Вавилов С. И.: Ночезрительная труба М. В. Ломоносова

НОЧЕЗРИТЕЛЬНАЯ ТРУБА М. В. ЛОМОНОСОВА¹

§ 1. Интерес Ломоносова к оптике и научная работа в этой области начались, несомненно, еще за границей. Через два месяца после возвращения Ломоносова из Германии Академия Наук приступила к рассмотрению мемуара Ломоносова „Замечания о зажигательном катоптрико-диоптрическом инструменте“.² Мемуар содержал проект „сгущения“ полного светового потока от светящейся точки в параллельный пучок посредством расположенных вокруг этой точки линз и зеркал. Можно заметить, что решение этой задачи, хотя бы только на чертеже, имеет принципиальное техническое и термодинамическое значение. Мемуар вместе с тем свидетельствовал о наличии у Ломоносова в 1741 г. основательных знаний по геометрической оптике и об оригинальной изобретательской мысли.

5 мая 1743 г. Ломоносов, собираясь „чинить оптические и физические обсервации“, просил выдать ему простой и сложный микроскопы.³ О работах с микроскопами в это время сведений нет, и вообще в течение последующих 9 лет архивные материалы молчат об оптических работах Ломоносова. Только в начале 1752 г. протоколы Конференции и журнал Канцелярии⁴ сообщает о чертежах Ломоносова для „машины, через которую узнавать можно рефракцию светлых лучей, проходящих сквозь жидкие материи“. Этой машиной Ломоносов занимался урывками до конца жизни, никогда, повидимому, не доведя ее до законченного состояния.⁵

От 15 февраля 1756 г. сохранилась запись: ⁶ „По требованию Ломоносова определено сделать по его указанию и на его кошт двадцать выпуклых оптических стекол. Выданы Ломоносову 14 мая. Обошлись в 10 рублей“. Найдено и личное „доношение“ Ломоносова по этому вопросу.⁷

Основываясь на дате, можно предположить, что эти стекла понадобились Ломоносову для опытов конструирования ночезрительной трубы, как будет ясно из дальнейшего.

Как пришел Ломоносов к мысли о зрительной трубе для сумеречных и ночных наблюдений? Выше уже отмечалось, что первая оптическая работа Ломоносова 1741 г. решает задачу о „сгущении“ световых лучей. Позволительно предположить, что, возвращаясь к возможностям, связанным со „сгущением“ лучей, Ломоносов пришел к мысли применить „сгущение“ для увеличения эффективности зрительной трубы в ночных условиях. Ночные наблюдения с трубами, имевшимися в собрании Физического кабинета и Астрономической обсерватории, несомненно, убедили Ломоносова в том, что через инструмент предметы различаются много лучше, чем без него. Кроме того, следует предположить, что, производя ночные наблюдения через различные трубы, Ломоносов заметил, что некоторые из них более эффективны в смысле различения деталей, чем другие.

Никаких документальных сведений о том, что дело происходило именно так, не имеется, но трудно предположить какой-либо иной путь возникновения мысли о ночезрительной трубе у Ломоносова.

Во всяком случае 13 мая 1756 г. на заседании Конференции Ломоносов, делая оговорку о своей неподготовленности, согласился произнести на торжественном заседании Академии после Петрова дня речь на русском языке на одну из тем: о причине землетрясений, о новой теории цветов или о машине для сгущения света, им изобретенной, либо по обоим последним вопросам, соединенным в одну речь.⁸

На том же заседании, как читаем в протоколе,⁹ „Ломоносов показывал машину для сгущения света (как он говорит), сделанную академическими мастерами. Это — труба длиною около двух футов и трех-четырех дюймов. Одна чечевица (окулярная) малая и другая (объективная) большая, собирающая лучи. Труба построена для той цели, чтобы различать в ночное время скалы и корабли. Из всех опытов явствует, что предмет, поставленный в темную комнату, различается через эту трубу яснее, чем без нее. Но поскольку это получено только для малых расстояний, еще нельзя установить, что́ будет на больших расстояниях на море. Однако Ломоносов полагает, что его изобретение можно довести до такой степени совершенства, что он может поручиться в несомненной пользе его на море“.

Из этого описания в протоколе следует, что „машина“ Ломоносова была двухлинзовой, т. е. галилеевой или кеплеровой трубой, и вернее последней, если принять, что Ломоносов пользовался только заказанными выпуклыми линзами. Приведенная запись в протоколе кончается сообщением о начале спора о ночезрительной трубе: „Гришов и Попов сказали, что иной новизны изобретения, кроме цели или назначения по сравнению с прочими трубами, нет и что все астрономические трубы дают то же самое“.¹⁰ ́ ответил Ломоносов на эти замечания своих академических коллег. В протокольной записи от 31 мая 1756 г. записано: ¹¹ „Бо́льшая часть академиков присутствовали на экзаменах учеников в гимназии и студентов в университете, экзамены продолжались до сего времени. Ломоносов пришел в комнату академических заседаний и, прождав понапрасну остальных в течение четверти часа, оставил письмо, в котором значилось, что на ближайшем публичном заседании он будет говорить речь о происхождении цветов, содержащую новую теорию“.

