Небесные светила интересовали людей с незапамятных времён. Ещё до революционных открытий Галилея и Коперника астрономы предпринимали неоднократные попытки выяснить закономерности и законы движения планет и звёзд и использовали для этого специальные инструменты. Инструментарий древних астрономов был настолько сложен, что современным учёным потребовались годы, чтобы разобраться в их устройстве.
1. Календарь из Уоррен Филда
Хотя странные углубления на поле Уоррен обнаружили с воздуха еще в 1976 году, только в 2004 году было определено, что это древний лунный календарь. Как полагают ученые, найденному календарю порядка 10 000 лет. Он выглядит как 12 углублений, расположенных по дуге в 54 метра. Каждая лунка синхронизирована с лунным месяцем в календаре, причем с поправкой на лунную фазу. Удивительно также то, что календарь в Уоррен Филд, который был построен за 6000 лет до Стоунхенджа, ориентирован на точку солнечного восхода в день зимнего солнцестояния.
2. Секстант Аль-Худжанди в росписи
Сохранилось очень мало сведений о Абу Махмуд Хамид ибн аль-Хидр Аль-Худжанди, кроме того, что он был математиком и астрономом, который жил на территории современных Афганистана, Туркменистана и Узбекистана. Также известно, что он создал один из крупнейших астрономических инструментов в 9-10 веках. Его секстант был сделан в виде фрески, расположенной на 60-градусной дуге между двумя внутренними стенами здания. Эта огромная 43-метровая дуга была поделена на градусы. Мало того, каждый градус был с ювелирной точностью разделен на 360 частей, что сделало фреску потрясающе точным солнечным календарем. Над дугой Аль-Худжанди располагался куполообразный потолок с отверстием посередине, сквозь которое солнечные лучи падали на древний секстант.
3. Вольвеллы и зодиакальный человек
В Европе на рубеже 14-го века учеными и врачами использовалась довольно странная разновидность астрономических инструментов – вольвеллы. Они выглядели, как несколько круглых листов пергамента с дыркой в центре, наложенные друг на друга. Это позволяло перемещать круги, чтобы рассчитать все необходимые данные — от фаз Луны до положения Солнца в Зодиаке. Архаичный гаджет помимо своей основной функции также являлся символом статуса – только самые богатые люди могли обзавестись вольвеллой.
Также средневековые врачи верили, что каждая часть человеческого тела управляется своим созвездием. К примеру, за голову отвечал Овен, а за гениталии – Скорпион. Поэтому для диагностировки врачи использовали вольвеллы, чтобы рассчитать текущее положение Луны и Солнца. К сожалению, вольвеллы были довольно хрупкими, поэтому сохранились лишь очень немногие из этих древних астрономических инструментов.
4. Древние солнечные часы
Сегодня солнечные часы служат разве что для украшения садовых лужаек. Но когда-то они были необходимы для отслеживания времени и движения Солнца по небу. Одни из старейших солнечных часов были найдены в Долине царей в Египте. Они датируются 1550 — 1070 годами до н.э. и представляют собой круглый кусок известняка с нарисованным на нем полукругом (разделенным на 12 секторов) и отверстием в середине, в который вставлялся стержень, отбрасывающий тень. Вскоре после обнаружения египетских солнечных часов, подобные были найдены в Украине. Они были захоронены с человеком, который умер 3200 — 3300 лет назад. Благодаря украинским часам ученые узнали, что цивилизация Зрубна обладала знаниями геометрии и умела высчитывать широту и долготу.
5. Небесный диск из Небры
Названный по имени немецкого города, где он был обнаружен в 1999 году, «небесный диск из Небры» является старейшим изображением космоса, когда-либо найденным человеком. Диск был захоронен рядом с долотом, двумя топорами, двумя мечами, и двумя кольчужными наручами около 3600 лет назад. На бронзовом диске, покрытом слоем патины, были золотые вставки, изображающие Солнце, Луну и звезды из созвездий Орион, Андромеда и Кассиопея. Никто не знает, кто сделал диск, но расположение звезд говорит о том, что создатели были расположены на той же широте, что и Небра.
6. Астрономический комплекс Чанкильо
Древняя астрономическая обсерватория Чанкильо в Перу является настолько сложной, что ее истинное предназначение было обнаружено только в 2007 году с помощью компьютерной программы, предназначенной для выравнивания панелей солнечных батарей. 13 башен комплекса выстроены по прямой линии протяженностью 300 метров вдоль холма. Изначально ученые думали, что Чанкильо — фортификационные сооружения, но для форта это было невероятно плохое место, поскольку в нем не было ни оборонительных преимуществ, ни проточной воды, ни источников пропитания.
