какие угломерные инструменты используются в астрономии

1.4. Угломерные инструменты.

Но астрономический посох и трикветр не могли обеспечить высокую точность измерений, поэтому эти измерения начали делать с помощью квадрантов – угломерных инструментов, которые достигли большой точности до конца средневековья. В простейшем варианте квадрант представляет собой плоскую доску в форме четверти градуированного круга. Вокруг центра этого круга оборачивается подвижная линейка с двумя диоптрами (иногда вместо линейки пользовались трубками). Если плоскость квадранта вертикальная, то за положением линейки, которая направлена на светило, легко измерять высоту светила над горизонтом.

Для точного измерения времени древние астрономы пользовались солнечными горизонтальными и экваториальными часами. Простейшие солнечные часы – экваториальные. Они состоят из стержня и циферблата, который направляется на полярную звезду за счет поднимания его на определенный угол. В горизонтальных часах роль стержня играет треугольная пластина, верхняя сторона которой направлена на полярную звезду. Эти часы отличаются еще тем, что секторы часов не равны между собой. Самые большие солнечные часы было построено в XVIII в. н.э. в Дели. Тень от треугольной 18 метровой стены, падает на оцифрованные мраморные дуги, диаметр которых достигает 6 м. Эти часы исправно работают и по сей день и показывает время с точностью до 1 минуты. Солнечные часы имеют большой недостаток – они показывают время только во время солнечной погоды, а ночью они вообще не работают. Поэтому для измерения времени древние астрономы применяли еще песчаные часы, а также клепсидры (жидкостные часы).

Источник

Угломерные астрономические инструменты

Полезное

Смотреть что такое «Угломерные астрономические инструменты» в других словарях:

МОРЕХОДНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ — инструменты, употребляемые в морском деле в целях обеспечения кораблевождения. К мореходным инструментам относятся: навигационные инструменты (см.) и астрономические инструменты (морские угломерные инструменты, хронометры и часы, вспомогательные… … Морской словарь

Переносные инструменты — (астр.) так называются малые пассажные инструменты и вертикальные круги, универсальные инструменты, теодолиты и прочие астрономические инструменты, употребляемые при определении географического положения мест, при триангуляциях, точных съемках и… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Визарная ось зрительной трубы — в астрономических, геодезических и физических угломерных снарядах линия, проходящая через оптический центр объектива и через точку пересечения нитей (паутиновых), помещенных внутри трубы вблизи окуляра; эта ось совпадает с лучом зрения, идущим от … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Практическая астрономия — учит наиболее целесообразно располагать, производить и обрабатывать наблюдения астрономическими инструментами, необходимые для решения той или другой задачи астрономии. Существенную часть ее составляет теория инструментов (об этом см.… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Астрономия Древней Греции — Астрономия Древней Греции астрономические познания и взгляды тех людей, которые писали на древнегреческом языке, независимо от географического региона: сама Эллада, эллинизированные монархии Востока, Рим или ранняя Византия. Охватывает… … Википедия

История астрономии — История науки … Википедия

Угломер — (синонимы уклономер, угломерка, угломера, углометр) угломерный прибор (инструмент, снаряд), предназначенный для измерения геометрических углов в различных конструкциях, в деталях и между поверхностями (в основном контактным методом) и … Википедия

Институт астрофизики Академии наук Республики Таджикистан — Тип астрономическая обсерватория Код 191 (наблюдения) Расположение Душанбе, Таджикистан Координаты … Википедия

Испытатель уровней — экзаменатор уровней, прибор для исследования уровней (См. Уровень) высокой чувствительности, которыми снабжаются астрономические, геодезические и др. угломерные инструменты. И. у. определяют цену деления уровня (т. е. угол, на который… … Большая советская энциклопедия

Экзаменатор уровней — прибор для исследования уровней (См. Уровень) высокой чувствительности, которыми снабжаются астрономические, геодезические и другие угломерные инструменты. См. Испытатель уровней … Большая советская энциклопедия

Источник

ЭСБЕ/Угломерные астрономические инструменты

Словник: Углерод — Усилие. Источник: т. XXXIVa (1902): Углерод — Усилие, с. 494—497 ( скан ) • Даты российских событий указаны по юлианскому календарю.

