Астрономічні прилади та спостереження з ними

Найпростіші астрономічні інструменти

Астрономічні інструменти. Будуємо кутомірні інструменти

Цікаво, що у майже всіх початківців любителів астрономії несвідомо склалася думка, що перший прилад з астрономії, який вони повинні мати - це хоча б невеликий телескоп, або щось подібне, бінокль або монокуляр. Але астрономи знали і менш "примітивних" помічників у своїй праці, ніж біноклі та телескопи, і ці помічники й нині можуть зіграти свою корисну роль при аматорських спостереженнях, нехай і своєрідну та невелику (та й зараз професіонали-астрономи все ще користуються механізмами цих приладів). , Оснащують ними телескопи для точності, і використовують все для того ж – визначення кутів на небесній сфері). До 1611 року, до знаменного року винаходу телескопа всім достославним Галілео Галілеєм (або кимось ще раніше, але все одно він був першим, який використовував телескоп для серйозних астрономічних спостережень), астрономи користувалися всякими розкресленими на градуси в прямому значенні дерев'яними паличками квадратиками та кружальцями великих та малих розмірів. Це були всякі там астрономічні палиці, висотоміри, секстанти, квадранти та триквіти. Ними користувалися давньогрецькі астрономи (а вони майже всі ці інструменти вперше і створили), і Аристарх, і Гіппарх, і Птолемей, і в середні віки арабські астрономи довели їх до досконалості. Використовувалися ці прилади для вирішення завдань раннього зародилася розділу астрономії - астрометрії, що займається питаннями над небесними світилами "Де, коли, і що" - для розрахунку положень світил на небесній сфері, відстаней між зірками, визначенню по небу часу, і тому вони і називаються кутомірними інструментами. Як івсі прилади вони вимагали більшої точності, і їх і робили для цього якомога більшими, а в арабських астрономів вони стали справжніми громадинами, так квадранти досягали радіусу 60 м, а Микола Коперник за допомогою таких приладів визначає координати планет і розраховує по них уже свою геліоцентричну систему, що користувався приладами, що набагато перевищують його зростання. Але не обов'язково було завжди робити такі гіганти, для багатьох завдань підходили і маленькі прилади. І звичайно ж, такі прилади (нехай і стануть вони у вас найпершими – чи новими помічниками, якщо вже у вас є бінокль чи телескоп, робити їх набагато простіше простого телескопа), по силі зробити їх будь-якому любителю астрономії, людині. Основні матеріали для цього знайдуться у всіх: дерево, пила, і транспортир... І благо, з ними можна і робити багато корисного, вони хороші помічники в тих же візуальних спостереженнях метеорів, вони допомагають точніше, краще та зручніше визначити координати метеора, положення сріблястих хмар (які також спостерігаються переважно візуально), зовсім новачкам у спостереженнях зоряного неба допоможуть легше зрозуміти сенс ефемерид і знайти самим на небі планети, зрозуміти структуру та визначення початкових теорій небесної сфери. До того ж і просто приємно виявити себе в душі якимсь древнім астрономом, відчути на собі луну далекого минулого, подивитися на небо очима древнього грека, араба з спекотних пустель, Улугбека, Коперника чи Тихо Бразі! А нижче – хай і деякі кутомірні інструменти, і як їх робити, що я назбирав із усякої астролітератури, якої вже й не пам'ятаю. Багато чого спорудив сам, бачачи лише десь картинку якогось історичного кутомірного інструменту.

Природно ж спрощеніша, ніж древній предок, вирішує набагато менше завдань. Так, у трактаті арабськоїастронома Х ст. ас-Суфі перераховувалося 1000 способів використання астролябії! Ця астролябія допоможе вимірювати горизонтальні кути азимутів світил. Для її виготовлення необхідно мати:

Диск із багатошарової фанери, текстоліту або оргскла. Діаметр диска такий, щоб у ньому розмістилася кругова шкала (лімб) з транспортира і її залишалося б вільне полі 2-3 див.
Транспортир, найкраще з тих, що є, побільше.
Візирна планка. Виготовляється з площини латуні або дюралюмінію шириною 2-3 см, і довжиною, що перевищує діаметр диска на 5-6 см. кінці смужки, що виступають за край диска, вигніть під прямим кутом вгору і пропиляйте в них довгасті або кругові отвори. На горизонтальній планці симетрично центру проробіть дві великі широкі прорізи, щоб через них було видно лімб транспорту, що градується. Середину візирної планки прикріпіть до центру диска за допомогою болта, шайб і гайок, щоб вона оберталася в горизонтальній площині. На візирну планку до центру прикріпіть компас.