Но потом археологи поняли, что одна из башен смотрит на точку восхода солнца при летнем солнцестоянии, а другая – на точку восхода солнца при зимнем солнцестоянии. Построенные около 2300 лет назад башни являются старейшей солнечной обсерваторией в Америке. По этому древнему календарю до сих пор можно определить день года с максимум двухдневной погрешностью. К сожалению, огромный солнечный календарь из Чанкильо — это единственный след цивилизации строителей этого комплекса, которые предшествовали инкам более чем на 1000 лет.
7. Звездный атлас Гигина
Звездный атлас Гигина, также известный как «Poetica Astronomica» был одним из первых сочинений с изображениями созвездий. Хотя авторство атласа спорно, он иногда приписывается Гаю Юлию Гигину (римскому писателю, 64 г. до н.э. — 17 г. н.э.). Другие утверждают, что работа имеет сходство с трудами Птолемея.
В любом случае, когда Poetica Astronomica была переиздана в 1482 году, она стала первым печатным произведением, в котором были показаны созвездия, а также мифы, связные с ними. В то время как другие атласы предоставляли более конкретную математическую информацию, которая могла быть использована для навигации, Poetica Astronomica представляла собой более причудливую, литературную интерпретацию звезд и их историю.
8. Небесный глобус
Небесный глобус появился еще тогда, когда астрономы считали, что звезды перемещаются по небу вокруг Земли. Небесные глобусы, которые были созданы, чтобы отобразить эту небесную сферу, начали создавать еще древние греки, а первый глобус в форме, аналогичной современным глобусам, был создан немецким ученым Йоханнесом Шёнером. На данный момент сохранились только два небесных глобуса Шёнера, которые являются настоящими произведениями искусства, изображающими созвездия в ночном небе. Старейший сохранившийся пример небесного глобуса датируется около 370 г. до н.э.
9. Армиллярная сфера
Армиллярная сфера — астрономический инструмент, в котором несколько колец окружают центральную точку — была далеким родственником небесного глобуса. Существовали два разных типа сфер — наблюдательная и демонстрационная. Первым из ученых, кто использовал подобные сферы, был Птолемей. С помощью этого инструмента можно было определить экваториальные или эклиптические координаты небесных тел. Наряду с астролябией, армиллярная сфера использовалась моряками для навигации на протяжении многих веков.
10. Эль-Караколь, Чичен-Ица
Обсерватория Эль-Караколь в Чичен-Ице была построена между 415 и 455 г. н.э. Обсерватория была очень необычной — в то время как большинство астрономических инструментов были настроены на наблюдение за движением звезд или Солнца, Эль-Караколь (в переводе «улитка») была построена для наблюдения за движением Венеры. Для майя Венера была священна – буквально все в их религии основывалось на культе этой планеты. Эль-Караколь помимо того, что был обсерваторией, также являлась храмом бога Кетцалькоатля.
Астрономические инструменты и приборы - оптические телескопы с разнообразными приспособлениями и приемниками излучения, радиотелескопы, лабораторные измерительные приборы и другие технические средства, служащие для проведения и обработки астрономических наблюдений.
Вся история астрономии связана с созданием новых инструментов, позволяющих повысить точность наблюдений, возможность вести исследования небесных светил в диапазонах электромагнитного излучения (см. ), недоступных невооруженному человеческому глазу.
Первыми еще в далекой древности появились угломерные инструменты. Самый древний из них - это гномон, вертикальный стержень, отбрасывающий солнечную тень на горизонтальную плоскость. Зная длину гномона и тени, можно определить высоту Солнца над горизонтом.
К старинным угломерным инструментам принадлежат и квадранты. В простейшем варианте квадрант - плоская доска в форме четверти круга, разделенного на градусы. Вокруг его центра вращается подвижная линейка с двумя диоптрами.
Широкое распространение в древней астрономии получили армиллярные сферы - модели небесной сферы с ее важнейшими точками и кругами: полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом, небесным экватором и эклиптикой. В конце XVI в. лучшие по точности и изяществу астрономические инструменты изготовлял датский астроном Т. Браге. Его армиллярные сферы были приспособлены для измерения как горизонтальных, так и экваториальных координат светил.
Коренной переворот в методах астрономических наблюдений произошел в 1609 г., когда итальянский ученый Г. Галилей применил для обозрения неба зрительную трубу и сделал первые телескопические наблюдения. В совершенствовании конструкций телескопов-рефракторов, имеющих линзовые объективы, большие заслуги принадлежат И. Кеплеру.
Первые телескопы были еще крайне несовершенны, давали нечеткое изображение, окрашенное радужным ореолом.
Избавиться от недостатков пытались, увеличивая длину телескопов. Однако наиболее эффективными и удобными оказались ахроматические телескопы-рефракторы, которые начали изготовляться с 1758 г. Д. Доллондом в Англии.
Как сделать астролябию?
Астролябию для измерения горизонтальных углов и определения азимутов светил вы можете сделать, имея компас и транспортир. Остальные необходимые детали, чтобы не искажать показания компаса, нужно изготавливать из подручных немагнитных материалов.