Как упоминалось выше, 13 мая Ломоносов предлагал для чтения три темы, причем считал возможным соединить в одной речи теорию цветов и вопрос о машине для сгущения света. Из записи от 31 мая видно, что Ломоносов, повидимому, в связи с замечаниями Гришова и Попова, временно отложил публичное выступление о ночезрительной трубе.¹² В „Слове о происхождении света, новую теорию о цветах представляющем“, сказанном Ломоносовым на публичном собрании Академии Наук 1 июля 1756 г., не содержалось ничего о ночезрительной трубе. Несомненно, однако, что Ломоносов продолжал опыты с трубой. Об этом можно заключить по письму С. Я. Румовского к Л. Эйлеру от 7 декабря 1756 г.

Румовский, недавно вернувшийся из-за границы и скептически относившийся к предложениям Ломоносова, писал Эйлеру: „Г. советник Ломоносов намерен предложить ученым три вопроса... Второй — изобрести такой телескоп, при помощи которого представлялись бы явственно предметы, находящиеся в темном месте, с условием, чтобы оно не совсем было лишено освещения... Второй вопрос решен им самим, но он хочет, чтобы весь свет поработал над этим предметом. Имев честь быть допущенным к смотрению многих предметов в его телескоп я, однако, пользуясь им, не заметил никакой разницы от того, что видят в обыкновенные телескопы, исключая того, что мне показались все предметы очень цветными и что радужные цвета представляются там в высшей степени совершенства, из чего заключаю, что решение этого вопроса, по мнению г. Ломоносова, заключается не в ином чем, как в размещении телескопных стекол так, чтобы радужные цвета были как можно более явственны... “ Позднее придется еще вернуться к этому письму Румовского.

О продолжении опытов Ломоносова с трубой определенно свидетельствует также отчет самого Ломоносова о его работе в 1756 г.¹³ Ломоносов пишет в отчете: „Изобретен мною новый оптический инструмент, который я назвал никтоптической трубою (tubus nyctopticus); оный должен к тому, чтобы ночью видеть можно было. Первый опыт показывает на сумерках ясно те вещи, которые простым глазом не видны, и весьма надеяться можно, что старанием искусных мастеров может простереться до такого совершенства, какого ныне достигли телескопы и микроскопы от малого начала“.

§ 2. Чтобы разобраться с достаточной объективностью в изложенном и дальнейших перипетиях спора о ночезрительной трубе, уместно в той исторической стадии, на которой мы остановились, несколько осветить научную сущность дела с современной точки зрения. В наше время вопрос во многом (хотя еще и не во всем) выяснился.

Галилей впервые стал применять зрительную трубу, наряду с дневными земными и морскими наблюдениями, также для рассматривания ночью небесных объектов — луны, планет и звезд. Однако такое применение телескопа еще не превращало его в „ночезрительную“ трубу. Предметами астрономических наблюдений Галилея были достаточно яркие светила: луна, планеты и звезды. Ломоносов поставил совсем иную задачу и притом, повидимому, впервые в истории оптики, указал на пользу применения зрительной трубы для рассматривания земных протяженных предметов в условиях сумерек или темноты, основываясь на собственных опытах. Вместе с тем Ломоносов искал конструкцию трубы, наиболее выгодную для земных ночных наблюдений.

Какие же преимущества для ночных наблюдений представляет зрительная труба и как ее следует сконструировать, чтобы в наибольшей степени удовлетворить поставленной цели?

Еще во времена Галилея на опыте выяснилось, что телескоп действует существенно иначе в отношении точечных источников света — звезд и протяженных объектов, как Солнце и Луна. Телескоп при наблюдении через него не увеличивает изображения звезд, он только делает их более яркими. Телескоп с бо́льшим объективом собирает от звезды больше света и „сгущает“ его в диски такого же размера на сетчатке глаза, как и телескоп с малым объективом. Причина этой неспособности телескопов увеличивать изображение звезд, в то время как тот же телескоп нормально увеличивает, например, изображение Луны, оставалась непонятной более двух веков. Галилей отрицал даже самый факт, а Декарт искал причину в аберрации сферических стекол трубы. Он полагал, что при замене сферы выпуклым гиперболоидом удастся повысить „разрешающую силу“ телескопа до такой степени, что, может быть, будут видны обитатели Луны!

