Из истории микроскопа (часть седьмая)
"'But we've seen Elephants before,' the Emperor grumbled.
'Yes, but not through a Megaloscope!' the Professor eagerly replied, 'You know you ca'n't see a Flea, properly, without a magnifying-glass - what we call a Microscope. Well, just in the same way, you ca'n't see an Elephant, properly, without a minimifying-glass. There's one in each of these little tubes. And this is a Megaloscope! The Gardener will now bring in the next Specimen. Please open both curtains, down at the end there, and make way for the Elephant!'"
Lewis Carroll
Другим очень важным событием в оптике восемнадцатого века было изобретение ахроматических линз, а именно, ахроматических дублетов, без которых микроскопы рисковали остаться просто забавной игрушкой. Ахроматические дублеты были и остаются жизненно необходимы для того чтобы уменьшить губительные для оптического изображения сферические аберрации…
и хроматические аберрации…
которые возникают при разнице в преломлении линзой лучей света в разных ее участках по отношению к главной оптической оси, а также в разнице преломления лучей разной длины волны, которые, несмотря на близость к точке главного фокуса все же в нее не попадают, отчего изображение получается размытым и с разноцветным ободком по краям объекта. И тем сильнее были заметны эти аберрации, чем большее количество линз использовали в приборе, я уже умолчу о том, что к абберациям добавлялись все несовершенства технологии изготовления в виде следов от полировки, царапин, пузырьков воздуха и прочего мусора, примерно как это видно на микрофотографиях сделанных при помощи микроскопов ) из коллекции супругов Голуб (Golub) из которых я позволил себе сделать коллажи показанные ниже, где под фактическим изображением получаемым при помощи данного конкретного микроскопа для сравнения приведено изображение, полученное при помощи современного микроскопа.
Предположительно итальянский микроскоп, изготовленный около 1660 года неизвестным мастером ( №253 в коллекции).
Предположительно итальянский латунный микроскоп, изготовленный около 1675 года неизвестным мастером ( №124в коллекции)
Большой двойной микроскоп Джона Маршалла изготовлен в Англии в 1710 году Джоном Маршалом и впоследствии модифицирован Эдмундом Кальпепером ( №117 в коллекции)
Микроскоп из дерева и слоновой кости сделанный неизвестным итальянским или французским мастером примерно в 1700 - 1725 годах (№276 в коллекции)
Латунный микроскоп модели Кальпепера сделанный неизвестным мастером, вероятно в Англии в 1790 - 1810 годах ( №69 в коллекции)
С того самого момента как изобрели линзу происхождение аберраций связывали с дефектами сферической поверхности линзы и оптики пытались их исправить изменяя степень кривизны сферической поверхности линзы. Исаак Ньютон, выявив, что хроматическая аберрация происходит на самом деле из-за неравного преломления света, в то время когда он проходит через границы оптических сред. Ньютон некоторое время экспериментировал с составами оптического стекла для линз, но потерпел неудачу, заявив, что от аберраций избавиться невозможно. Но это не охладило оптических дел мастеров в их стремлении найти выход из положения, и они продолжали экспериментировать с линзами, изготовленными из разных типов оптического стекла, в попытке найти такую комбинацию, которая нивелировала бы недостатки каждого из них и все-таки собрала бы все цвета и лучи в одну точку. Честь изобретения такой комбинации принадлежит английскому адвокату и по совместительству оптику (эх, какие были времена, когда адвокат мог позволить себе изобретать линзы) - Честеру Муру Холлу (Chester Moore Hall).
Холл хотел сохранить свое изобретение втайне настолько, (видимо ждал открытия первого патентного бюро ну, на, то он и юрист, в конце концов) что работая над созданием ахроматической линзы, остроумно, но недальновидно заказывал крону и флинт (линзы из разных типов оптического стекла с разной преломляющей силой) у двух разных производителей, а именно Эдварда Скарлетта (Edward Scarlett) и Джеймса Манна (James Mann). А те, в свою очередь, сплавляли эти два заказа одному субподрядчику Джорджу Бассу (George Bass), который поняв, что заказчиком является один и тот же человек и дело здесь нечисто. Сложив два и два, он заметил ахроматический эффект, который создают эти две линзы, будучи скомбинированы в одну, но, в этот раз на этом все кончилось. Где-то в 50х годах восемнадцатого века Баас упомянул об этом эффекте в разговоре с оптиком изготовителем телескопов Джоном Долландом (John Dollond) и понеслась, вот кто моментально оценив всю ценность этой находки, по достоинству! Долланд тут же изобрел ахроматическую линзу заново, вставил ее в окуляры своих телескопов и, сделав вид что так и должно быть, незамедлительно получил патент на ее изобретение, что в шестидесятых годах восемнадцатого века, вызвало жаркие битвы между изготовителями оптики за право изготавливать и продавать такие линзы. Сын Долланда Питер, усовершенствовал ахроматическую линзу, дополнив ее третьей линзой, отчего она получила название апохроматической линзы...