Вырежьте диск из многослойной фанеры, текстолита или оргстекла. Диаметр диска должен быть таким, чтобы на нем разместилась круговая шкала (лимб) из транспортиров и за ней оставалось бы свободное поле шириной 2-3 см. Если у вас есть, например, самые маленькие из выпускаемых транспортиров с дугой диаметром 7,5 см, то понадобится диск поперечником 14-15 см.
Другая важная деталь будущей астролябии - визирная планка. Ее вы сможете изготовить из полоски латуни или дюралюминия шириной 2- 3 см и длиной, превышающей поперечник диска на 5-6 см. Выступающие за край диска концы полоски изогните под прямым углом вверх и пропилите в них продолговатые или круговые визирные отверстия. На горизонтальной части планки симметрично центру проделайте две более широкие прорези, чтобы через них можно было видеть показания лимба. Готовую к монтажу визирную планку ее серединой с помощью болта, шайб и гаек прикрепите к центру диска так, чтобы она могла вращаться в горизонтальной плоскости. На визирную планку по центру укрепите компас. Для этого, как и для установки круговой шкалы, используйте имеющиеся в продаже высококачественные универсальные клеи. Лимб вы можете составить из двух транспортиров (школьные транспортиры изготовляются из легкого немагнитного материала).
В 1668 г. И. Ньютон построил телескоп-рефлектор, который был свободен от многих оптических недостатков, свойственных рефракторам. Позже совершенствованием этой системы телескопов занимались М. В. Ломоносов и В. Гершель. Последний добился особенно больших успехов в сооружении рефлекторов. Постепенно увеличивая диаметры изготавливаемых зеркал, В. Гершель в 1789 г. отшлифовал для своего телескопа самое большое зеркало (диаметром 122 см). В то время это был величайший в мире рефлектор.
В XX в. получили распространение зеркально-линзовые телескопы, конструкции которых были разработаны немецким оптиком Б. Шмидтом (1931) и советским оптиком Д. Д. Максутовым (1941).
В 1974 г. закончилось строительство самого большого в мире советского зеркального телескопа с диаметром зеркала 6 м. Этот телескоп установлен на Кавказе - в Специальной астрофизической обсерватории. Возможности нового инструмента огромны. Уже опыт первых наблюдений показал, что этому телескопу доступны объекты 25-й звездной величины, т. е. в миллионы раз более слабые, чем те, которые наблюдал Галилей в свой телескоп.
Современные астрономические инструменты используются для измерения точных положений светил на небесной сфере (систематические наблюдения такого рода позволяют изучать движения небесных светил); для определения скорости движения небесных светил вдоль луча зрения (лучевые скорости); для вычисления геометрических и физических характеристик небесных тел; для изучения физических процессов, происходящих в различных небесных телах; для определения их химического состава и для многих других исследований небесных объектов, которыми занимается астрономия.
К числу астрометрических инструментов относятся универсальный инструмент и близкий к нему по конструкции теодолит; меридианный круг, используемый для составления точных каталогов положений звезд; пассажный инструмент служащий для точных определений моментов прохождения звезд через меридиан места наблюдений, что нужно для службы времени.
Для фотографических наблюдений используются астрографы.
Для астрофизических исследований нужны телескопы со специальными приспособлениями, предназначенными для спектральных (объективная призма, астроспектрограф), фотометрических (астрофотометр), поляриметрических и других наблюдений.
Повысить проницающую силу телескопа удается путем применения в наблюдениях телевизионной техники (см. ), а также фотоэлектронных умножителей.
Созданы инструменты, позволяющие вести наблюдения небесных тел в различных диапазонах электромагнитного излучения, в том числе и в невидимом диапазоне. Это радиотелескопы и радиоинтерферометры, а также инструменты, применяемые в рентгеновской астрономии„ гамма-астрономии, инфракрасной астрономии.
Для наблюдений некоторых астрономических объектов разработаны специальные конструкции инструментов. Таковы солнечный телескоп, коронограф (для наблюдений солнечной короны), кометоискатель, метеорный патруль, спутниковая фотографическая камера (для фотографических наблюдений спутников) и многие другие.
В ходе астрономических наблюдений получают ряды чисел, астрофотографии, спектрограммы и другие материалы, которые для окончательных результатов должны быть подвергнуты лабораторной обработке. Такая обработка ведется с помощью лабораторных измерительных приборов.
Астрономические грабли
Свое название этот простой самодельный инструмент для измерения углов на небе получил за внешнее сходство с садовыми граблями.
Возьмите две дощечки длиной 60 и 30 см, шириной 4 см и толщиной 1 -1,5 см. Поверхность их тщательно обработайте, например, с помощью мелкоабразивной шкурки, а затем скрепите обе дощечки между собой в форме буквы Т.