Действительное основание отсутствия увеличения в изображениях звезд было понято только в XIX в.; оно определялось волновой природой света. Изображение звезд даже в самые большие телескопы, если бы оно осуществилось по правилам геометрической оптики, должно быть меньше предела „разрешающей силы“ трубы, т. е. обратной величины минимальных размеров изображения с еще различимыми деталями.

Крупные, достаточно близко расположенные предметы увеличиваются трубой нормально (т. е. по законам геометрической оптики), но вместе с тем „сгущаемый“ трубой свет распределяется по всему увеличенному изображению и, как следует из элементарной теории и опыта, „яркость“, т. е. количество света, приходящееся на единицу площади изображения, не возрастает. Поэтому можно, например, в телескоп с большим объективом видеть днем звезды. Причина состоит в том, что яркость точечных изображений звезд возрастает, а яркость фона дневного неба остается неизменной.

Можно задать вопрос: почему же позволительно увеличивать в широких пределах яркость изображения в фотографической камере, присоединив ее, например, к окуляру того же телескопа и меняя по мере надобности „светосилу“ фотографического объектива, и почему того же нельзя сделать, если смотреть в телескоп глазом? Ответ заключается в том, что в фотографической камере светосила объектива в нашем распоряжении, мы можем в широких пределах менять по желанию диаметр и фокусное расстояние объектива. Максимальные же размеры зрачка глаза и пределы изменения фокусного расстояния наперед заданы. Если испытывать телескопы с „искусственным глазом“, например, с фотографической камерой, с объективом постоянной светосилы, то на матовом стекле камеры будет меняться только увеличение изображения, яркость же (при сохранении некоторых условий, о которых речь идет дальше) будет неизменной.

Критика противников Ломоносова — Гришова, Попова, Румовского и в особенности, как будет видно из дальнейшего, Эпинуса — основывалась на соображениях, аналогичных только что изложенным. Эти критики обвиняли Ломоносова в том, что он будто бы претендует на увеличение яркости изображения ночью; они априорно экстраполировали вывод о независимости яркости рассматриваемого изображения от того, рассматривается ли оно невооруженным глазом или через трубу, с дневных условий на ночные. Эти критики, как будет ясно из дальнейшего, не отрицали пользы наблюдения ночью в трубу с большим увеличением, благодаря чему становились различимыми детали, незаметные в темноте для невооруженного глаза. Но они, повидимому, совершенно не понимали того, что эта „польза“ вовсе не очевидна и никак не вытекает просто из геометрической оптики.

Важная заслуга Ломоносова состояла как раз в том, что он на опыте подтвердил только что указанный вывод о громадной роли увеличения в ночных наблюдениях.

Его опыты показали также, что эффективность разных труб в ночных условиях различна.

В дневных условиях невооруженный глаз может различать предметы, видимые под углом не менее 1 угловой минуты. Этот предел зависит не от света, но от устройства глаза (вероятно, от среднего расстояния между двумя ближайшими колбочками, определяющими дневное зрение). Увеличение угла, под которым виден предмет, вносимое трубой, повышает разрешающую силу всей системы, если только угол, под которым теперь виден предмет, больше 1 минуты. При этом, как показывает опыт клетками сетчатки глаза в ночных условиях вместо колбочки становятся палочки. Чувствительность глаза после длительного пребывания в темноте чрезвычайно возрастает. Вместе с тем наблюдается следующее явление: при наблюдении очень малых светлых пятен яркость этих пятен оказывается прямо пропорциональной площади, в то время как при нормальных яркостях последние от наблюдаемой площади не зависят (закон Рикко).

Такое слияние светового действия от разных участков малого светящегося пятна в одно общее впечатление равносильно, как легко понять, потере глазом разрешающей способности в отношении деталей пятна. Поэтому сложение яркостей по закону Рикко в указанных условиях — не положительный, а, наоборот, отрицательный факт, свидетельствующий о потере глазом при очень малых освещенностях разрешающей способности. С этой точки зрения закон Рикко формально вполне аналогичен факту существования предела разрешающей способности в дневных условиях. Однако причина закона Рикко, несомненно, существенно отлична от причины наличия предела разрешающей способности сетчатки глаза в дневных условиях. Закон Рикко, повидимому, связан с тем, что для возникновения отдельного зрительного впечатления в мозгу необходимо одновременное действие довольно большого числа (10—20) световых квантов на сетчатку глаза. Если изображение на сетчатке очень слабо, то минимальное действие на мозг может возникнуть только от значительного участка изображения сразу. Это и эквивалентно закону Рикко.

В применении к ночным наблюдениям через трубу закон Рикко означает, что увеличение очень слабо светящихся малых предметов в ночных условиях автоматически влечет за собою выход за пределы действия закона Рикко, а следовательно, увеличение разрешающей способности глаза. „Сгущение“ света в трубе, сопровождающееся увеличением изображения при наблюдении очень слабо светящихся предметов, равносильно повышению разрешающей способности глаза.

