Астрономические приборы

Астрономические приборы — инструменты, которые применяются при астрономических наблюдениях.

По конструкции астрономические приборы условно можно разделить на две группы: механические и оптические. Оптические приборы оснащены увеличивающими линзами, механические приборы линз не имеют.

Первыми такими инструментами были гномоны, затем появились астролябии, квадранты, секстанты. В XVII в. появились первые оптические телескопы, в XX в. — радиотелескопы, рентгеновские, нейтринные и гравитационные телескопы.

Армиллярная сфера

Армиллярная сфера

Этот астрономический инструмент выглядит как настоящее произведение искусства. Свое название армиллярная сфера получила от латинского слова armilla, в переводе — «браслет, кольцо». Название отражает конструкцию сферы: она состоит из нескольких колец, расположенных вокруг центра (Земли). Прибор употреблялся для определения координат звезд относительно нашей планеты. Изобретение сферы приписывают древнегреческому геометру Эратосфену (III в. до н. э.).

Треугольный измеритель от Птолемея

Древний астрономический инструмент трикветрум (в переводе с латинского — «треугольный») впервые описан Птолемеем. Точно неизвестно, являлся ли Птолемей его изобретателем или он описал уже известный прибор. Так или иначе, трикветрум состоял из трех подвижно соединенных реек, образующих треугольник. Прибор применялся для измерения расстояний между звездами. При этом верхний угол треугольника мог меняться в соответствии с измеряемым расстоянием.

Трикветрум Птолемея

Кубок Кеплера

Немецкий астроном и математик Иоганн Кеплер предположил, что орбиты шести планет Солнечной системы (Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера и Сатурна) можно вписать в симметричные геометрические фигуры (шар, куб, тетраэдр и др.). Красивая теория, с помощью которой Кеплер хотел подчеркнуть идеальность Вселенной. К сожалению, эта теория не работает, хотя модель под названием кубок Кеплера выглядит впечатляюще.

Кубок Кеплера

Астролябия

Одним из старейших астрономических инструментов является астролябия. В переводе с древнегреческого слово «астролабон» переводится как «берущий звезды». В основе астролябии лежит принцип стереографической проекции — это когда объекты с объемной формы переносятся на плоскость. В случае с астролябией объекты шарообразной сферы окружающего космоса (звезды, планеты) переносятся на плоский круг.

Кроме шкалы (1) главной механической составляющей астролябии является вращающаяся прицельная планка (2). На самых сложных астролябиях она оснащалась двумя диоптрами (3) — пластинками с отверстиями, похожими на прицел винтовки. При помощи диоптра достигалась большая точность измерений.

Астролябия
Астролябия

Основание астролябии — тимпан (4). Это круглый плоский диск со стереографической проекцией космических объектов, наблюдаемых с Земли. Поскольку из различных точек земного шара мы видим космос по-разному, то для них должны быть изготовлены разные тимпаны. На тимпан накладывается «паук» (5) — фигурная решетка, стрелки которой указывают на самые яркие звезды.

Как работает астролябия?

Астролябия оснащена подвесным кольцом. Подвесим астролябию на пальце над головой. Установив центральную линию прибора (6) на уровне горизонта и «прицелившись» через прицельную планку (7) на выбранный объект неба (8), можно определить собственные координаты. Такой прибор, как астролябия, полезен не только для астрономов. По расположению звезд можно узнать координаты той местности, в которой ты находишься. В те времена, когда не существовало системы глобального позиционирования (GPS), астролябия была очень полезна в дальних плаваниях. По сути, звездное небо и играло роль GPS для древних мореплавателей.

Астролябия

Квадрант

Квадрант — астрономический инструмент для определения высоты звезд над горизонтом. Это прототип, упрощенный вариант секстанта. Ручной квадрант состоит из пластины в четверть окружности (отсюда и название: «квадро» в переводе с латыни — «четыре») со шкалой (9). К одной из сторон этой пластины прикреплены планки (10) либо полая трубка для прицеливания.

Астролябия

Обсерватория в Самарканде

В Средние века строили увеличенные модификации квадранта — стенные квадранты. Крупнейший из них находился в обсерватории Улугбека в Самарканде и имел радиус 40 м! Мирзо Улугбек — правитель Самарканда, внук завоевателя Тамерлана, выдающийся математик, астроном и поэт. Его обсерватория являлась одной из важнейших обсерваторий Средневековья. Здесь к 1437 г. был составлен «Гурганский зидж» — каталог с описанием 1018 звезд. На протяжении 20 лет известный датский астроном Тихо Браге жил и работал в своем замке Ураниборге, первой в Европе специализированной обсерватории. Его основным инструментом был стенной квадрант. Он в 20 раз меньше, чем квадрант Улугбека, однако точнее. С помощью этого инструмента Браге создал каталог почти 800 звезд!

Обсерватория в Самарканде

Секстант

Секстант (от латинского «шестой») имеет шкалу размером 1/6 от полного круга, или 60 градусов, прицел и систему линз.

Секстант

В отличие от навигационных секстантов, бывших ручными приборами, более древние астрономические секстанты часто представляли собой массивные приборы. Они проще: отсутствовали трубка для прицеливания и система линз. Прибор состоял из треугольника (11), дугообразной шкалы (12) и подвижного визира (13). Мастером астрономического секстанта считают Яна Гевелия (1611—1687), польского астронома. Пользуясь секстантом собственной конструкции, он измерил положения 1564 звезд. Его каталог более точен, чем у Тихо Браге. Супруга Яна Гевелия Элизабет Гевелий (на гравюре — справа) стала первой женщиной-астрономом Европы.

Как работает навигационный секстант?

Через прицел навигационного секстанта (14) необходимо «поймать» линию горизонта. Потом отрегулировать рычаг (15) до тех пор, пока через прицел и систему линз (16) не увидим небесный объект. Низ рычага (17) скользит по дугообразной шкале (18). Число этой шкалы, на котором остановился рычаг, станет использоваться в дальнейшем для вычислений.

Навигационный секстант