К свободному торцу более длинной дощечки прикрепите визир - небольшую металлическую или пластмассовую пластинку с отверстием. Приняв за центр окружности визирное отверстие, проведите на плоскости меньшей дощечки дугу радиусом 57,3 см с помощью шнура соответствующего размера. Один его конец прикрепите к визиру, а к другому концу привяжите карандаш. Вдоль прочерченной дуги укрепите ряд зубьев (штифтов) на расстоянии 1 см друг от друга. В качестве штифтов используйте булавки или тонкие гвоздики, пробитые с нижней стороны дощечки (для безопасности гвоздики следует затупить напильником). Два штифта, отстоящие друг от друга на 1 см, при рассмотрении через визирное отверстие с расстояния 57,3 см видны на угловом расстоянии в 1°. Всего надо укрепить 21 или 26 штифтов, что будет соответствовать наибольшему доступному для измерений углу 20° или 25°. Для удобства пользования инструментом первый, шестой и т. д. зубья сделайте выше остальных. Более высокие зубья отметят интервалы в 5°.
Размер визирного отверстия должен быть таким, чтобы сквозь него можно было видеть все штифты одновременно.
Чтобы ваши астрономические грабли имели более приятный внешний вид, покрасьте их масляной краской. Штифты сделайте белыми - так они будут лучше видны вечером. Меньшую дощечку раскрасьте светлыми и темными полосками шириной 5 см каждая. Их границами должны быть высокие штифты. Это также облегчит работу с инструментом в темное время суток.
Прежде чем воспользоваться астрономическими граблями для наблюдения небесных объектов, испытайте их для определения угловых размеров и расстояний между земными предметами в дневное время.
Вы выполните более точные угловые измерения, если сделаете цену деления 0,5°. Для этого либо зубья ставьте на расстоянии 0,5 см друг от друга, либо увеличьте в 2 раза длину большей дощечки. Правда, пользоваться астрономическими граблями с ручкой столь большой длины менее удобно.
Для измерения положений изображений звезд на астрофотографиях и изображений искусственных спутников относительно звезд на спутникограммах служат кooрдинатно-измерительные машины. Для измерения почернений на фотографиях небесных светил, спектрограммах служат микрофотометры.
Важный прибор, необходимый для наблюдений, - астрономические часы.
При обработке результатов астрономических наблюдений используются электронные вычислительные машины.
Существенно обогатила наши представления о Вселенной радиоастрономия, зародившаяся в начале 30-х гг. нашего столетия. В 1943 г. советские ученые Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси теоретически обосновали возможность радиолокации Луны. Радиоволны, посланные человеком, достигли Луны и, отразившись от нее, вернулись на Землю. 50-е гг. XX в. - период необыкновенно быстрого развития радиоастрономии. Ежегодно радиоволны приносили из космоса новые удивительные сведения о природе небесных тел.
Сегодня радиоастрономия использует самые чувствительные приемные устройства и самые большие антенны. Радиотелескопы проникли в такие глубины космоса, которые пока остаются недосягаемыми для обычных оптических телескопов. Перед человеком раскрылся радиокосмос - картина Вселенной в радиоволнах.
Астрономические инструменты для наблюдений устанавливают на астрономических обсерваториях. Для строительства обсерваторий выбирают места с хорошим астрономическим климатом, где достаточно велико количество ночей с ясным небом, где атмосферные условия благоприятствуют получению хороших изображений небесных светил в телескопах.
Атмосфера Земли создает существенные помехи при астрономических наблюдениях. Постоянное движение воздушных масс размывает, портит изображение небесных тел, поэтому в наземных условиях приходится применять телескопы с ограниченным увеличением (как правило, не более чем в несколько сотен раз). Из-за поглощения земной атмосферой ультрафиолетовых и большей части длин волн инфракрасного излучения теряется огромное количество информации об объектах, являющихся источниками этих излучений.
В горах воздух чище, спокойнее, и поэтому условия для изучения Вселенной там более благоприятные. По этой причине еще с конца XIX в. все крупные астрономические обсерватории сооружались на вершинах гор или высоких плоскогорьях. В 1870 г. французский исследователь П. Жансен использовал для наблюдений Солнца воздушный шар. Такие наблюдения проводятся и в наше время. В 1946 г. группа американских ученых установила спектрограф на ракету и отправила ее в верхние слои атмосферы на высоту около 200 км. Следующим этапом заатмосферных наблюдений было создание орбитальных астрономических обсерваторий (ОАО) на искусственных спутниках Земли. Такими обсерваториями, в частности, являются советские орбитальные станции «Салют».
Орбитальные астрономические обсерватории разных типов и назначений прочно вошли в практику современных исследований космического пространства.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Астролябия.
Зеркальный телескоп (рефлектор) И. Ньютона.
Телескоп И. Кеплера.
Гигантский телескоп Я. Гевелия.
Квадрант для определения высот небесных светил.
40‑футовый телескоп-рефлектор В. Гершеля.
