышлений Коперника на тем, что такое сила тяжести. Эти догадки появились задолго до теорий, разработанных впоследствии другими европейскими учеными.

В одном из писем к Николай Коперник писал, опережая открытия Исаака Ньютона:

«Я думаю, что тяжесть есть не что иное, как стремление, которым божественный Зодчий одарил частицы материи, чтобы они соединялись в форме шара. Этим свойством, вероятно, обладают Солнце, Луна и планеты; ему эти светила обязаны своей шаровидной формой».

Так появилась новая, Гелиоцентрическая система Коперника.

Смелая идея, совершающая переворот в сознании людей, как это было созвучно всей эпохе Ренессанса… Особенно интересно, что все свои выводы он сделал без телескопа – его изобретет другой великий астроном, Галилео Галилей.

Но старое не желало отдавать свои позиции без боя. Самого Коперника это затронуло в малой степени – революционность его идей просто не поняли при его жизни. Да и другой работы хватало – он был талантлив во многих областях. Неплохой медик, проектировщик водопровода, реформатор финансовой системы в Польше, организатор обороны своего епископства от Тевтонского ордена: вот неполный перечень его заслуг. Можно вспомнить и его вклад в теорию денежного обращения: именно Коперник заметив, что при одновременном хождении золотой и медной монеты, золото уходит в накопления, а медь остается в обороте вывел: «Худшие деньги вытесняют из оборота лучшие».

Заслуги

Но главным оставалась работа над Гелиоцентрической системой. Если первые заметки о своей теории он выпустил в 1503 году, а книга «О вращении небесных сфер» вышла в 1543, то получается, работа заняла сорок лет! Символично, что это трактат вышел незадолго до смерти Коперника, словно подводя итог его жизненного пути…
С его смертью его идеи не умерли, напротив, вокруг них началась бурная дискуссия. Католическая церковь запретила работы Коперника, усматривая в них ересь: неужели Земля не является центром вселенной, а всего лишь одна из планет? Что же тогда думать о небесах и преисподней?

Но пытливые умы это не останавливало – итогом стала смерть Джордано Бруно на костре святой инквизиции и суд над Галилео Галилеем.
Примечательно, что, называя теорию Коперника ересью, католическая церковь разрешала использовать его модель при астрономических вычислениях. Этот парадокс фиксировал факты – теория Коперника больше соответствовала реальности, хотя и подрывала библейскую картину мира.

Коперник первым доказал несостоятельность представления древних о мироздании. Его труды послужили прорывом в астрономии. Мы решили вспомнить и рассказать, кто такой Николай Коперник.

Коперника сожгли на костре

Некоторые люди считают, что Николай Николаевич пал жертвой судов инквизиции. Существует такое мнение, но оно не имеет оснований. Как на самом деле умер Коперник?

Модель, предложенная ученым не совершенна, но более проста, чем у предшественника – Птолемея. Она считается революционным шагом в науке. Теория быстро распространилась в 1520-х годах, еще до выхода бумажного издания. Благодаря ученику Ретику, шесть книг с открытиями Коперника увидели свет в 1543 году.

Увидел ли эти издания автор – вопрос остается открытым. В мае того же года он скончался от инсульта. За то, что теорию пропагандировали и развивали последователи Коперника, их жгли на кострах. Сам Николай Николаевич этой участи избежал. Он просто не дожил до тех времен, когда суды инквизиции подобрались к его трудам.

Книги противоречили устоявшимся представлениям и церковным канонам, но их только рекомендовали редактировать. Многие издательства не реагировали на рекомендации, выпускали текст в полном объеме. Даже после официального запрета в 1616 году, теорией Коперника пользовались для расчета движения планет.

Наблюдательная астрофизика

Радиотелескоп РТФ-32 РАО «Зеленчукская»Северный Кавказ

Основная часть данных в астрофизике получается по наблюдению объектов в электромагнитных лучах. Исследуются как прямые изображения, полученные на различных длинах волн, так и электромагнитные спектры принимаемого излучения.