Причины разногласия Ломоносова и его критиков в конце концов были чисто идеологические; в признании основного факта разногласий не было.

Критики Ломоносова опирались лишь на геометрическую оптику, вполне достаточную для расчетов „на матовое стекло“. Ломоносов исходил из непосредственных опытов с трубой в ночных условиях во всей их действительной сложности с проявлением всех особенностей зрительного процесса в ночных условиях. Ломоносов был прав, интуитивно догадываясь о специфичности действия увеличения трубы в ночных условиях.

Всесторонние испытания зрительных труб, биноклей и других телескопических систем в ночных условиях были произведены только в последнее время в Парижском и Ленинградском оптических институтах,¹⁴ причем были выяснены весьма сложные соотношения при изменении яркости и контраста рассматриваемых деталей.

Сама по себе яркость — очень субъективная и трудно измеримая характеристика изображения. Достаточно указать, например, что если перед одним невооруженным глазом поставить вычерненную изнутри достаточно узкую трубу без линз и сравнить яркость предметов, видимых в эту трубу и (другим глазом) без трубы, то яркость, видимая через трубу, окажется значительно большей, чем без трубы. Повидимому, здесь влияет контраст. В частности, всякая зрительная труба, уже по одному тому, что она — труба и, следовательно, имеет темные стенки, заметно повышает кажущуюся яркость.

По этой причине для характеристики различимости изображения через трубу вместо яркости применяется „разрешающая сила“, т. е. обратная величина минимальных размеров детали, еще различимых в трубу при данных условиях. Обозначим через 1/s разрешающую силу глаза без трубы при определенном освещении и контрасте рассматриваемых деталей. Через 1/S обозначим разрешающую силу при наблюдении через трубу. Пусть увеличение трубы равно M, тогда (если в трубе нет поглощения света и она хорошо выполнена) для дневных и ночных условий, на основании опытных данных,

С другой стороны, из законов геометрической оптики следует:

где O — диаметр отверстия объектива и I — диаметр зрачка выхода прибора. Подставляя (2) в (1), находим:

Следует различать два случая: 1) зрачок выхода прибора I<ω₀ (зрачок глаза в ночных условиях); 2) зрачок выхода I>ω₀

Во втором

Величина 1/s ¹⁵ Опираясь на данные Арнюльфа, Фабри подсчитывает, как должна быть построена „ночезрительная труба“, чтобы через нее можно было в безлунную ночь при яркости неба в 4 · 10^—9 стильба видеть вполне контрастные предметы с такой же отчетливостью, т. е. с такой же разрешающей силой, как днем [днем невооруженный глаз различает приблизительно 1′ (одну дуговую минуту)].

По формуле (3′) для восьмикратного бинокля с объективом, имеющим диаметр в 32 мм, S″, т. е. разрешение в 14 раз хуже, чем днем. Для разрешения 1′ нужно бы иметь едва ли реализуемую трубу с объективом диаметром 26 см и с увеличением в 86 раз. Такая ночезрительная труба (обладающая, правда, ничтожным полем зрения) позволяла бы в безлунную звездную ночь видеть, как днем. Для облачной безлунной ночи (яркость 1.3 · 10^—10 стильба) понадобилась бы, как указывает Фабри, еще более грандиозная труба с диаметром в 2.5 м и с увеличением в 250 раз!

Ломоносов с самого начала не ставил перед собой таких крайних заданий, ограничиваясь сумерками, и его ночезрительная труба не была несбыточной мечтой, а вполне реализуемым инструментом.

Для последующего изложения очень важно отметить, что, будучи вполне правым в своем утверждении возможности и полезности ночезрительной трубы, Ломоносов был прав также, настаивая на том, что не всякая зрительная труба пригодна в качестве „ночезрительной“.

″), должен быть возможно бо́льшим, зрачок же выхода не должен превосходить по своим размерам зрачка глаза, работающего в ночных условиях. Как можно судить из протокольных записей, приведенных в § 1, Ломоносов эти условия выполнил. Кроме того, существенно еще одно обстоятельство практического характера, повидимому также сознательно примененное им в ночезрительной трубе. Такая труба должна работать в сумеречных условиях, и требования к качеству изображения в ней не должны быть высокими, — это было бы бесцельно. Поэтому нет надобности тщательно исправлять дефекты и аберрации (сферическую и хроматическую). Устранение этих недостатков между тем составляет главную трудность расчета и изготовления обычной телескопической трубы. В ночезрительной трубе такие коррекции почти излишни. С этой точки зрения приобретают смысл, противоположный намерениям автора, насмешки С. Я. Румовского, приведенные в конце § 1, над огромной хроматической аберрацией трубы Ломоносова. Румовский, очевидно, смотрел в эту трубу днем, когда радужные каймы действительно очень сильно портят качество изображения. В ночных условиях влияние их едва ли заметно. Пренебрегая хроматической аберрацией, Ломоносов легко мог изготовить большой объектив для своей ночезрительной трубы и осуществить первые образцы ее простыми средствами. Румовский, желая упрекнуть трубу Ломоносова в ее большом недостатке, в действительности сохранил для нас одно ее важное практическое достоинство.