Угломерные астрономические инструменты. — Большинство задач практич. астрономии сводится к измерению видимых угловых расстояний между светилами на небесной сфере, или к определению тех углов, которые составляет луч зрения, проведенный к светилу с основными выбранными плоскостями и линиями. Для измерения малых угловых расстояний, когда обе звезды умещаются зараз в поле зрения оптического инструмента, употребляются так наз. микрометры (см.), т. е. измерение угла сводится к измерению линейного расстояния между изображениями звезд, полученными в фокальной плоскости объектива зрительной трубы. К особому классу микрометров, дающих двойное изображение каждого объекта, относится гелиометр (см.) — инструмент, объектив которого разрезан пополам. Каждая половина дает в фокальной плоскости отдельное изображение звезды, и измерение углового расстояния между двумя близкими звездами сводится к определению того, насколько надо раздвинуть половинки объектива, чтобы одно из изображений первой звезды слилось с одним из изображений второй звезды, т. е. сводится к оценке некоторой длины. — Для измерения больших углов употребляются почти исключительно круги, на которых нанесены деления. Впрочем, углы в плоскостях, параллельных небесному экватору, можно измерять промежутками времени, пользуясь точной равномерностью вращения земли вокруг ее оси: нужно замечать последовательно моменты прохождений (см.) звезд через меридиональную плоскость и затем превратить промежуток времени в градусы (в угловую меру), исходя из того, что 360°, или полный оборот, соответствует 24 звездным часам. Чаще всего производится измерение координат светил относительно плоскости горизонта, т. е. их высот и азимутов. В противоположность древним астрономам теперь никогда не измеряют непосредственно эклиптикальные координаты — долготу и широту, и только в исключительных случаях определяют экваториалами (см.) непосредственно прямое восхождение и склонение светил вне меридиана. Устройство всех У. инструментов сводится к следующему: неподвижно установленный, деленный на градусы и минуты круг называется лимбом; зрительная труба насаживается на могущую вращаться ось, расположенную в центре лимба перпендикулярно к его плоскости; с трубой неизменно связан другой круг (концентрический первому) «алидадный», несущий индекс или штрих, служащий для отсчета деленного круга. Для точнейшей оценки положения индекса относительно делений лимба, т. е. положения зрительной трубы, служили прежде так наз. верньеры (см.), а теперь обыкновенно приделываются к алидадному кругу микроскопы. Тогда индексом служит нить, натянутая в фокальной плоскости микроскопа. Можно, наоборот, как это делается в современных меридианных кругах и других больших У. инструментах обсерваторий, деленный круг наглухо приделать к могущей вращаться на оси трубе, а неподвижно укрепить «алидадную» раму, несущую микроскопы. Если лимб уклоняется от своего нормального положения, его по возможности исправляют так наз. поправочными винтами, а остающиеся небольшие инструментальные ошибки определяют из специальных изысканий, и за них исправляют результаты наблюдений; так, при помощи уровня (см.) находят уклон оси вращения меридианного круга от горизонтального положения; из наблюдений полярной звезды определяют отклонение плоскости круга от меридиана; особенными приборами или же подобными же наблюдениями полярных звезд определяют так наз. коллимационную ошибку, т. е. несовпадение оптической оси трубы с линией перпендикулярной той оси, на которой вращается круг. Эта ось вращения может не проходить точно через центр деленного круга, получится так назыв. эксцентриситет круга. Для избежания влияния этой ошибки отсчитывают не один, но два микроскопа, насаженные на противоположных концах одного и того же диаметра. Отсчитывание нескольких микроскопов, кроме того, ведет к уменьшению случайной ошибки отсчета, а также и к исключению так наз. ошибок делений