С введением специальных таблиц планисферы вышли из употребления в качестве научного инструмента, однако сохранили функцию учебной подвижной карты звёздного неба. Подвижная карта звёздного неба позволяет определять условия видимости небесных объектов и планет на разных широтах, явление кульминации небесных объектов, их высоту и координаты, узнать (примерно) какова их светимость. Астролябия использовалась до начала XVIII века, потом её заменили более точные угломерные инструменты: секстанты, квадранты, октанты.
Квадранты и октанты
Успехи мореплавания и эпоха великих географических открытий потребовали нового развития астрономии, так как положение корабля можно было определить только астрономическими средствами. Поэтому особенно популярными стали такие угломерные инструменты, как квадранты и секстанты.
Историческая гравюра Иоганна Гевелия с его квадрантом
Квадрантом называют устройство, которое служит для измерения углов, со шкалой, рассчитанной на 90°.
Квадрант обладал тем преимуществом перед астролябией, что его можно было изготовить значительно больших размеров. Чем крупнее инструмент, чем точнее была его градуировка, тем более точные измерения можно с ним выполнить.
Квадрант, созданный Тихо Браге. Гравюра из книги "Механика обновленной астрономии", изданной в 1598 году.
Благодаря точности этих инструментов были созданы самые подробные астрономические таблицы. В период до изобретения телескопа лучшим астрономом-наблюдателем считали Тихо Браге. 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. В 16 веке в Европе на острове Вен Тихо Браге создал две обсерватории-? Ураниборг? (? Небесный замок?) и? Стьернеборг? (? Звездный замок?). Эти обсерватории в дотелескопическую эпоху были самыми выдающимися астрономическими обсерваториями. Квадранты и секстанты Ураниборга позволяли выполнять измерения с точностью до угловой минуты: очень большая точность для того времени. Наблюдения, проведенные Тихо Браге, позволили Кеплеру создать законы движения планет. "Большой стенной квадрант» Тихо Браге был не только революционным для того времени прибором, но и настоящим произведением искусства.
Секстант – что означает шестой: получил свое название от того, что снабжен шестой частью круга. Принцип его действия был изобретён и описан Исаакам Ньютоном в 1699 году. Эти инструменты дают точность удовлетворительную для мореходной астрономии. Преимущество этих угломерных инструментов в том, что они могут измерять углы, в любой плоскости и между звездами, между звездой и планетой или Луной – так называемые лунные расстояния. Так как область применения секстанта значительно шире, чем просто определение географических координат, то он очень быстро вытеснил астролябию с пьедестала главного навигационного инструмента.
Секстант обсерватории Улугбека
Во время правления Улугбека – внука Тамерлана, Самарканд превратился в один из восточных центров науки. Под руководством Улугбека была создана уникальная обсерватория. Это была цилиндрическая башня, в которой помещался грандиозный угломерный инструмент – секстант с радиусом 40 м и дугой 60° с квадрантом. С помощью этих инструментов проводились измерения звёздного неба. Инструмент обладал рекордной для того времени точностью – до одной минуты дуги. Там были также солнечные часы.
Морской секстант
Кроме секстантов у мореплавателей был в ходу и такой прибор, как морской мореходной октант, в качестве измерительной шкалы в нем установлена шкала, которая охватывает всего 45 градусов (1/8 часть окружности). Но этого было достаточно, чтобы вести наблюдение за звездами и определять свое местоположение в пространстве. Использование шкалы нониуса позволяет выполнять более точные расчеты.
В XVII в. кроме квадрантов использовался и такой инструмент как меридианный круг. Меридианный круг – астрометрический прибор для измерения экваториальных координат светил: прямого восхождения и склонения. Меридианный круг по своей конструкции аналогичен пассажному инструменту [2], но в отличие от него был дополнительно снабжен разделенным кругом для точных измерений углов в плоскости меридиана. В прошлом этот инструмент являлся наиболее распространенным на астрометрических обсерваториях мира.
Морской секстант Меридианный круг (телескоп для точного определения координат небесных светил).
Т.Л. Эртель, Германия, 1828 г.
Точность измерения на меридианном круге – около 0,2". Меридианные круги использовались также для определения времени. Меридианный круг изобретён в конце 17 века О. Рёмером. Теория руга. разработана Т. Майером (18 в.) и Ф. Бесселем (19 в.). Преимущества Меридианного круга по сравнению с другими астрономическими инструментами обусловили его широкое распространение в 19 в.