§ 3. Почти ровно через год после первого сообщения о работе над ночезрительной трубой Ломоносов снова ставит ту же проблему перед Академией. 21 мая 1757 г.¹⁶ в Академии обсуждалась программа обычного публичного заседания. Ломоносов предложил 13 тем на выбор для своей торжественной речи. В качестве 11-й темы была названа ночезрительная труба. Академия, однако, предпочла другие темы из длинного списка Ломоносова. Следует заметить, что с 12 мая 1757 г.¹⁷ на заседаниях Конференции появился новый академик — выдающийся физик, теоретик и экспериментатор Ф. У. Т. Эпинус. На упомянутом заседании 21 мая он присутствовал и, следовательно, узнал о ночезрительной трубе. На заседании Академии 30 июня¹⁸ „Можно ли построить оптическую машину, служащую для увеличения света, так, чтобы посредством нее можно было видеть предметы, немного различимые в темноте?“ Никаких сведений об обсуждении предложения Ломоносова в этой стадии в протоколах нет, но можно думать, что естественным дополнением к нему был краткий мемуар Ломоносова „Физическая задача о ночезрительной трубе“, представленный Конференции 19 января 1758 г.¹⁹ Заглавие этого мемуара ясно показывает, что он предназначался в качестве материала для пояснения к объявлению о конкурсе на академическую премию. Текст перевода этого мемуара приложен в конце статьи.

Мемуар мало прибавляет к тому, что ранее было изложено на основании протоколов. В первых трех параграфах дана постановка задачи. Не ясен § 4, в котором Ломоносов противопоставляет эффект приближения предметов, вызываемый телескопами, и увеличение микроскопов „сгущению света“, которое должно обнаружить скрытое в телескопе. Все три процесса в действительности сводятся к одному и тому же, и классификация Ломоносова имеет только иллюстративный характер. Из мемуара видно, что основная аргументация Ломоносова чисто экспериментальная, а не теоретическая. В § 7 Ломоносов высказывает правильное предположение, что способность ночных животных ориентироваться в темноте связана с повышенной чувствительностью сетчатки „оптических нервов“ у Ломоносова) и вместе с тем с большими размерами зрачка. Из § 11 следует, что Ломоносов в это время прекратил экспериментальную работу о ночезрительной трубе и претендовал лишь на постановку задачи.

Мемуар Ломоносова встретил возражения со стороны Эпинуса, о чем (в присутствии Эпинуса) Ломоносов сам сообщил Конференции на заседании 27 апреля.²⁰ „Ломоносов, — как гласит протокол, — сообщил коллегам, что Эпинус передал ему возражения на его рассуждение о ночезрительной трубе, в которых он стремится показать, что это изобретение невыполнимо на практике. Сам Ломоносов мало согласен с доводами Эпинуса и считает, что будет лучше, чтобы этот вопрос объявить на премию ученых для дальнейшего усовершенствования и введения в практику“. Протокол кончается замечанием: „Ломоносова просили изложить возражения Эпинуса Конференции для решения вопроса коллегами, которые могли бы об этом судить, что он обещал сделать“. Несколько непонятно при этом молчание самого Эпинуса, присутствовавшего на заседании.

трубе продолжалась. Об этом свидетельствуют письма Ломоносова и заявления Эпинуса от 1759 г.

С осени 1758 г. Эпинус заболел и не появлялся на заседаниях до 21 мая. 17 мая 1759 г., все еще в отсутствии больного Эпинуса, Ломоносов снова предлагает Конференции объявить темой на премию вопрос о ночезрительной трубе.²¹ При этом протокол добавляет: „Поскольку многие академики имеют другие мнения по этому делу, то он [Ломоносов] охотно бы согласился, если бы вопрос был предложен на заключение славному Эйлеру“. Конференция постановила по этому вопросу: „Если Ломоносов хочет посоветоваться с Эйлером, то пусть делает это от своего имени, для запроса от имени Академии не видно основания“. По этому решению не трудно понять, что большинство академиков по вопросу о ночезрительной трубе было настроено против Ломоносова. До нас не дошло мнение Эйлера о ночезрительной трубе, хотя он, несомненно, был наиболее авторитетным лицом по этому вопросу в середине XVIII в. Симптоматично во всяком случае, что Эпинус, как будет видно из дальнейшего, предлагал в качестве арбитра спора с Ломоносовым не Эйлера, а Парижскую Академию Наук.