круга. Нет средств абсолютно точно разделить круг. Каждый штрих на нем имеет некоторую ошибку. Исследование ошибок делений составляет одну из главнейших и в то же время утомительнейших задач при изучении У. инструментов. На больших меридианных кругах расстояние между соседними штрихами соответствует 2′, исследование индивидуальных ошибок всех 10800 штрихов почти неисполнимо. Лучшим мастерам удается, однако, сглаживать индивидуальные ошибки, и можно принимать, что штрихи целыми группами — в иных частях круга чуть-чуть расставлены шире чем через 2′, в других частях круга — теснее, что позволяет ограничиться исследованием ошибок сравнительно небольшого числа штрихов, напр., через каждый градус. От собственной тяжести большие трубы прогибаются, необходимо вводить в наблюдения поправки на изгиб; также может деформироваться от тяжести и сам деленный круг. Ввиду точности, требуемой от современных наблюдений, необходимо принимать во внимание самые, на первый взгляд, пустые влияния; напр.: если только поднести руку к концу горизонтально поставленной трубы меридианного круга, она, неправильно расширяясь от теплоты руки, ничтожно согнется, а выпрямляется только очень медленно, и это уже может сказаться на наблюдениях; микроскопы у меридианных кругов делают очень длинными, чтобы теплота тела наблюдателя не искажала отсчетов; ни под каким видом не следует прикасаться к каменным устоям, на которых обыкновенно расположены меридианные круги, и т. д. Гораздо меньших забот требуют, но и гораздо менее точные результаты дают переносные У. инструменты, употребляемые для геодезических и астрономич. работ вне обсерваторий (теодолиты, малые вертикальные круги, универсальные инструменты и проч.). Основная идея их устройства та же, что и для больших «постоянных» У. инструментов обсерваторий; устанавливаются они, однако, на сравнительно непрочных столбах или даже на треногах; деления круга почти не исследуются, а для исключения их ошибок употребляется так назыв. повторительный метод (см.), т. е. угол (напр., между земными предметами при триангуляциях) измеряют последовательно различными частями лимба; для исследования устойчивости переносного инструмента к нему приделывается поверительная труба (см.); инструментальные ошибки не определяются особо, а исключаются целесообразным распределением наблюдений, напр., произведя наблюдение в одном положении инструмента, приводят его в другое положение, где данная ошибка имела бы обратное прежнему влияние, и принимают затем, что средняя величина двух результатов свободна от влияния этой ошибки. Краткое описание этих инструментов см. Универсальный инструмент. В путешествиях, а в особенности при наблюдениях на кораблях, употребляют такие У. инструменты, которые при измерениях можно держать в руках. Сюда относятся отражательные инструменты: секстанты и призмозеркальные круги. В поле зрения трубы такого инструмента видны сразу оба предмета, угловое расстояние между которыми измеряется; один предмет виден непосредственно, а другой путем отражения луча зрения от двух зеркал (или от зеркала и внутри призмы). Одно зеркало неподвижно, другое вращается вместе с трубой и алидадой. Секстант получил свое название от того, что снабжен не полным кругом, а только одной шестой его частью. Эти инструменты дают точность вполне удовлетворительную для целей мореходной астрономии. Они имеют то преимущество, что посредством них можно измерять углы, в какой угодно плоскости, между какими угодно двумя звездами, между звездой (или планетой) и Луной (так наз. лунные расстояния) и т. д. Для определения высоты Солнца или иного светила над горизонтом, вместо того чтобы «совмещать» изображение Солнца в поле зрения трубы с изображением линии горизонта — можно совмещать Солнце с отражением его от горизонтальной поверхности жидкости, напр. от налитой в чашку ртути (так наз. искусственный горизонт), и таким образом определять двойную высоту Солнца над горизонтом.