• Радиоастрономия изучает излучения в диапазоне длин волн от 0.1 мм до 100 м. Радиоволны испускаются, например: такими холодными объектами как межзвёздный газ и пылевые облака; Реликтовым излучением, являющимся отголоском Большого Взрыва; Пульсарами, впервые обнаруженными в микроволновом диапазоне; Далёкими радиогалактиками и квазарами. Для наблюдений в радиодиапазоне требуются телескопы очень больших размеров. Зачастую наблюдения проводятся с использованием интерферометров и сетей РСДБ.
• Инфракрасная астрономия изучает излучение на волнах, находящихся в промежутке между радиоизлучением и видимым светом. Наблюдения в этой области спектра обычно производятся на телескопах, подобных обычным оптическим телескопам. Наблюдаемые объекты обычно холоднее звёзд: планеты, межзвёздная пыль.
• Оптическая астрономия является старейшей областью астрофизики. На сегодняшний день основными инструментами являются телескопы с ПЗС-матрицами в качестве приёмников изображения. Так же часто производятся наблюдения с помощью спектрографов. Ограничение на наблюдения в оптическом диапазоне накладывает дрожание земной атмосферы, мешающее наблюдениям на больших телескопах. Для устранения этого эффекта и получения максимально чёткого изображения используются различные методы, такие как адаптивная оптика, спекл-интерферометрия, а также выведение телескопов в космическое пространство за пределы атмосферы. В этом диапазоне хорошо видны звёзды и планетарные туманности, что позволяет изучать в том числе их расположение и химическое строение.
• Ультрафиолетовая астрономия, рентгеновская астрономия и гамма-астрономия(астрофизика) изучают объекты, в которых происходят процессы с образованием высокоэнергетических частиц. К таким объектам относятся двойные пульсары, чёрные дыры, магнетары и многие другие объекты. Для излучения в этой части спектра земная атмосфера является непрозрачной. Поэтому существуют два метода наблюдения — наблюдения с космических телескопов (обсерватории RXTE, Chandra и CGRO) и наблюдения черенковского эффекта в земной атмосфере (H.E.S.S., телескоп MAGIC).

Другие типы излучения также могут наблюдаться с Земли. Было создано несколько обсерваторий в попытках наблюдения гравитационных волн. Созданы нейтринные обсерватории, позволившие прямыми наблюдениями доказать наличие термоядерных реакций в центре Солнца. С помощью этих детекторов также изучались удалённые объекты, такие как сверхновая SN1987a. Исследования высокоэнергетических частиц производятся по наблюдениям их столкновений с земной атмосферой, порождающих ливни элементарных частиц.

Наблюдения также могут различаться по продолжительности. Большинство оптических наблюдений производится с выдержками порядка минут или часов. Однако, в некоторых проектах, таких как Tortora, производятся наблюдения с выдержкой менее секунды. Тогда как в других общее время экспозиции может составлять недели (например, такая выдержка использовалась при наблюдении глубоких хаббловских полей). Более того, наблюдения пульсаров могут производиться с временем экспозиции в миллисекунды, а наблюдения эволюции некоторых объектов могут занимать сотни лет, включая изучение исторических материалов.

Изучению Солнца отводится отдельное место. Из-за огромных расстояний до других звёзд, Солнце является единственной звездой, которая может быть изучена в мельчайших деталях. Изучение Солнца даёт основу для изучения других звёзд.

У истоков астрономии

410 лет назад, в 1609 году, итальянец Галилео Галилей, впервые наблюдая через телескоп небесные тела, смог разглядеть кратеры на Луне, отдельные звезды Млечного Пути и спутники Юпитера. Свои наблюдения Галилей описал в книге «Звездный вестник», которая произвела фурор в научной среде. Этот момент считается одним из поворотных в становлении астрономии как науки о Вселенной.

Галилео Галилей демонстрирует свой телескоп в Венеции. Фреска Джузеппе Бертини

Первые зрительные трубы, изучая которые Галилей собрал свой телескоп, были изготовлены в 1607 году в Голландии. Но до этого еще в 1509 году Леонардо да Винчи в своих записях сделал чертежи простейшего линзового телескопа и предлагал смотреть через него на Луну. 

Устройство первых телескопов было достаточно простым. В трубе на расстоянии располагались две линзы: объектив − выпуклая линза с фокусным расстоянием в 10, 20 или 30 дюймов и окуляр – вогнутая рассеивающая линза. Недостатками такого устройства являлись малое поле зрения и слабая яркость картинки.

В 1611 году немецкий ученый Иоганн Кеплер предлагает свою конструкцию телескопа – с двумя собирающими линзами. Эта схема давала перевернутое изображение, но зато оно было более ярким, и при этом значительно расширялось поле зрения. Первый телескоп по схеме Кеплера был сделан в 1613 году ученым-иезуитом Кристофом Шейнером. Он же впервые использовал для наведения телескопа две взаимно перпендикулярные оси, одна из которых стоит под прямым углом к плоскости экватора, что помогало компенсировать вращение Земли при наблюдениях.