Через 4 дня, 21 мая,²² на заседании присутствует выздоровевший Эпинус, причем прочитывается протокол предыдущего заседания и, следовательно, Эпинус узнает об арбитраже Эйлера, предлагаемом Ломоносовым.

²³ Ломоносов демонстрирует академикам (в том числе и Эпинусу) новую английскую трубу, переданную ему И. И. Шуваловым из Кабинета императрицы. Свойства этой трубы, по словам Ломоносова, такие, какие он предсказывал о ночезрительной трубе.

В протоколах до 9 июля нет упоминаний о ночезрительной трубе, но, несомненно, вокруг английской трубы разгорелись новые споры. 8 июля в письме к И. И. Шувалову Ломоносов сообщает ему о необходимости описывать свои изобретения для публикации: ²⁴ „Мои манускрипты, — пишет он, — могут служить больше, нежели я сам, не имея от моих недоброжелателей покоя. Сверх сего, не продолжая времени, должен я при первом случае объявить в ученом свете все новые мои изобретения ради славы отечества, дабы не воспоследовало с ними того же, что с ночезрительной трубою случилось. Сей ущерб чести от моих трудов стал мне вдвое горестен, для того что те, которые сие дело невозможным почитали, еще и поныне жестоко с досадительными словами спорят, так что, видя, не видят и, слыша, не слышат“. Из только что приведенных протокола и письма можно понять, что Ломоносов считал английскую трубу реализацией своего предложения, лишившей его приоритета на изобретение. Повидимому, эта труба обладала относительно очень большим объективом и окуляром, соответствующим зрачку глаза, адаптированного на темноту. Другие особенности трубы остаются неизвестными.

На заседании Академии 9 июля Эпинус просил приложить к протоколу следующее заявление: „Опасаясь, что слухи о споре относительно ночезрительной трубы, происходящем между славным Ломоносовым и мною, могут несколько повредить как мне, так и прочим господам коллегам (из коих многие думают и так же высказываются о ночезрительной трубе, как я), я пришел к мысли предложить знаменитой Академии и славному Ломоносову способ, коим можно было бы дружеским образом положить конец спору. Я передаю Академии изложение мнения моего о ночезрительной трубе, содержащееся в прилагаемой рукописи и прошу, чтобы это рассуждение по заслушании знаменитыми господами коллегами было сообщено славному Ломоносову. Пусть славный муж ответит на мои сомнения, после чего мою рукопись вместе с ответом славного Ломоносова следует переслать знаменитейшей Королевской Парижской Академии Наук и просить ее частным образом от моего и славного Ломоносова имени, чтобы она высказала свое мнение о сем споре. Даю обязательство полностью согласиться с суждением, вынесенным этой знаменитейшей Академией.

объявляет, то не преминет одержать надо мною важную победу, если только отказом от посредничества не хочет возбудить недоверия к своему делу“. К заявлению Эпинуса был приложен мемуар „Доказательство невозможности ночезрительной трубы Ломоносова“.²⁵

Мемуар был сообщен всем академикам для прочтения дома.

Текст этого мемуара не сохранился или во всяком случае до сих пор не найден. Неизвестно также, как реагировал Ломоносов и другие на этот мемуар. До нас дошел, однако, в копии XVIII в. второй мемуар Эпинуса „Добавление к Доказательству невозможности ночезрительной трубы“, перевод которого прилагается. По словам Билярского,²⁶ Эпинус передал эту статью Академии в июле. Статья была официально сообщена также Румовскому, Котельникову, Брауну и Гришову. Мемуар Эпинуса разъясняет многое из того, что остается непонятным из протоколов. Этот мемуар, как и первый, повидимому, не был послан в Париж,²⁷ официального обсуждения его и каких-либо решений в Академии не состоялось, и приходится теперь, спустя почти два века, решать спор о ночезрительной трубе вместо Эйлера и Парижской Академии.

основываясь в сущности только на опыте в ночных условиях, что 1) зрительная труба сильно помогает различению предметов в сумерках и 2) можно построить трубу, особенно пригодную для сумеречных наблюдений; для этого объектив ее должен быть достаточно большим, должны соблюдаться и другие специальные условия, которые Ломоносов в сохранившихся документах не излагает (вероятно, малое поглощение света в трубе и соответственный зрачок выхода). В § 2 мы видели, что современная оптика вполне подтверждает заключения Ломоносова. Обосновать теоретически свои опытные данные Ломоносов не сумел, да и вообще такое обоснование действия ночезрительной трубы стало возможным только в наше время.

