1.4. Угломерные инструменты.

1.4. Угломерные инструменты.

С зарождением торговли возникла потребность ориентироваться не только во времени, но и в пространстве, точнее говоря, на поверхности Земли (ориентировались за Солнцем, Луной, а со временем и за яркими звездами). Для этого начали применять угломерные инструменты. Но первой задачей для угломерных инструментов стало уточнение календаря, поскольку погрешность его составляла около 5 дней в год (Египетский календарь (360 дней в году) – применялся для регистрации разливов Нила), поэтому измерять время начали с помощью гномона – одного из самых старых инструментов.


Гномон - вертикальный стержень, который отбрасывает тень (от Солнца) на горизонтальную плоскость. Если измерить длину гномона (L) и длину отбрасываемой тени (l) то можно определить угловую высоту Солнца, а за высотой – время. Эти вычисления можно сделать, используя современную формулу: tg h = L / l . Также с помощью гномона, следя за длиной отбрасываемой тени, можно довольно точно определить моменты, когда она становится наиболее длинной или наиболее короткой, то есть, иначе говоря, зафиксировать дни солнцестояний. За этими данными легко вычислить длину года, а отсюда – и даты солнцестояний. Таким образом, не смотря на простую конструкцию, гномон разрешает измерять очень важные в астрономии величины. Эти измерения будут тем точнее, чем выше гномон, поскольку конец тени не бывает резко очерченным и всегда имеет полутень. Древние наблюдатели, чтобы лишиться полутени, закрепляли сверху вертикальную пластинку с маленьким круглым отверстием. Еще за тысячу лет до начала нашей эры в Египте был построен гномон в виде обелиска высотой в 117 римских футов. Во время царствования императора Августа гномон перевезли в Рим, установили на Марсовом поле и определяли с помощью его момент полудня. В Пекинской обсерватории в XIII в. н.э. был установлен гномон высотой 13 м, а известный узбекский астроном Улугбек (XV в.) пользовался гномоном высотой 55 м. Наибольший же гномон работал в XV в. на куполе Флорентийского собора. Вместе со зданием его высота достигала 90 м.


К числу древнейших астрономических инструментов принадлежит также астрономический посох, с помощью которого наблюдатель мог определить высоту светила над горизонтом. Он состоит из линейки и рейки, которая может перемещаться по линейке. На концах рейки размещены небольшие стержни – визиры. В некоторых случаях визир с отверстием был еще на двух концах линейки, к которым наблюдатель прикладывал глаз. За положением рейки и определялась высота светила над горизонтом.


Древние греческие астрономы пользовались еще так называемым трикветром, который состоял из трех соединенных между собою линеек.


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.


В тех случаях, если вместо четверти круга использовали его шестую часть, инструмент назывался секстантом, а если восьмую часть – октантом. Как и в других случаях, чем больший был квадрант или секстант, тем более точные измерения можно было с ним выполнять. Для того чтобы большие квадранты были стойкими и прочными их закрепляли на вертикальных стенах. Такие настенные квадранты еще в XVIII веке считались лучшими угломерными инструментами.


К такому же типу инструментов, как и квадрант, принадлежит астролябия или астрономическое кольцо. Астролябия представляет собой двухмерную модель ночного неба, разделенный на градусы металлический круг, который подвешен к какой-нибудь опоре. В центре астролябии закреплена алидада – линейка с двумя диоптрами, которая может вращаться (направляется на светило). За расположением алидады легко вычислить угловую высоту светила. В основном с помощью астролябии древние астрономы определяли положения Солнца, Луны, планет и наиболее ярких звезд.

Часто древним астрономам необходимо было измерять не высоты светил, а угловое расстояние между ними. Для этого они применяли универсальный квадрант. Этот инструмент имел две трубки – диоптры, из которых одна неподвижно скреплялась с дугой квадранта, а вторая – вращалась вокруг его центра. Главная особенность универсального квадранта – его штатив, с помощью него квадрант можно было фиксировать в любом положении. При измерениях углового расстояния, например, от звезды к планете неподвижный диоптр направлялся на звезду, а подвижный – на планету. Отсчет за шкалой квадранта давал искомый угол.


Широкое применение в астрономии нашла и армиллярная сфера, или армилла. Она представляла собой модель небесной сферы с ее важнейшими точками и кругами – полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом, небесным экватором и эклиптикой. Армиллярные сферы также иногда дополнялись маленькими кругами – небесными параллелями и другими деталями. Почти все круги были градуированы, и сама сфера могла оборачиваться вокруг оси мира. Наклон оси мира можно было изменять соответственно широте местности.


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).

Читать далее

© astronomy.net.ua