Современный мегаполис – место прагматичное и к романтике мало располагающее. Масса горожан рискует за всю жизнь так и не увидеть одно из самых грандиозных и волнующих зрелищ: звездное небо над головой.
Основных причин две: смог и засветка от городских огней (остеохондроз, не дающий запрокинуть голову, будем считать субъективным обстоятельством). К неосновным можно отнести особенности климата, «благодаря» которым жители, например, Скандинавии или Британии неделями не видят Солнце из-за плотной пелены облаков. А ведь любоваться звездной бездной полезно, хотя бы для того, чтобы, во-первых, предотвратить появление второго подбородка и, во-вторых, понимать простую вещь: кроме карьеры, политики и коммунальных платежей, есть еще и Бытие…
Но где же зреть звездные россыпи? В пустынных местностях, по возможности высокогорных и расположенных в котловинах, укрытых от сильных ветров: там воздух кристально чист, и в новолуние есть все шансы увидеть Млечный путь, зодиакальный свет, а если очень повезет – и противосияние (это редкое явление видел далеко не каждый профессиональный астроном). Однако любовь к звездному свету не настолько сильна, чтобы заставить среднего обывателя ехать за тридевять земель и надолго отрываться от благ цивилизации. Этот прискорбный факт был известен еще древнегреческим философам Анаксимандру и Эратосфену, которым приписывается изобретение звездного глобуса и армиллярной сферы (конструкции из нескольких колец, демонстрирующей основные линии небесной сферы). Но многие ли обладают развитым пространственным мышлением, чтобы «отразить» поверхность звездного глобуса на реальную небесную сферу? К тому же в этих выдающихся конструкциях присутствует элемент теософского цинизма: наблюдатель, аки бог, смотрит на небесную сферу снаружи!
Но мы-то ее видим изнутри! Не мудрствуя лукаво, в середине XVII века немецкий естествоиспытатель Адам Олеарий изготовил трехметровую сферу, внутри которой высокородные зрители могли наблюдать движение звезд и планет. Первым ее обладателем стал Петр I, охочий до всяких иноземных механических забав. Большой Готторпский глобус, первый планетарий так называемого птолемеевского типа, ныне находится в Кунсткамере Санкт-Петербурга.
А как сделать великолепное зрелище звездного неба доступным не для избранных персон, а для десятков и сотен человек? Такой вопрос задал себе Оскар фон Миллер, основатель и первый президент Немецкого музея в Мюнхене. Концепция музея, открытого в 1903 году, была уникальной: его экспонаты представляли собой не пыльные муляжи, а действующие модели реальных механизмов и экспериментальных установок! Планетарий в этом ряду был бы весьма органичен. Своей задумкой фон Миллер поделился с Максом Вольфом, директором астрономической обсерватории в Гейдельберге. Вольф горячо поддержал идею и посоветовал обратиться в знаменитую и по сию пору фирму Carl Zeiss, строившую лучшие в мире телескопы-рефракторы.
Франц А. Майер, один из старейших инженеров завода Цейсса, в «Журнале Союза немецких инженеров» за 1925 год пишет: «Когда в 1911–1912 гг. появилась идея открыть астрономическую выставку в Немецком музее с помощью усовершенствованных и крупногабаритных планетариев, в Германии не нашлось фирмы, пожелавшей принять заказ на их конструирование и постройку… Только осенью 1913 года фирма „Цейсс“ выказала готовность взяться за эту работу, после того как предварительные разработки и эскизы убедили в ее осуществимости. Запланировано было сделать два планетария: один должен был показывать звезды и планеты так, как они видны с Земли; второй, напротив, должен был стать моделью реальной картины, где Земля и другие планеты кружатся вокруг Солнца… Первый назвали Птолемеевским, а второй Коперниковским планетарием…»
Реализации задуманного помешала Мировая война, но руководство Немецкого музея возобновило заказ уже в начале 1919 года. Упорство, достойное восхищения: вокруг – разоренная униженная страна (читайте Ремарка), люди перебиваются с хлеба на воду, на улицах горлопанят и мутят воду политические авантюристы вроде деятелей Веймарской республики, а доктор фон Миллер строит планетарий!