... остававшаяся наилучшей для коррекции хроматических аберраций, до той самой поры, пока не решились добавить еще стеклышек, чтобы получить суперахроматическую линзу
Однако мы сильно отвлеклись от истории про микроскопы. В приложении к микроскопу ахроматическая линза впервые была применена Бенджамином Мартином (Benjamin Martin). Бенджамин Мартин - преподаватель естествознания и автор нескольких модификаций микроскопа, самая известная и удачная из которых называлась просто, но со вкусом - цельнолатунный «Большой Универсальный Микроскоп».
Подчеркивая таким названием тот факт, что такой микроскоп можно использовать не только как простой, или сложный микроскоп…
но также и как водный микроскоп - для рассматривания живых объектов в сосуде с морской или речной водой...
а также для рассматривания объектов, как в проходящем свете, так и при помощи отраженного света, для чего в конструкции наличествовали как параболическое зеркало, так и линза на предметном столике.
Были еще первый и второй универсальные микроскопы, но они были довольно простыми и ничем особенным не отличались так, что мы в нашей истории не будем на них останавливаться, дабы не удлинять ее сверх меры и не делать ее еще более нудной которой она уже и так безо всякого сомнения является.
Третья версия микроскопа Бенджамина Мартина была представлена им в 1752 году, как именно в точности его задумывал автор мы, увы, не знаем, так как ни одного чертежа или схемы не сохранилось, ну или не было опубликовано. Позже, переехав в Лондон, в цикле своих лекций по вопросам естествознания - «Философия Британика» (Philosophia Britannica) - или, как он ее сам ее охарактеризовал:
«новая всеобъемлющая система ньютоновской философии, астрономии, географии, в курсе из двенадцати лекций, с заметками, содержащими физические, механические, геометрические, и экспериментальные доказательства и иллюстрации всех основных предложений в каждой отрасли природных наук, где также особое внимание уделено изобретению, структуре, улучшениям и использованию всех заслуживающих внимания инструментов, двигателей и машин; новыми расчетами, связанных с их природой, силой и управлением. Все собрано и преподано из авторских сочинений, и мемуаров, и украшено восьмидесятью одной гравюрой на меди»
... вот так вот, ни прибавить и ни убавить, где он и опубликовал гравюру с изображением своего цельнолатунного «Большого Универсального Микроскопа»
В этом микроскопе, несмотря на такое чрезвычайно громкое название, еще не было описанного мною ахроматического дублета, он появился несколько позже, но здесь, до какой-то степени роль ахроматического дублета исполняла так называемая промежуточная линза (between lens). Промежуточная линза, хоть и не была его собственным изобретением, но являлась единственным настоящим усовершенствованием в оптической системе микроскопов, с той самой поры (шестидесятые годы семнадцатого века), когда в оптическую систему была введена линза для расширения поля зрения (field lens) располагавшаяся в тубусе микроскопа и, до самого конца восемнадцатого века, ближе к которому тем же Бенджамином Мартином, впервые в оптической системе микроскопа был использован ахроматический дублет.
Заслугой же Бенджамина Мартина является то, что он воскресил незаслуженно забытую промежуточную линзу, служившую для увеличения относительного отверстия объектива (что характеризует способность объектива обеспечивать более высокое разрешение при меньшей интенсивности освещения), а кроме того и несколько ослабляла аберрации. Промежуточная линза представляла собой плосковыпуклую линзу с длинным фокусным расстоянием около 10 - 12 см, располагавшуюся на противоположном от собственно объектива конце длинного мундштука, в том самом месте, где он прикрепляется к тубусу микроскопа. На рисунке ниже промежуточная линза обозначена литерой “С”; линза расширяющая поле зрения указана литерой “B”; линза объектива указана литерой “D”; две линзы окуляра расположенные по схеме Рамсдена литерой “A”.