Телескоп-рефлектор с диаметром зеркала 2,6 м Крымской астрофизической обсерватории.
Вся история астрономии связана с созданием новых инструментов, позволяющих повысить точность наблюдений, возможность вести исследования небесных светил в диапазонах электромагнитного излучения (см. Электромагнитное излучение небесных тел), недоступных невооруженному человеческому глазу.
Первыми еще в далекой древности появились угломерные инструменты. Самый древний из них - это гномон, вертикальный стержень, отбрасывающий солнечную тень на горизонтальную плоскость. Зная длину гномона и тени, можно определить высоту Солнца над горизонтом.
К старинным угломерным инструментам принадлежат и квадранты. В простейшем варианте квадрант - плоская доска в форме четверти круга, разделенного на градусы. Вокруг его центра вращается подвижная линейка с двумя диоптрами.
Широкое распространение в древней астрономии получили армиллярные сферы - модели небесной сферы с ее важнейшими точками и кругами: полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом, небесным экватором и эклиптикой. В конце XVI в. лучшие по точности и изяществу астрономические инструменты изготовлял датский астроном Т. Браге . Его армиллярные сферы были приспособлены для измерения как горизонтальных, так и экваториальных координат светил.
Коренной переворот в методах астрономических наблюдений произошел в 1609 г., когда итальянский ученый Г. Галилей применил для обозрения неба зрительную трубу и сделал первые телескопические наблюдения. В совершенствовании конструкций телескопов-рефракторов , имеющих линзовые объективы, большие заслуги принадлежат И. Кеплеру .
Первые телескопы были еще крайне несовершенны, давали нечеткое изображение, окрашенное радужным ореолом.
Избавиться от недостатков пытались, увеличивая длину телескопов. Однако наиболее эффективными и удобными оказались ахроматические телескопы-рефракторы, которые начали изготовляться с 1758 г. Д. Доллондом в Англии.
Для фотографических наблюдений используются астрографы .
Для астрофизических исследований нужны телескопы со специальными приспособлениями, предназначенными для спектральных (объективная призма , астроспектрограф), фотометрических (астрофотометр), поляриметрических и других наблюдений.
Созданы инструменты, позволяющие вести наблюдения небесных тел в различных диапазонах электромагнитного излучения, в том числе и в невидимом диапазоне. Это радиотелескопы и радиоинтерферометры , а также инструменты, применяемые в рентгеновской астрономии , гамма-астрономии , инфракрасной астрономии.
Для наблюдений некоторых астрономических объектов разработаны специальные конструкции инструментов. Таковы солнечный телескоп , коронограф (для наблюдений солнечной короны), кометоискатель, метеорный патруль , спутниковая фотографическая камера (для фотографических наблюдений спутников) и многие другие.
Важный прибор, необходимый для наблюдений, - астрономические часы .
При обработке результатов астрономических наблюдений используются суперкомпьютеры.
Существенно обогатила наши представления о Вселенной радиоастрономия , зародившаяся в начале 30‑х гг. нашего столетия. В 1943 г. советские ученые Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси теоретически обосновали возможность радиолокации Луны. Радиоволны, посланные человеком, достигли Луны и, отразившись от нее, вернулись на Землю. 50‑е гг. XX в. - период необыкновенно быстрого развития радиоастрономии. Ежегодно радиоволны приносили из космоса новые удивительные сведения о природе небесных тел.
Сегодня радиоастрономия использует самые чувствительные приемные устройства и самые большие антенны. Радиотелескопы проникли в такие глубины космоса, которые пока остаются недосягаемыми для обычных оптических телескопов. Перед человеком раскрылся радиокосмос - картина Вселенной в радиоволнах.
Астрономические инструменты для наблюдений устанавливают на астрономических обсерваториях . Для строительства обсерваторий выбирают места с хорошим астрономическим климатом, где достаточно велико количество ночей с ясным небом, где атмосферные условия благоприятствуют получению хороших изображений небесных светил в телескопах.
Атмосфера Земли создает существенные помехи при астрономических наблюдениях. Постоянное движение воздушных масс размывает, портит изображение небесных тел, поэтому в наземных условиях приходится применять телескопы с ограниченным увеличением (как правило, не более чем в несколько сотен раз). Из‑за поглощения земной атмосферой ультрафиолетовых и большей части длин волн инфракрасного излучения теряется огромное количество информации об объектах, являющихся источниками этих излучений.
В горах воздух чище, спокойнее, и поэтому условия для изучения Вселенной там более благоприятные. По этой причине еще с конца XIX в. все крупные астрономические обсерватории сооружались на вершинах гор или высоких плоскогорьях. В 1870 г. французский исследователь П. Жансен использовал для наблюдений Солнца воздушный шар. Такие наблюдения проводятся и в наше время. В 1946 г. группа американских ученых установила спектрограф на ракету и отправила ее в верхние слои атмосферы на высоту около 200 км. Следующим этапом заатмосферных наблюдений было создание орбитальных астрономических обсерваторий (ОАО) на искусственных спутниках Земли. Такими обсерваториями, в частности, являлись советские орбитальные станции «Салют». В настоящее время успешно эксплуатируется космический телескоп «Хаббл».