Работа оказалась настолько сложной, что даже инженерам Carl Zeiss с их высочайшей квалификацией понадобилось целых пять лет. Первоначальный замысел модификации Готторпского глобуса из-за возникших принципиальных трудностей пришлось забыть. Решение нашел доктор Вальтер Бауэрсфельд, предложивший воспользоваться принципом кинопроекции. Идея была настолько плодотворной, насколько и революционной. В августе 1924 года первый в мире проекционный планетарий, названный Zeiss I, был установлен в специальном 16-метровом куполе над одним из заводских корпусов и принял первых посетителей. За полтора года испытаний и отладки, до передачи механизма в Немецкий музей, планетарий посетили более 80 тысяч человек. «Сердцем» его была мощная дуговая лампа накаливания, помещенная в центр полуметровой металлической сферы. На ее поверхности инженеры установили 31 линзовый проектор, «покрывавший» на куполе-экране определенный сектор. В фокусе каждого проектора находилась пластина с отверстиями, относительное положение и размер которых соответствовали положению и яркости звезд, видимых невооруженным глазом. Планетарий мог демонстрировать суточное движение, вращаясь вокруг полярной оси, и явление прецессии – смещение земной оси с периодом 26 тысяч лет.
Успех был ошеломляющим. Газетчики прозвали планетарий «чудом из Йены», а посетители со всего света стремились в Германию, чтобы увидеть своими глазами фантастические картины. На фирму Carl Zeiss обрушился водопад запросов и заказов. Но Zeiss I был выпущен всего в двух экземплярах. Аппарат был моноширотным, то есть жестко привязанным к широте Йены и Мюнхена (примерно 51 градус), а для мировых продаж требовалась универсальность. Именно ею обладал Zeiss II, гантелеобразная форма которого стала общим символом планетария (два шара с проекторами всех звезд северного и южного полушарий, соединенные двухсекционной фермой с проекторами Солнца, Луны и планет). Первый прибор нового типа, построенный в 1926 году, отправился в столичный Берлинский планетарий. Несмотря на дороговизну (более 100 тысяч долларов в ценах 1930 года, сейчас это больше миллиона), Zeiss II пошел в серийное производство. Кроме 12 аппаратов для крупных немецких городов, он поставлялся и за рубеж.
Вторая мировая война обошлась с компанией неласково. Для возобновления производства понадобилось почти 15 лет: выпуск малых планетариев (упрощенной версии Zeiss II) на народном предприятии «Карл Цейсс Йена» начался только в 60-х годах. К тому времени на мировом рынке уже заправляли другие – американская фирма Spitz и японские Goto и Minolta, представившие собственные версии проекционных аппаратов.
Арманд Спитц, руководитель филадельфийского планетария, в 1947 году предложил другую, простую и дешевую, конструкцию проекторной сферы. Теперь она превратилась в додекаэдр, собираемый из 12 плоских панелей с калиброванными отверстиями. Планетарий, проигрывая в функциональности цейссовскому прародителю, продавался по цене в 100 раз меньшей! С началом космической эры фирма Spitz стала лидером рынка, ежегодно наращивая продажи на десятки процентов, а планетарий Spitz A3P стал самым массовым в мире. Такому коммерческому успеху «спитцы» обязаны… патриотизму американцев, уязвленных советским прорывом в космос. Принятый в 1958 году «Акт о национальной защите образования» предусматривал щедрое федеральное финансирование образовательных программ естественнонаучного цикла, в том числе и планетариев, которых к началу реализации программы «Аполлон» в США и Канаде набралось более полутысячи.
В начале 80-х компьютеры уверенно освоили новое поле – появился Digistar, первый оптико-электронный планетарий без механических частей. Детище фирмы Evans & Sutherland работало под управлением компьютера VAX и с помощью специализированного графического процессора отображало почти 7 тысяч звезд. Цифровая обработка данных позволила не только «ускорять» движение астрономических объектов на небесной сфере, но и «удаляться» от Земли на расстояние до 600 световых лет. Первый серийный Digistar был установлен в Универсальном планетарии Ричмонда в 1983 году, а к исходу XX века модифицированные модели стали одними из самых популярных в США и Канаде.