Этот мундштук, кстати, является характерной чертой микроскопов Бенджамина и теперь широко известна в узких кругах как трубка Мартина ('Martin's Pipe).
Итого, такой микроскоп содержал в себе не менее четырех штук линз. Нельзя полностью исключать, что вторая окулярная линза по типу схемы Рамсдена была добавлена позже.
Помимо того, микроскоп был оснащен всеми примочками того времени, уже знакомыми нам по микроскопу Маршалла: винтом Гевелиуса для тонкой настройки фокуса, а в поздних версиях и винтом с реечной передачей (rack & pinion), а также параболическим зеркалом Эдмунда Кальпепера, для изучения объектов в проходящем свете.
Помимо своей работы над универсальным микроскопом, Бенджамин Мартин, также является автором третьего популярного к концу восемнадцатого века типа микроскопов, получивших широкое признание особенно среди набиравшего популярность научного туризма среди британских ученых, которые уже начали готовить почву для империи, над которой никогда не заходит солнце и которые, естественно, для своих путешествий хотели что-то более компактное и прочное в отличие от латунных раскоряк с кучей изящных излишеств. Таким микроскопом стал микроскоп барабанного типа, который, несмотря на свою исключительную простоту, использовался все девятнадцатое столетие и даже в начале двадцатого.
Изначально этот тип микроскопа задумывался Мартином в 1730 году как портативная карманная версия микроскопа, которая затем выросла до полноценной настольной. Ранние образцы микроскопов такого типа, изготавливались не из латуни, а из картона и дерева. Конструкция поначалу была очень простой и напоминала уже продемонстрированные образцы. Микроскоп состоял из двух картонных тубусов вставленных один в другой, внутренний тубус обладал двумя простыми двояковыпуклыми линзами в окуляре и объективе. Наружный тубус, выполнявший роль подставки, обладал крупным отверстием спереди, предназначенным для освещения образца в проходящем свете при помощи вогнутого зеркала встроенного в основание наружного тубуса. Картонный наружный тубус, был обтянут в декоративных целях крашеной кожей ската, более известной под названием шагреневая кожа - очень популярного по тем временам отделочного материала для подобных предметов. В целом, такой микроскоп выглядел примерно так, как этот значительно более поздний микроскоп барабанного типа немецкого мастера из Штутгарта Йоганна Хайнриха Тидеманна ( Johann Heinrich Tiedemann) изготовленный на рубеже девятнадцатого века из чудесной коллекции супругов Голубов (Golubs) (№134 в коллекции).
Такая конструкция оказалась очень популярной ввиду оптимального соотношения цены, качества и легкости его промышленного изготовления , что в совокупности обеспечивало его массовость и широкую распространенность, даже когда его начали изготавливать из латуни и оснастили всеми примочками стремительно надвигающегося девятнадцатого века.Интересной особенностью было также то, что французы очень быстро присобачили к нему ахроматическую линзу, а вот микроскопы такого типа, произведенные в Великобритании, практически никогда ахроматическими линзами не оснащались
Справедливости ради замечу что существует также мнение, что Мартин не был единственным автором микроскопа барабанного типа, есть также упоминания о публикации в 1717 году некоего Джей Джи Доппельмейера (J.G Doppelmayr), давшего описание еще более раннего микроскопа изобретенного неким Николаем Бийоном (Nicolai Bion), но я ограничусь одним лишь упоминанием о нем, так как популярным он стал все таки благодаря стараниям именно Бенджамина Мартина.
Впоследствии, несмотря на широкую известность его творений в 1781 семидесятисемилетний Мартин обанкротился, несколькими годами ранее передав нескольким эффективным менеджерам свое дело и которые подтвердили полную свою несостоятельность в вопросах его ведения. Мартин предпринял попытку самоубийства, которое не убило его сразу, но причиненная этой попыткой рана была ужасна, так и не оправившись от нее, он умер в следующем году.
Если этот текст вам по какой-либо причине интересен, то здесь вы можете отыскать:
Часть шестую...
Часть пятую...
Часть четвертую ...
Часть третью...
Часть вторую...
Часть первую...