Древнейшим У. инструментом служил гномон. Из сравнения длины тени с высотой гномона выводили угловую высоту Солнца над горизонтом. Для наблюдения других светил (не отбрасывающих тени) еще в древности были придуманы так наз. параллактические линейки (triquetrum): один стержень ставили вертикально, другой горизонтально, по ним могла скользить третья линейка, постоянной длины, ее направление совмещали с лучом зрения к светилу и отсчитывали деления, нанесенные на обоих основных стержнях. Для определения диаметров Солнца и Луны Гиппарх пользовался стержнем, который нужно было держать в руке, по нему скользил небольшой диск. Этот же астроном ввел впервые во всеобщее употребление деление кругов на 360 градусов, раньше было в ходу деление окружности на 10, 20 или 50 равных частей. Гномон и линейки определяли только высоту светила, понадобились средства для определения других углов на небесной сфере. Всякие У. инструменты получили громадное значение, как только развилась тригонометрия, т. е. найдена возможность «решать» треугольники. Основным инструментом греческих астрономов были армиллы (см.) — концентрические, вставленные одно в другое под различными углами кольца или круги с делениями на градусы, и с визирами, или диоптрами, которые можно было передвигать по кругам, и при помощи которых брались направления на светило. Простейшие армиллы (экваториальные) состояли из двух кругов, одного параллельно плоскости экватора, другого к нему перпендикулярного. Эклиптикальные армиллы, или астролябии, состояли из четырех кругов, именно, добавляли круг, изображавший эклиптику, и круг колюра солнцестояний. При помощи армилл отсчитывались непосредственно прямое восхождение и склонение или долгота и широта светил. Так, сохранилось определение еще Тимохарисом разностей долгот Луны и звезды α Virginis. Диоптры помещались иногда не на самом круге, а на концах линейки, которая могла вращаться вокруг центра круга (алидада). Экваториальные армиллы и астролябия были в большом ходу у арабов; экземпляр XIII в. с куфическими письменами хранится в Нюрнбергском музее. Армиллами пользовались европейские астрономы до Тихо Браге. Особый тип инструмента, изобретенный Региомонтаном и прозванный torquetum, состоял из трех систем кругов, отнесенных к плоскостям экватора, эклиптики и горизонта. Астролябия, употреблявшаяся Коперником, давала точность до 10 минут. В Китае вместо армиллярных кругов употреблялись полные сферы. Там узаконена была высота гномона в 8 фт., и Ко-чу-кинг первый в XIII в. решился удлинить гномон, с целью увеличения точности наблюдений. Для определения высот светила кроме линеек служили так наз. стенные круги и квадранты. В обсерватории Птолемея был водружен вертикально в меридиане плоский камень (plinthis), с боковой стороны его была вырезана дуга четверти круга, деленная на градусы; наблюдалось, на какое деление упадет тень от мушки, помещенной в центре этой круговой дуги. В знаменитом стенном квадранте Тихо Браге стена была вырезана по дуге круга, на ребре нанесены деления, по ним перемещалась диоптра, а другая диоптра приходилась в центре круговой дуги. Кроме стенных строились и «переносные» квадранты, секстанты и пр. из металла. Не умея делить точно на градусы и минуты полный круг, ограничивались, как показывают сами названия инструментов, четвертой, шестой, восьмой частью круга. С целью увеличить точность отсчета, увеличивали радиус деленной дуги; так, в Багдадской обсерватории был сектор радиусом в 17 м; в XVII стол. Гук построил сектор в 11 метров. Были изобретены различные приемы для возможно точного отсчитывания деленных дуг (об этом см. Нониус, Верньер); Траутон предложил (в начале XIX столет.) для этой цели микроскопы. После изобретения зрительных труб они заменили древние визиры и диоптры. Впервые применили оптические трубы к У. инструментами Дженерини и Морен около 1630 г. Тогда же придумали для визирования натягивать в фокальной плоскости трубы волосы, шелковые нитки; в 1775 г. Фонтана предложил употреблять для этой цели паутинки. При ночных наблюдениях явилась необходимость освещать поле зрения или самые нити. Инициатором здесь был Гасконь. В XVIII в. изобретено было кольцо, надевавшееся на объектив трубы и бросавшее рассеянный свет в трубу. Маскелин (1772) предложил помещать зеркальце перед объективом, теперь такое зеркальце прилепляется с внутренней поверхности объектива для отражения лучей света, введенных от боковой лампы через ось вращения трубы в ее полость (этот прием употребил впервые Рамсден в 1790 г.). Рёмер указал преимущества полного круга перед квадрантом, секстантом и т. д., но привилась эта идея окончательно лишь после того, как Рамсден сконструировал удовлетворительные «вертикальные круги» (1785). Увеличившаяся точность наведения потребовала точности нанесения штрихов на деленных дугах. Гук (1664) приложил принцип микрометрического винта для деления кругов и построил первую машину для этой цели. Улучшили ее Рамсден и Рейхенбах. Последний предложил вместо алидад помещать полный алидадный круг. Он же придал меридианному кругу современный тип. Эртель и Репсольд изменили вид этого основного астрономического инструмента сравнительно несущественно. Об уровне — см. это сл. Для наблюдений на море Раймонд Люлль изобрел (1295) морскую астролябию: металлический круг подвешивали за ушко на веревку; линейка, укрепленная в центре круга (иногда составная из двух), скользила по кругу и служила для визирования светила. В большом ходу у моряков вплоть до конца XVIII столетия был так называемый крест палок (baculus Jacob). Более длинная палка поддерживалась рукою, на этой палке скользила другая, к той перпендикулярная; наблюдатель искал такое положение этой палки, чтобы концы ее приходились для глаза против предметов, угловое расстояние которых желали определить. Известный мореплаватель Дэвис изобрел (конец XVI столетия) названный по его имени квадрант. Этот инструмент состоял из двух секторов с двумя диоптрами; наблюдатель становился спиной к Солнцу и искал положение инструмента, при котором мушка в центре квадранта освещалась Солнцем сквозь одну диоптру, тогда сквозь другую диоптру наблюдатель визировал линию горизонта. Все эти грубые приемы были вытеснены после изобретения отражательного секстанта. В бумагах Ньютона найдено было описание очень близкого к морскому секстанту отражательного инструмента. Совершенно, впрочем, независимо от Ньютона секстант был изобретен и построен в 1731 г. капитаном Гадлеем. — В следующем сопоставлении видно постепенное увеличение точности измерений У. Гиппарх с помощью своих армилл мог измерять долготы лишь до 1°. Арабские астрономы довели точность до 7—10′. Примерно той же точностью обладали наблюдения средневековых европейских астрономов. Большой стенной квадрант Тихо Браге давал углы до 1′. Гевелий при помощи диоптр и деленных кругов измерял уже до ½—⅓ минуты. Точность сразу повысилась с введением оптических труб. Знаменитые наблюдения Брадлея ошибочны только до 2—3 угловых секунд. В начале XIX столетия наблюдения в больших обсерваториях (Гринвичской, Парижской) ошибочны менее 1″. Вероятная ошибка одного определения склонения звезды пулковским большим вертикальным кругом равна 0.″2.