Новые технологии не обошли и Carl Zeiss. Для удержания рынка немецким инженерам пришлось основательно потрудиться над решением многих задач, важнейшая из которых – недостаточная яркость и контрастность изображения на куполе. Оказывается, через звездные «маски» с отверстиями от 0,02 до 0,33 мм (в зависимости от яркости изображаемой звезды) на него попадает всего 1 % света, излучаемого внутренней проекционной лампой! Качественный скачок стал возможен благодаря световодам. С помощью линз свет лампы теперь заводится в пучок световодов, каждый из которых соответствует отверстию звездной маски. Такой «веник» довел эффективность светоотдачи до 90 %.
Компьютеры вторглись и в систему управления проекторами: если раньше механизм планетария можно было уподобить морскому хронометру, то теперь он стал кварцевым, обеспечивая более высокую точность. Управление проекторами перешло к прецизионным шаговым двигателям (по типу винчестерных), получающим сигналы от компьютера. Изменения столь сильно повлияли на конструкцию планетария, что последней «гантелей» от Carl Zeiss стал Skymaster, предназначенный для куполов радиусом не более 15 метров, а флагманские модели для больших и средних планетариев – Universarium и Starmaster – превратились в «звездные мячи» (starball), имеющие гораздо больше степеней свободы. Но время традиционных оптико-механических проекционных систем, какими бы совершенными они ни были, уже ушло…
Избалованному зрителю начала XXI века уже мало статичной картинки. Человека, который установил на своем ноутбуке компьютерный «планетарий» (например, превосходную бесплатную программу Stellarium), можно завлечь представлением, выстроенным по законам не только небесной механики, но и драматургии. Хотите увидеть, какие звезды висели над головами пассажиров «Титаника»? Легко! А за считанные секунды долететь до Проксимы Центавра? Нет ничего проще – все благодаря цифровым проекторам DLP (Digital Light Processing) типа fulldome (полнокупольным), обслуживаемым мощными компьютерами.
Классические проекционные планетарии проиграли соревнование подобно винилу, который быстро сдался цифровым носителям звука. В цифровом проекторе нет устройств капризной точной механики. Проблем синхронизации десятков проекторов не может быть в принципе – все решается на программном уровне. Более того: сегодня сам по себе планетарий, даже многофункциональный, обречен на прозябание. Будущее – за научно-развлекательными комплексами, в которых планетарий – только часть экспозиции.
Комплексный подход демонстрируют многие естественнонаучные учреждения – взять хотя бы Немецкий музей в Мюнхене. Нью-йоркский планетарий Хайдена, купол которого спрятан под огромным стеклянным кубом, после полной реконструкции в 2000 году стал самым посещаемым научно-развлекательным объектом в мире. Он оснащен одним из самых мощных частных суперкомпьютеров, используемым для моделирования и визуализации новейших научных данных (они поступают из NASA и Европейского космического агентства). В создании клипов для захватывающего космического шоу «Путешествие к Звездам» участвовали голливудские актеры Вупи Голдберг и Том Хэнкс. С планетарием сотрудничают эксперты NASA и более полусотни известных ученых со всего мира. Стеклянный куб часто используется как арт-объект для демонстрации светомузыкальных представлений.
Таким же путем движется Пекинский планетарий, реконструированный (а точнее – построенный заново) в 2008 году. В нем работает проекционная система самой высокой четкости – 8К х 8К (это мировой рекорд!).
У наших ближайших соседей, в пригороде Хельсинки Вантаа, построен интерактивный музей «Эврика» – настоящая территория поиска и открытий, на которой стремление залезть, покрутить и разобраться всячески поощряется, вплоть до участия в научных исследованиях. Парк оснащен цифровым купольным театром Verne, соединившим планетарий и сферический кинотеатр на 135 мест.
В России, стране с богатейшей научной историей, планетарии, разумеется, тоже есть, но большинство из них, мягко говоря, «застряло» в прошлом веке. Санкт-Петербургский располагает безнадежно устаревшей цейссовской «гантелью» и зрелищ, подобных зарубежным, предложить зрителю не может. Его московский «коллега» в конце нулевых едва не стал жертвой рейдерского захвата. К счастью, громкая история закончилась благополучно, и сейчас планетарий, в реконструкцию которого вложено более 10 млн евро (часть из них пошла на современный аппарат типа starball Carl Zeiss Universaruim M9), живет сравнительно насыщенной жизнью, принимая до 500 тысяч человек в год.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.