Орбитальные астрономические обсерватории разных типов и назначений прочно вошли в практику современных исследований космического пространства.
Астрономические инструменты и приборы - оптические телескопы с разнообразными приспособлениями и приемниками излучения, радиотелескопы , лабораторные измерительные приборы и другие технические средства, служащие для проведения и обработки астрономических наблюдений.
Вся история астрономии связана с созданием новых инструментов, позволяющих повысить точность наблюдений, возможность вести исследования небесных светил в диапазонах электромагнитного излучения (см. Электромагнитное излучение небесных тел ), недоступных невооруженному человеческому глазу.
Первыми еще в далекой древности появились угломерные инструменты. Самый древний из них - это гномон, вертикальный стержень, отбрасывающий солнечную тень на горизонтальную плоскость. Зная длину гномона и тени, можно определить высоту Солнца над горизонтом.
К старинным угломерным инструментам принадлежат и квадранты. В простейшем варианте квадрант - плоская доска в форме четверти круга, разделенного на градусы. Вокруг его центра вращается подвижная линейка с двумя диоптрами.
Широкое распространение в древней астрономии получили армиллярные сферы - модели небесной сферы с ее важнейшими точками и кругами: полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом, небесным экватором и эклиптикой. В конце XVI в. лучшие по точности и изяществу астрономические инструменты изготовлял датский астроном Т. Браге . Его армиллярные сферы были приспособлены для измерения как горизонтальных, так и экваториальных координат светил.
Коренной переворот в методах астрономических наблюдений произошел в 1609 г., когда итальянский ученый Г. Галилей применил для обозрения неба зрительную трубу и сделал первые телескопические наблюдения. В совершенствовании конструкций телескопов-рефракторов, имеющих линзовые объективы, большие заслуги принадлежат И. Кеплеру .
Первые телескопы были еще крайне несовершенны, давали нечеткое изображение, окрашенное радужным ореолом.
Избавиться от недостатков пытались, увеличивая длину телескопов. Однако наиболее эффективными и удобными оказались ахроматические телескопы-рефракторы, которые начали изготовляться с 1758 г. Д. Доллондом в Англии.
В 1668 г. И. Ньютон построил телескоп-рефлектор, который был свободен от многих оптических недостатков, свойственных рефракторам. Позже совершенствованием этой системы телескопов занимались М. В. Ломоносов и а В. Гершель . Последний добился особенно больших успехов в сооружении рефлекторов. Постепенно увеличивая диаметры изготавливаемых зеркал, В. Гершель в 1789 г. отшлифовал для своего телескопа самое большое зеркало (диаметром 122 см). В то время это был величайший в мире рефлектор.
В XX в. получили распространение зеркально-линзовые телескопы , конструкции которых были разработаны немецким оптиком Б. Шмидтом (1931) и советским оптиком Д. Д. Максутовым (1941).
В 1974 г. закончилось строительство самого большого в мире советского зеркального телескопа с диаметром зеркала 6 м. Этот телескоп установлен на Кавказе - в Специальной астрофизической обсерватории . Возможности нового инструмента огромны. Уже опыт первых наблюдений показал, что этому телескопу доступны объекты 25-й звездной величины, т. е. в миллионы раз более слабые, чем те, которые наблюдал Галилей в свой телескоп.
Современные астрономические инструменты используются для измерения точных положений светил на небесной сфере (систематические наблюдения такого рода позволяют изучать движения небесных светил); для определения скорости движения небесных светил вдоль луча зрения (лучевые скорости); для вычисления геометрических и физических характеристик небесных тел; для изучения физических процессов, происходящих в различных небесных телах; для определения их химического состава и для многих других исследований небесных объектов, которыми занимается астрономия.
К числу астрометрических инструментов относятся универсальный инструмент и близкий к нему по конструкции теодолит; меридианный круг , используемый для составления точных каталогов положений звезд; пассажный инструмент , служащий для точных определений моментов прохождения звезд через меридиан места наблюдений, что нужно для службы времени .
Для фотографических наблюдений используются астрографы .
Для астрофизических исследований нужны телескопы со специальными приспособлениями, предназначенными для спектральных (объективная призма, астроспектрограф ), фотометрических (астрофотометр ), поляриметрических и других наблюдений.
Повысить проницающую силу телескопа удается путем применения в наблюдениях телевизионной техники (см. Телевизионный телескоп ), а также фотоэлектронных умножителей .