Источник

Угломерные инструменты

«Необходимость вычислять периоды разлития Нила создала египетскую астрономию, а вместе с тем господство касты жрецов как руководителей земледелия».

Попробуйте представить себя в роли древнего наблюдателя Вселенной, полностью лишенного каких-либо инструментов. Много ли в таком случае можно увидеть на небе?

Днем обратит на себя внимание движение Солнца, его восход, подъем до максимальной высоты и медленное нисхождение к горизонту. Если такие наблюдения повторять ото дня ко дню, можно легко заметить, что точки восхода и захода, а также наибольшая угловая высота Солнца над горизонтом непрерывно меняются. При длительных наблюдениях во всех этих переменах можно подметить годовой цикл — основу календарного летосчисления.

Ночью небо гораздо богаче и объектами и событиями. Глаз легко различит узоры созвездий, неодинаковые яркость и окраску звезд, постепенное в течение года изменение вида звездного неба. Особое внимание привлечет Луна с ее изменчивостью внешней формы, сероватыми постоянными пятнами на поверхности и очень сложным движением на фоне звезд. Менее заметны, но, несомненно, привлекательны планеты — эти блуждающие немерцающие яркие «звезды», порой описывающие на фоне звезд загадочные петли.

Спокойная, привычная картина ночного неба может быть нарушена вспышкой «новой» яркой незнакомой звезды, появлением хвостатой кометы или яркого болида, или, наконец, «падением звезд». Все эти события, несомненно, возбуждали интерес древних наблюдателей, но о действительных их причинах они не имели ни малейшего представления. На первых порах предстояло решить более простую задачу — подметить цикличность в небесных явлениях и по этим небесным циклам создать первые календари.

По-видимому, первыми это сделали египетские жрецы, когда примерно за 6000 лет до наших дней они подметили, что предутреннее появление Сириуса в лучах зари совпадает с разливом Нила. Для этого не нужны были какие-либо астрономические инструменты— требовалась лишь большая наблюдательность. Зато и ошибка в оценке продолжительности года была велика — первый египетский солнечный календарь содержал в году 360 суток.

Рис. 1. Простейший гномон.

Нужды практики заставляли древних астрономов совершенствовать календарь, уточнять продолжительность года. Предстояло разобраться и в сложном движении Луны — без этого счет времени по Луне был бы невозможен. Надо было уточнить особенности движения планет и составить первые звездные каталоги. Все перечисленные задачи предполагают угловые измерения на небе, числовые характеристики того, что до сих пор описывалось лишь словами. Так возникла нужда в угломерных астрономических инструментах.

Самый древний из них гномон (рис. 1). В простейшем варианте он представляет собой вертикальный стержень, отбрасывающий тень на горизонтальную плоскость. Зная длину гномона L и измерив длину I отбрасываемой им тени, можно найти угловую высоту h Солнца над горизонтом по современной формуле: tg h = L/l.