Позиции Эпинуса были совсем иные. Эпинус, большой знаток и исследователь-специалист в области геометрической оптики, находился под гипнозом элементарной геометрической теории. С Ломоносовым он полемизирует исключительно с теоретических или даже формально словесных позиций. Утверждая в начале своего „Добавления“, что надлежит максимально отличать (если говорить современным языком) отсутствие разрешения вследствие недостаточности размеров рассматриваемого предмета и отсутствие разрешения вследствие недостаточной чувствительности сетчатки при малых освещенностях, Эпинус делает первую и главную ошибку. В обоих случаях дело сводится к недостаточности угловых размеров для различения. Разница (о чем не знал ни Ломоносов, ни Эпинус) состоит в том, что в первом случае (в дневных условиях) предел разрешающей способности определяется волновой природой света, а во втором (в ночных условиях) — свойствами сетчатки.

Эпинус задает вопрос, следует ли приписать бо̀льшую различимость предметов в сумерках в трубу, чем без нее, увеличению или возрастанию яркости. Повидимому, он считал, что весь смысл предложения Ломоносова заключался именно в утверждении последнего. Если обратиться к уже рассмотренному мемуару Ломоносова, то в нем такого мнения Ломоносов не высказывает, он опирается просто на опыт. С другой стороны, понятие ощущаемой яркости крайне субъективно и, как уже отмечено в § 2, должно быть заменено понятием „разрешающей способности“. Альтернатива, выдвигаемая Эпинусом, смысла не имеет и должна быть заменена одним вопросом: способствует ли в ночных условиях увеличение изображения на сетчатке возрастанию разрешающей силы и в какой мере? Ответ на этот вопрос совершенно не очевиден без опыта. В ночных наблюдениях всегда рассматривают изображения, значительно превышающие по размерам то, что позволено по волновым свойствам света независимо от яркости, и наличие или отсутствие разрешающей силы определяется только свойствами глаза.

Рикко (ср. § 2), то увеличение трубы должно сопровождаться повышением ощущаемой яркости наблюдаемого небольшого светлого пятна. Это повышение яркости при увеличении можно сравнить с повышением яркости звезды по мере возрастания размеров объектива. Таким образом, даже в отношении утверждения невозможности повышения яркости различаемого предмета Эпинус, строго говоря, ошибался.

Существенно заметить, однако, что при всей неясности расчетной и теоретической стороны дела у Ломоносова, он все же неповинен в том, в чем хочет обвинить его Эпинус, когда говорит, что Ломоносов называет в своем мемуаре ночезрительной трубой такую, при помощи которой предметы видны с большей яркостью (majori claritate), чем невооруженным глазом. В действительности Ломоносов, пользуясь мало определенным термином clarus (ясный, яркий), в своем мемуаре почти всегда прибавляет более определенное слово distinctus (отчетливый, различимый), как видно по §§ 5, 8 и 10 мемуара Ломоносова. В „Химических и оптических записках“²⁸ Ломоносов характеризует качество изображения в трубе „ясностью и явственностью“.

Из „Добавления“ Эпинуса видно, что основным содержанием его основного, пропавшего мемуара было доказательство невозможности повысить яркость изображения в трубе в обычных дневных условиях и вместе с тем указание, как надо конструировать хорошую трубу. Все это не имело отношения к результатам ночных наблюдений Ломоносова, которые также „по слухам“ описываются у Эпинуса. Большие аберрации в инструменте Ломоносова, на которые ранее указывал Румовский в письме к Эйлеру, вновь упоминаются у Эпинуса. Но, как уже ранее было пояснено в § 2, исправление аберраций вовсе не имеет большого значения для ночезрительной трубы; наоборот, некоторое пренебрежение аберрациями облегчает практическое осуществление такой трубы.

Эпинус не отрицает, что английская труба совершеннее обычных труб для ночных наблюдений, т. е. в сущности полностью подтверждает надежды, высказанные Ломоносовым в его мемуаре.

„яркости“, „разрешающей силы“ были еще очень неопределенными, мемуар Эпинуса, написанный в ироническом тоне теоретического превосходства, вероятно, импонировал своей „авторитетностью“, но для современной оптики этот мемуар должен казаться почти бессодержательным и направленным мимо цели, мимо опытных результатов Ломоносова.

§ 4. История ночезрительной трубы Ломоносова, поскольку она отражена в официальных документах Академии — мемуарах, протоколах, отчетах, на этом кончилась. Спор не был направлен на заключение ни Эйлеру, ни Парижской Академии.