Созданы инструменты, позволяющие вести наблюдения небесных тел в различных диапазонах электромагнитного излучения, в том числе и в невидимом диапазоне. Это радиотелескопы и радиоинтерферометры , а также инструменты, применяемые в рентгеновской астрономии , гамма-астрономии , инфракрасной астрономии.
Для наблюдений некоторых астрономических объектов разработаны специальные конструкции инструментов. Таковы солнечный телескоп , коронограф (для наблюдений солнечной короны), кометоискатель, метеорный патруль , спутниковая фотографическая камера (для фотографических наблюдений спутников) и многие другие.
В ходе астрономических наблюдений получают ряды чисел, астрофотографии, спектрограммы и другие материалы, которые для окончательных результатов должны быть подвергнуты лабораторной обработке. Такая обработка ведется с помощью лабораторных измерительных приборов.
Для измерения положений изображений звезд на астрофотографиях и изображений искусственных спутников относительно звезд на спутникограммах служат координатно-измерительные машины . Для измерения почернений на фотографиях небесных светил, спектрограммах служат микрофотометры .
Важный прибор, необходимый для наблюдений, - астрономические часы .
При обработке результатов астрономических наблюдений используются электронные вычислительные машины.
Существенно обогатила наши представления о Вселенной радиоастрономия , зародившаяся в начале 30-х гг. нашего столетия. В 1943 г. советские ученые Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси теоретически обосновали возможность радиолокации Луны. Радиоволны, посланные человеком, достигли Луны и, отразившись от нее, вернулись на Землю. 50-е гг. XX в. - период необыкновенно быстрого развития радиоастрономии. Ежегодно радиоволны приносили из космоса новые удивительные сведения о природе небесных тел.
Сегодня радиоастрономия использует самые чувствительные приемные устройства и самые большие антенны. Радиотелескопы проникли в такие глубины космоса, которые пока остаются недосягаемыми для обычных оптических телескопов. Перед человеком раскрылся радиокосмос - картина Вселенной в радиоволнах.
Астрономические инструменты для наблюдений устанавливают на астрономических обсерваториях . Для строительства обсерваторий выбирают места с хорошим астрономическим климатом, где достаточно велико количество ночей с ясным небом, где атмосферные условия благоприятствуют получению хороших изображений небесных светил в телескопах.
Атмосфера Земли создает существенные помехи при астрономических наблюдениях. Постоянное движение воздушных масс размывает, портит изображение небесных тел, поэтому в наземных условиях приходится применять телескопы с ограниченным увеличением (как правило, не более чем в несколько сотен раз). Из-за поглощения земной атмосферой ультрафиолетовых и большей части длин волн инфракрасного излучения теряется огромное количество информации об объектах, являющихся источниками этих излучений.
В горах воздух чище, спокойнее, и поэтому условия для изучения Вселенной там более благоприятные. По этой причине еще с конца XIX в. все крупные астрономические обсерватории сооружались на вершинах гор или высоких плоскогорьях. В 1870 г. французский исследователь П. Жансен использовал для наблюдений Солнца воздушный шар. Такие наблюдения проводятся и в наше время. В 1946 г. группа американских ученых установила спектрограф на ракету и отправила ее в верхние слои атмосферы на высоту около 200 км. Следующим этапом заатмосферных наблюдений было создание орбитальных астрономических обсерваторий (ОАО) на искусственных спутниках Земли. Такими обсерваториями, в частности, являются советские орбитальные станции "Салют".
Орбитальные астрономические обсерватории разных типов и назначений прочно вошли в практику современных исследований космического пространства.
Астрономические инструменты - это приборы и аппараты которые используются в ходе астрономических наблюдений за небесными объектами.
Первыми в истории подобными инструментами были гномоны, позже появились такие инструменты как астролябия, квадрант и секстант.
В Новое время, в XVII веке, в Европе появились в телескопы. Первый телескоп был создан знаменитым итальянским астрономом Галилео Галилеем. В ХХ веке на вооружении астрономов появились более совершенные приборы. Это были радиотелескопы, рентгеновские, нейтринные, а также гравитационные телескопы.
Гномон и астролябия
Гномон – из всех астрономических инструментов он является наиболее древним. Он представляет собою поставленный вертикально столбик. Таким предметом может быть обелиск или колонна, например. Используя его, древние могли узнавать по наименьшей его тени в полдень угловую высоту Солнца. В результате, полуденная кратчайшая тень указывала и направление истинного меридиана.
Считается, что его изобрел древнегреческий философ Анаксимандр, из древнегреческого города Милет, расположенного в Малой Азии, на берегу Эгейского моря.
Кроме того, гномоном называли ещё и часть солнечных часов. В них по направлению его тени можно определить время.
С помощью гномонов можно определить следующие астрономические величины:
- астрономический полдень. Астрономическим полднем считается момент, когда длина тени гномона становится наименьшей.
- направление на географический полюс – такое направление можно выяснить по направлению тени гномона в астрономический полдень.