Таким образом, несмотря на простоту, гномон позволяет измерять очень важные в астрономии величины. Эти измерения будут тем точнее, чем крупнее гномон и чем, следовательно, длиннее (при прочих равных условиях) отбрасываемая им тень. Так как конец тени, отбрасываемой гномоном, не бывает резко очерчен (из-за полутени), то на некоторых древних гномонах сверху укрепляли вертикальную пластинку с маленьким круглым отверстием. Солнечные лучи, пройдя сквозь это отверстие, создавали четкий солнечный блик на горизонтальной плоскости, от которого измеряли расстояние до основания гномона.

Еще за тысячу лет до нашей эры в Египте был построен гномон в виде обелиска высотой в 117 римских футов. В царствование императора Августа гномон перевезли в Рим, установили на Марсовом поле и определяли с его помощью момент полдня. На Пекинской обсерватории в XIII веке н. э. был установлен гномон высотой 13 м, а знаменитый узбекский астроном Улугбек (XV век) пользовался гномоном, по некоторым сведениям, высотой 55 м. Самый же высокий гномон работал в XV веке на куполе Флорентийского собора. Вместе со зданием собора его высота достигала 90 м!

К числу древнейших угломерных инструментов принадлежит также астрономический посох (рис. 2). Вдоль градуированной линейки AB перемещалась подвижная рейка CD, на концах которой иногда укрепляли небольшие стержни — визиры. В некоторых случаях визир с отверстием был и на том конце линейки AB, к которому наблюдатель прикладывал свой глаз (точка А). По положению подвижной рейки относительно глаза наблюдателя можно было судить о высоте светила над горизонтом, или об угле между направлениями на две звезды.

Рис.2. Астрономический посох (слева вверху) и трикветр (справа). Слева внизу чертеж, поясняющий принцип действия астрономического посоха.

Древние греческие астрономы пользовались так называемым трикветром, состоящим из трех соединенных вместе линеек (рис. 2). К вертикальной неподвижной линейке AB на шарнирах прикреплены линейки ВС и АС. На первой из них укреплены два визира или диоптра m и n. Наблюдатель направляет линейку ВС на звезду так, чтобы звезда одновременно была видна сквозь оба диоптра. Затем, удерживая линейку ВС в этом положении, к ней прикладывают линейку АС таким образом, чтобы расстояния ВА и ВС были равны между собой. Это было легко сделать, так как на всех трех линейках, составляющий трикветр, имелись деления одинаковой шкалы. Измерив по этой шкале длину хорды АС, наблюдатель затем по специальным таблицам находил угол ABC, то есть зенитное расстояние звезды.

Рис. 3. Древний квадрант.

И астрономический посох и трикветр не могли обеспечить высокую точность измерений, и потому им нередко предпочитали квадранты — угломерные инструменты, достигшие к концу средневековья высокой степени совершенства. В простейшем варианте (рис. 3) квадрант представляет собой плоскую доску в форме четверти градуированного круга. Около центра с этого круга вращается подвижная линейка с двумя диоптрами (иногда линейку заменяли трубкой). Если плоскость квадранта вертикальна, то по положению трубы или визирной линейки, направленных на светило, легко измерить высоту светила над горизонтом. В тех случаях, когда вместо четверти круга использовали его шестую часть, инструмент назывался секстантом, а если восьмую часть — октантом. Как и в других случаях, чем крупнее был квад-рант или секстант, чем точнее была его градуировка и установка в вертикальной плоскости, тем более точные измерения с ним можно было выполнять. Для обеспечения устойчивости и прочности крупные квадранты укрепляли на вертикальных стенах. Такие стенные квадранты еще в XVIII веке считались лучшими угломерными инструментами.

К тому же типу инструментов, что и квадрант, относится астролябия или астрономическое кольцо (рис. 4). Разделенный на градусы металлический круг подвешивается к какой-нибудь опоре за кольцо А. В центре астролябии укреплена алидада — вращающаяся линейка с двумя диоптрами. По положению алидады, направленной на светило, легко отсчитывается его угловая высота.

Рис. 4. Древняя (справа) и самодельная астролябия.