В 20 в. этот астрономический инструмент является основным инструментом для точного определения экваториальных координат небесных светил. Современный Меридианный круг имеет астрономическую зрительную трубу. Для регистрации моментов прохождения через меридиан небесных светил, необходимых при определении прямых восхождений, окулярная часть трубы круга снабжается регистрирующим микрометром.
Меридианный круг помещается в специальном павильоне, обе половины которого, раздвигаясь, образуют широкую щель вдоль меридиана для наблюдений. К установке круга предъявляются требования максимальной устойчивости и минимального воздействия температурных изменений.
Задание – часть I
Задачи:
1. Какой древний астрономический инструмент можно назвать «компьютером средневековья»?
2. На рисунке изображен угломерный прибор, которым пользовался Тихо Браге. Это:
А. Нивелир;
Б. Сектант;
В. Теодолит;
Г. Гномон;
Д. Телескоп.
3. Дуга секстанта содержит только 60°. Как с его помощью измеряют высоты светил, большие 60°?
4. Найти широту местности, если полуночное Солнце наблюдалось на высоте 4 градуса 11 угловых минут, а его склонение было.
5. «Да и с секстантом дело идет не шибко (ночью на морозе) … мучились и, подсвечивая фонариком, всматривались в шкалу, считая градусы, минуты, секунды». Что здесь вызывает возражение?
6. Использовалась ли астролябия в России?
7. Как называется самый древний астрономический прибор?
А. Гномон;
Б. Астрономический посох;
В. Секстант;
Г. Астролябия.
8. В каком городе находился секстант обсерватории Улугбека?
9. Среди исторических персонажей, первой женщиной, вставшей в науке вровень с мужчинами, одна из самых романтических фигур в науке была первая женщина-Астроном…?
10. Какой инструмент использовал Клавдий Птолемей для наблюдения положений звёзд и планет?
11. Какое значение имели высокоточные наблюдения Тихо Браге, проведённые им на обсерваториях? Ураниборг и Стьернеборг
12. Назовите первые в Европе сооружением, предназначенным специально для астрономических наблюдений и их месторасположение.
13. Почему древние греки, ориентируясь по звёздному небу, основной осью считали восток – запад, а не север – юг, как наши современники?
14. Как определить географическую широту местности из астрономических наблюдений?
Закрепление:
Загадочная диаграмма
Прочитайте название древнего астрономического инструмента, читая буквы через одну. Начало от двух пустых кружочков.
2. НЕБЕСНЫЙ АЛФАВИТ: от А до О
А Астрономический инструмент – компьютером средневековья.
Б Название крупнейшего астрономического инструмента обсерватории Тихо Браге.
В Остров, на котором Тихо Браге построил обсерваторию честь музы астрономии Урании.
Г Первая женщина- астроном.
Д Часть дуги экватора, заключенная между начальным меридианом и меридианом заданной точки.
Ж Инструмент, используемый в навигации для определения широты судна.
З Браге назвал свою обсерваторию …?
И В половине двенадцатого в Старгород вошёл молодой. В руке молодой человек держал астролябию. – Кому астролябия? Дёшево продается астролябия! ?– из произведения ?Двенадцать стульев? – авторов…?
К Музей М. В. Ломоносова, в котором хранятся астролябии.
Л Небесное тело- одно из естественных единиц счёта времени.
М Инструмент для определения координат и для службы времени.
Н Специальная шкала угломерного инструмента, позволяющая повысить точность измерений.
О Астрономический инструмент, которым пользовались старинные мореходы.
3. Расшифруйте кроссворд
В выделенной горизонтальной строке, после подстановки всех обозначений, получится название одного из первых астрономических инструментов, называемого «первым компьютером древности».
1. Один из лучших мастеров – создателей древнейшего астрономического инструмента- компьютера древности.
2. Угломерный инструмент обсерватории Улугбека.
3. Первая женщина – астроном.
4. Знаменитый стенной инструмент известного астронома Тихо Браге.
5. Зодиакальное созвездие.
6. Один из первых астрономических инструментов древности.
7. Название данного астрономического инструмента.
8. В навигации он называется «поперечным жезлом» – это посох….
9. Название обсерватории, где находился большой квадрант Тихо Браге.
10. Основной инструмент греческих астрономов.
11. Какую характеристику измеряли клепсидры.
Гномон-солнечные часы
«Берегите время – это ткань, из которой сделана жизнь!»