Ломоносов во всяком случае не считал свое изобретение поколебленным возражениями академических коллег. Незадолго перед смертью, вероятно, в 1764 г., в „Краткой истории о поведении Академической Канцелярии“²⁹ он следующим образом излагал столкновение с Эпинусом: „Подал советник Ломоносов в профессорское собрание проект о делании трубы, коею бы яснее видеть можно было в сумерках, и представил давно сделанный тому опыт. Физики профессор, что ныне коллежский советник, Эпинус делал на то объекции, почитая сие невозможным делом. Ломоносов, немного после того спустя, получил от камергера Шувалова присланную трубу того же сродства, и он представлял, в доказательство своей справедливости. Однако профессор Эпинус не токмо слушать не хотел, но и против Ломоносова употреблял грубые слова и вдруг, вместо дружбы прежней, стал оказывать неприятельские поступки. Все ясно уразумели, что то есть Таубертов промысел по Шумахерскому примеру, которой ученые между профессорами споры, кои бы могли дружелюбно кончиться, употреблял в свою пользу, портя их дружбу. Все ясно оказалось тем, что Эпинус не токмо с Ломоносовым, но и с другими профессорами, ему приятельми, перестал дружиться, вступил в Таубертову компанию и вместо прежнего прилежания отдался в гулянье; Тауберт Эпинуса везде стал выхваливать и рекомендовать и тем сделал себе два выигрыша: 1) что отвел от наук человека, которой бы стал, может быть, ими действовать против него, естьли б при науках остался; 2) сыскал себе в помощь недоброжелателя Ломоносова...“

(да и не мог в XVIII в. понять) смысла ночезрительных опытов Ломоносова, видя ключ к решению оптических задач только в геометрической оптике. Столкновение Ломоносова и Эпинуса до некоторой степени напоминает коллизию Моцарта и Сальери.

Ломоносов до конца дней своих не покидал мыслей и проектов, связанных с ночезрительной трубой. В „Химических и оптических записках“,³⁰ которые Ломоносов начал вести, повидимому, в 1762 г., есть несколько заметок, касаюшихся ночезрительной трубы. Под № 37³¹ записано: „Polemoscopium nocturnum pro Au, sed primum apud me applicatum“, т. е. „Ночной полемоскоп, сделанный Au, но впервые примененный мною“. Полемоскоп — это род перископа, могущий вращаться вокруг своей оси на 360° для обзора местности. Не есть ли Au описка и не следует ли правильно читать Ae, т. е. сокращение Aepinus. Известно, что по чертежам и расчетам Эпинуса в мастерской Академии делались оптические приборы. Ломоносов мог с успехом применить готовый полемоскоп, соединив его с ранее упоминавшейся английской трубой, для ночных наблюдений.

Под № 56 записано: ³² „Tubus nyctoscopicus confici tentanetur per glaciem mariae lucam refl.,“ — т. е. „Надо попробовать ночезрительную трубу для света, отражаемого морским льдом“. Смысл записи не ясен. Может быть, дело идет о наблюдениях плавающих льдов в условиях полярной ночи.

Под № 87 отмечено: ³³ „Tubus nyctopticus modo Lom. N. fiat“, т. е. „Пусть называется: ночезрительная труба по Ломоносову“. Вероятно, это проект гравированной надписи на изготовлявшемся в мастерской Ломоносова образце его трубы.

Под № 103³⁴ содержится план различных работ, в том числе упоминаются ночной полемоскоп и ночезрительная труба.

 147³⁵ записано в качестве доделок: „Для посылки в деревню вылить зеркала для трубы для малых трубок и для микроскопа и никтоскопа“. Очевидно, речь идет о зеркалах для отражательных приборов — телескопа, микроскопа и ночезрительной трубы, которые Ломоносов собирался сделать по типу своего телескопа-рефлектора с наклоненным зеркалом. Под тем же номером список намечаемых дел, в том числе „ночегляд“ и ночезрительный полемоскоп.

Под № 159³⁶ снова план работ. В этом плане записано: „в оптике“.

Можно добавить, наконец, что в неопубликованной „Росписи сочинениям и другим трудам советника Ломоносова“ 1763 г. видно, что работа с трубой продолжалась и в 1763 г. „В деле... опыты по составлению трубы, чтобы в сумерках ясно видеть“.³⁷

После смерти Ломоносова его ночезрительная труба была забыта и заброшена. Ею никто не интересовался приблизительно 150 лет. Многие, в частности моряки, знали из опыта пользу труб и биноклей для ночных наблюдений, но сознательное развитие ночезрительная труба с большим увеличением для военных целей получила только за последнее десятилетие. В частности, можно указать, что современные зенитные батареи наряду с прожектором снабжены и ночезрительным биноклем с большим увеличением. Дальность действия прожектора при наблюдении за самолетом, находящимся в луче прожектора, при этом может увеличиваться, примерно, в полтора раза.

Так, спустя 150 лет, торжествует мысль и научная работа Ломоносова, от которой отвернулись, которую не поняли и забыли его современники и потомки.