При спостереженнях спрямовуйте візирну планку на світло так, щоб воно було видно крізь бічні прорізи планки. Відношення градусної міри транспортира до планки (видну через поперечний проріз планки, через ту, що "ближче" до світила) до стрілки півночі компаса і буде азимутом світила.

Як знайти самому азимут, висоту та зенітну відстань

Та взагалі, не важко здогадатися, що виміряти самому висоту і азимут світила можна і за допомогою транспортира. Але як його покласти, щоб він бачив кола небесної сфери? Один із найпростіших інструментів для цього – висотомір, з яким ми й познайомимося зараз. Висотомір складається з якнайбільшого (ну, і не метрового звичайно – важко буде робити!) транспортира, що містить 1800. Зцентру кола А транспортира і перпендикулярно до його радіусу (що розділяє наш транспортир на дві рівні частини) встановлюється лінійка (або рейка) такої довжини, щоб вона в 3-4 рази перевищувала радіус транспортира. А в центр транспортира пригвинчують шарнір, а до нього мотузок із вантажем, так, щоб мотузок був тонкий, а вантаж його не порвав. Якщо мотузка в точці скріплення проходить вздовж лінійки, то вона прикріплена правильно. До транспортира, вище лінії 0-180 0 його шкали і паралельно їй встановлюють ще візири, з тривигнутої (як у астролябії) планки, середня сторона якої дорівнює діаметру транспортира, інші (бічні) рівні один одному, і в точці перетину діагоналей цих квадратів або прямокутників проробіть дірки-кола діаметром 3-5 мм. Протилежний кінець лінійки перпендикулярно до центру прикріпіть до не дуже товстої дощечки так, щоб вона без вагань тримала лінійку до свого кріплення, і щоб лінійка оберталася навколо свого центру, а цей центр вставляється в центр кола ще одного транспортира, цього разу на повне коло ( 360 0). Внизу до лінійки прикріпіть якусь стрілку, щоб та виходила з цього центру транспортира і "діставала" до його зовнішнього краю. Також до дошки бажано прикріпити компас, для вказівки півдня, від якого відраховуються астрономічні азимути. Прилад перед початком спостережень встановлюють так, щоб дошка перебувала нерухомо і по горизонталі, а нижній транспортир на 0 0 шкали по компасу спрямований на південь, частина від 0 до 180 0 спрямована на схід, інша на захід. При вимірі азимуту та висоти світила (вимірюються одночасно!) ми направляємо на нього візири так, щоб крізь них воно було видно, і звичайно, центр обертання А (для відрахування висоти) прямує зверху вниз, а в місці кріплення до дошкивправо-ліворуч. Таким чином, отримавши зображення шуканого світила у візирі ми побачимо, що верхній транспортир нахилений під певним кутом, позначеним на шкалі мотузкою, і є висота h світила, а стрілка до нижнього транспортиру покаже значення азимуту. Зенітну відстань z можна легко дізнатися за формулою z + h = 90 0 .

Кути між світилами

Т.зв. астрономічні граблі – найпростіший варіант кутомірного приладу, що складається з двох дерев'яних лінійок (наприклад, по 60 см завдовжки), скріплених у формі літери Т. На кінці лінійки, протилежно перекладині, зміцнюється візир. На перекладині по дузі кола 57,3 див (побудувати можна з допомогою шнура) з інтервалом 1 див (чи 0,5 див) вбиваються гвоздики. Центром кола є візир. При інтервалі розбиття гвоздиків 1 см відповідає кут 1 градус на небесній сфері, при 0,5 см кут півградуса. За допомогою цього нехитрого інструменту можна проводити регулярні (скажімо, щовечора в той самий час) вимірювання кутових відстаней планет і Місяця щодо деяких "опорних" зірок і тим самим встановлювати особливості руху згаданих світил на небесній сфері.

Нарешті, тепер зауважу, якщо хтось захоче або кому знадобиться знайдені з інструментами горизонтальні координати перевести в "загальні" для всіх екваторіальні, то зробити це можна просто за формулами:

Sin δ = sin φ cos z - cos φ sin z cos A
Cos δ sin t = sin z sin A
Cos δ cos t = cos φ cos z + sin φ sin z cos A

де δ - відмінювання, t – годинний кут світила (за допомогою його можна легко знайти пряме сходження α за формулою α = s – t, де s – зоряний час моменту спостережень), z – зенітна відстань, h – висота світила, А – його азимут, φ – широта місця спостереження. Незабудьте і про значення рефракції, що впливає на координати світила (хоча, в основному, якщо координати світила вимірювати, коли воно поблизу зеніту, ця мала величина). І, напевно, описаних нами кутомірних інструментів, поки що достатньо, щоб зрозуміти основний механізм їхньої споруди, і робити все інше повністю самому – лише побачивши якийсь кутомірний інструмент на малюнку.