Вся жизнь человека связана со временем, поэтому еще в глубокой древности возникла необходимость измерять время. Что такое «время»? Во все времена на этот вопрос отвечали по-разному. Для Платона время – божественная вечность, разделённая небесными телами на дни, месяцы, годы.
Первым временным ритмом, который заметил первобытный человек, это было смена дня и ночи, смена времен года. Постепенно возникла необходимость в измерении небольших промежутков времени – долей суток. Для простых измерений необходим был инструмент и первоначально это был обычный гномон, который одновременно являлся и компасом, потому что полуденная линия тени показывала на север. Самая короткая тень гномона позволяла определить полдень. До и после этого момента тени были длиннее, поэтому по их длине можно было судить о времени суток.
На любой современной обсерватории есть точные часы. На древних обсерваториях также были простейшие часы. Первыми часами были солнечные часы. До XVII века для измерения времени широко использовались солнечные часы. Солнечные часы были разнообразны как по конструкции, так и по размерам. Например, в обсерватории Улугбека действовали солнечные часы высотой около 50 м. Вокруг гномона ставили точки на восход и заход Солнца в дни, когда Солнце всходит в той же точке повторно (весной и осенью). Это были первые календари, которые еще в каменный век довольно точно определяли продолжительность года (360 -365 дней). Самыми распространенными солнечными часами были часы с полярным гномоном.
В часах такого типа гномон располагается параллельно оси вращения Земли и ориентирован в направлении Полярной звезды (созвездия Малой Медведицы), расположенную около Северного полюса. Угол наклона гномона равен широте места расположения солнечных часов, соответственно на полюсах гномон будет располагаться вертикально, а на экваторе горизонтально. Данные солнечные часы часто еще называют парковыми. Их можно расположить на любой ровной поверхности загородного участка или парка, не затененного деревьями или другими строениями. Постепенно они превратились в декоративные украшения. Более двух тысячелетий солнечные часы украшали площади древних и средневековых городов. Солнечные часы устанавливались на фасадах зданий. Сохранились великолепные памятки архитектуры со старинными солнечными часами. Лучше всего, когда фасад здания располагается на Юг. В солнечных часах использовался постоянный периодический процесс вращения Земли.
Но такие часы хорошо работают лишь в солнечную погоду. В пасмурную погоду и ночью солнечные часы бездействуют. Поэтому наряду с солнечными часами в древности использовались часы, которые работали в любую погоду и в любое время суток. Это были песочные и водяные часы, использовавшие жителями еще Вавилона и Египта. Песочные часы на кораблях назывались склянками.
В песочных часах песок пересыпается из одного стеклянного резервуара в другой. До сих пор еще, например, в медицинской практике используются песочные часы, рассчитанные на 10, 15, 20 мин. Когда весь песок перельется вниз, достаточно перевернуть часы, и они снова "пойдут".
Древние измерители времени.
Так же действуют и водяные часы – клепсидры. В клепсидрах вода переливается из одного сосуда в другой. Клепсидры, как и солнечные они были разных размеров и конструкций. Некоторые из них рассчитывались на небольшие промежутки времени – 15-20 мин. Название часов происходит от сочетания двух греческих слов klepto – «красть, скрывать, брать» и «idor» – вода. Их название в переводе с древнегреческого означает «крадущая воду». В примитивном виде водяные часы были известны уже египтянам, у которых сохранились, вероятно, самые старые водяные часы в мире. Эти необычные часы стали причиной возникновения выражения «время истекло». Водяные часы, которыми пользовались на Руси, назывались «гидрологий». Они пришли к нам вместе с христианством и использовались в церковных обрядах. Первый на Земле будильник тоже был водяным. Считается, что его изобрёл древнегреческий философ Платон, чтобы созывать на занятия своих учеников. Прибор состоял из двух сосудов; в верхний наливалась вода, которая понемногу стекала в нижний, вытесняя оттуда воздух. И этот воздух, по задумке хитроумного Платона, по трубке устремлялся к флейте, и та начинала голосить. Достаточно громко, чтобы даже разбудить спящего. Скрытый механизм имел циферблат, показывающий время: периодически изнутри на металлическую решетку со звоном, падал шар. В полдень открывались ворота и выезжали рыцари. Вплоть до 17 века клепсидры широко применялись во всех сферах жизни.
Ньютон проявлял интерес к усовершенствованию конструкции часов. Галилей использовал их, изучая законы падения тел.