Часто древним астрономам приходилось измерять не высоты светил, а углы между направлениями на два светила (например, на планету и какую-нибудь из звезд). Для этой цели весьма удобен был универсальный квадрант (рис. 5а). Этот инструмент был снабжен двумя трубками — диоптрами, из которых одна (AC) неподвижно скреплялась с дугой квадранта, а вторая (ВС) вращалась вокруг его центра. Главная же особенность универсального квадранта — его штатив, с помощью которого квадрант можно было фиксировать в любом положении. При измерениях углового расстояния от звезды до планеты неподвижный диоптр направлялся на звезду, а подвижный — на планету. Отсчет по шкале квадранта давал искомый угол.

Широкое распространение в древней астрономии получили армиллярные сферы, или армиллы (рис. 5б). По существу, это были модели небесной сферы с ее важнейшими точками и кругами — полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом, небесным экватором и эклиптикой. Нередко армиллы дополнялись малыми кругами — небесными параллелями и другими деталями. Почти все круги были градуированы и сама сфера могла вращаться вокруг оси мира. В ряде случаев делался подвижным и меридиан — наклон оси мира можно было менять в соответствии с географической широтой места.

Рис. 5а. Универсальный квадрант.

Из всех древних астрономических инструментов армиллы оказались самыми живучими. Эти модели небесной сферы и сейчас можно купить в магазинах наглядных пособий, и они используются на учебных занятиях по астрономии для решения различных задач. Так же применяли небольшие армиллы и древние астрономы. Что же касается крупных армилл, то они были приспособлены для угловых измерений на небе.

Армилла прежде всего жестко ориентировалась так, чтобы ее горизонт лежал в горизонтальной плоскости, а меридиан — в плоскости небесного меридиана. При наблюдениях с армиллярной сферой глаз наблюдателя совмещали с ее центром. На оси мира укрепляли подвижной круг склонения с диоптрами и в те моменты, когда сквозь эти диоптры была видна звезда, отсчитывали по делениям кругов армиллы координаты звезды — ее часовой угол и склонение. При некоторых дополнительных устройствах с помощью армилл удавалось измерять непосредственно и прямые восхождения звезд.

Рис. 56. Армиллярная сфера.

На любой современной обсерватории есть точные часы. Были часы и на древних обсерваториях, но они и по принципу действия и по точности сильно отличались от современных. Самые древние из часов — солнечные. Их употребляли еще за много веков до нашей эры.

Простейшие из солнечных часов — экваториальные (рис. 6, а). Они состоят из стержня, направленного к Полярной звезде (точнее, к северному полюсу мира), и перпендикулярного к нему циферблата, разделенного на часы и минуты. Тень от стержня выполняет роль стрелки, причем шкала на циферблате равномерная, то есть все часовые (и, конечно, минутные) деления равны между собой. У экваториальных солнечных часов есть существенный недостаток — они показывают время лишь в период с 21 марта до 23 сентября, то есть когда Солнце находится над небесным экватором. Можно, конечно, сделать двусторонний циферблат и укрепить еще один нижний стержень, но от этого экваториальные часы вряд ли станут более удобными.

Рис. 6. Экваториальные (слева) и горизонтальные солнечные часы.

Более употребительны горизонтальные солнечные часы (рис. 6, б). Роль стержня в них обычно выполняет треугольная пластинка, верхняя сторона которой направлена на северный полюс мира. Тень от этой пластинки падает на горизонтальный циферблат, часовые деления которого на этот раз не равны между собою (равны лишь попарно часовые деления, симметричные относительно полуденной линии). Для каждой широты оцифровка циферблата таких часов различна. Иногда вместо горизонтального употребляли вертикальный циферблат (настенные солнечные часы) или циферблаты особой сложной формы.

Самые крупные солнечные часы были построены в начале XVIII века в Дели. Тень от треугольной стены, вершина которой имеет высоту 18 м, падает на оцифрованные мраморные дуги с радиусом около 6 м. Эти часы исправно действуют до сих пор и показывают время с точностью до одной минуты.

Все солнечные часы обладают очень большим недостатком — в пасмурную погоду и по ночам они не работают. Поэтому наряду с солнечными часами древние астрономы употребляли также песочные часы и водяные часы, или клепсидры. И в тех и в других время, по существу, измеряется равномерным движением песка или воды. Небольшие песочные часы встречаются до сих пор, клепсидры же постепенно вышли из употребления еще в XVII веке после того как были изобретены высокоточные механические маятниковые часы.

Как же внешне выглядели древние обсерватории?

Источник