- широта места – её определяют по длине тени, которую можно наблюдать в астрономический полдень.
Замечание 1
Чем выше сам гномон, тем выше его точность.
Астролябия. Этот астрономический инструмент также является одним из древнейших в мире. Он использовался для измерения горизонтальных углов и определения широты и долготы тех или иных небесных тел. Само слово астролябия происходит от древнегреческого слова, означающего «берущий звезды». Астролябия работала по принципу стереографической проекции, которая переводила окружность на сфере в окружность на плоскости.
Этот прибор использовался для определения времени и продолжительности дня, математических вычислений и астрологических предсказаний.
Впервые астролябия появилась во времена Древней Греции. Её изобретателем считается Аполлоний Пергский, живший в третьем веке до нашей эры.
Начиная с восемнадцатого века, астролябия стала использоваться при межевании земель, чтобы измерить горизонтальные углы при работе. В настоящее время астролябия вытеснена теодолитом.
Квадрант и секстант
Квадран т является ранним прототипом другого астрономического прибора секстанта и предназначен для определения высот небесных объектов и угловых расстояний между светилами.
Квадрант устроен из пластины с лимбом в четверть окружности, для того чтобы иметь возможность отсчитывать углы. Также у квадранта есть планка для телескопа
Использовались большие стенные квадранты, которые прикреплялись к стенам астрономических обсерваторий. К концу семнадцатого века квадрант вышел из употребления.
Секстант . Это измерительный навигационный прибор, который используется для измерения высоты Солнца и иных небесных объектов над горизонтом. Целью таких измерений является определение географических координат той точки, в которой, собственно, и производится измерения.
Под горизонтом, в основном, понимается горизонт моря. А под точкой измерения понимается судно, с которого и производится операция.
Использование секстанта позволяет узнать широту того места, в котором располагается наблюдатель. Для этого нужно узнать высоту Солнца, а также дату, в которой и производилось измерение.
Также с помощью секстанта можно проводить измерение горизонтального угла, который расположен между направлениями на разные объекты.
Секстант был изобретен независимо друг от друга в 1730 году английским математиком Джоном Хэдли и американским изобретателем Томасом Годфри
Секстант основан на принципе совмещения изображений при использовании двойного отражения одного из них. Такой метод был придуман ещё Исааком Ньютоном в 1699 году, однако, не был опубликован.
Телескопы
Телескоп - это прибор, с помощью которого люди могут проводить визуальные наблюдения отдалённых небесных объектов.
Замечание 2
Изобретателем телескопа считается Галилео Галилей который в 1609 году создал телескоп с восьмикратным увеличением, имевшим длину около полуметра. Само, название, «телескоп» было предложено в 1611 году греческим математиком Иоаннисом Димисианосом.
Различают несколько видов телескопов.
Оптический телескоп – телескоп, который собирает и фокусирует электромагнитное излучение оптического диапазона. С помощью оптического телескопа происходит увеличение наблюдаемого объекта, и его становится возможным наблюдать или фотографировать.
Оптические телескопы в основном делятся на следующие типы:
- Линзовые телескопы – в них в качестве объектива используется линза либо система линз.
- Зеркальные телескопы, они же рефлекторы, в них в роли объектива выступает вогнутое зеркало.
- Зеркально-линзовые телескопы – в таких телескопах объективом выступает в основном сферическое главное зеркало.. В качестве компенсации его аберраций используются линзы.
Радиотелескопы . Они применяются при изучении космических объектов в радиодиапазоне.
Радиотелескоп состоит из таких основных элементов как принимающая антенна, принимающая аппаратура и радиометр, являющийся чувствительным радиоприемником, который перестраивается по частоте.
Так как радиодиапазон является больше оптического, то для отслеживания и регистрации радиоизлучения специалисты используют радиотелескопы той конструкции, которая подходит для того или иного радиодиапазона.
Для регистрации радиоизлучения в длинноволновой области телескопы составляются из большого числа от десятков до тысяч элементарных приемников, в основном диполей.
Если нужен радиодиапазон коротких волн, то специалистами используется полу- или полноповоротные параболические антенны.
Радиоинтреферометрия - радиотелескопы, расположенные в разных частях земного шара и объединенные в одну сеть.
Рентгеновский телескоп – такой телескоп используется при наблюдении объектов в рентгеновском спектре. Поскольку атмосфера Земли не является прозрачной для рентгеновских лучей, то такие телескопы используют на искусственных спутниках или высотных ракетах.
Гравитационно-волновой телескоп или детектор гравитационных волн используется для поиска и регистрации гравитационных волн.
Детектор гравитационных волн (гравитационно-волновой телескоп) техническое устройство, предназначенное для регистрации гравитационных волн. Такие волны могут образовываться в результате процесса слияния двух черных дыр.
Впервые такие волны были непосредственно обнаружены в 2015 году. Таким образом, было подтверждено одно из утверждений общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
Загрузка...