Сообщение на тему древние астрономические инструменты. Астрономические инструменты
и инструменты навигации
Армиллярная сфера
Астролябия
Квадрант
Секста́нт
Хронометр морской
Морской компас
Универсальный инструмент
Армиллярная сфера есть собрание кругов, изображающих важнейшие дуги небесной сферы. Она имеет целью изобразить относительное положение экватора, эклиптики, горизонта и других кругов.
Астролябия (от греческих слов: άστρον - светило и λαμβάνω - беру), планисфера, аналемма - угломерный снаряд, употребляющийся для астрономических и геодезических наблюдений. А. применялась Гиппархом для определения долгот и широт звезд. Она состоит из кольца, которое устанавливалось в плоскости эклиптики, и перпендикулярного к нему кольца, на котором отсчитывалась широта наблюдаемого светила, после того как на него были наведены диоптры инструмента. По горизонтальному кругу отсчитывалась разность долгот между данным светилом в каким-нибудь другим. В позднейшее время А. была упрощена, в ней был оставлен только один круг, посредством которого мореплаватели отсчитывали высоту звезд над горизонтом. Круг этот подвешивался на кольце в вертикальной плоскости, и посредством алидады, снабженной диоптрами, наблюдались звезды, высота которых отсчитывалась на лимбе, к которому впоследствии приделывался нониус. Позднее вместо диоптр стали употреблять зрительные трубы, и, постепенно совершенствуясь, А. перешла в новый тип инструмента - теодолит, который и употребляется теперь во всех тех случаях, когда требуется некоторая точность измерений. В землемерном искусстве А. еще продолжает применяться, где при достаточно тщательной градуировке она позволяет измерять углы с точностью до минут дуги.
Гномо н (др.-греч. γνώμων - указатель) - древнейший астрономический инструмент, вертикальный предмет (стела, колонна, шест), позволяющий по наименьшей длине его тени (в полдень) определить угловую высоту солнца.
Квадрант (лат. quadrans, -antis, от quadrare - сделать четырехугольным) - астрономический инструмент, для определения зенитальных расстояний светил.
Октант (в морском деле - октан) - угломерный астрономический инструмент. Шкала октанта составляет 1/8 часть окружности. Октант применялся в мореходной астрономии; практически вышел из употребления.
Секстант (секстан) - навигационный измерительный инструмент, используемый для измерения высоты светила над горизонтом с целью определения географических координат той местности, в которой производится измерение.
Квадрант, октант и секстант отличаются только долей окружности (четвёртая, восьмая и шестая часть соответственно). В остальном это тот же прибор. Современный секстант имеет оптический визир.
Астрономический компендиум
представляет собой набор небольших инструментов для математических расчетов в едином футляре. Он обеспечивал пользователю множество вариантов в готовом формате. Это был не дешевый набор и, очевидно, указывал на богатство владельца. Этот сложный экспонат был изготовлен Джеймсом Кинвином для Роберта Деверю, второго графа Эссекса (1567 – 1601), чье оружие, гребень шлема и девиз выгравированы на внутренней стороны крышки. В компендиум входят пассажный инструмент для определения времени ночи по звездам, перечень широт, магнитный компас, перечень портов и гаваней, вечный календарь и лунный указатель. Компендиум мог использоваться для определения времени, высоты прилива в портах, а также календарных расчетов. Можно сказать, что это древний миникомпьютер.
Астроном Клавдий Птолемей, работавший в Александрии во II веке н. э., подвел итоги работ древнегреческих астрономов, главным образам Гиппарха, а также собственных наблюдений и построил совершенную теорию движения планет на основе геоцентрической системы мира Аристотеля .
Кла́вдий Птолеме́й (Κλαύδιος Πτολεμαῖος , лат. Ptolemaeus), реже Птоломе́й (Πτολομαῖος , Ptolomaeus) (ок. 87-ок.165) - древнегреческий астроном, астролог, математик, оптик, теоретик музыки и географ. В период с 127 по 151 год жил в Александрии, где проводил астрономические наблюдения.
Несмотря на то, что Клавдий Птолемей - одна из крупнейших фигур в астрономии позднего эллинизма, о его жизни и деятельности нет никаких упоминаний у современных ему авторов.
Собрание астрономических знаний древней Греции и Вавилона Птолемей изложил в своем труде «Великое построение», больше известном под названием «Альмагест» (до европейцев его труд донесли арабы, так звучит в переводе с греческого «мэгистос» - величайший) – труд из 13 книг.
В «Альмагест» изложена геоцентрическая система мира , согласно которой Земля находится в центре мироздания, а все небесные тела обращаются вокруг нее.
В основе этой модели лежат математические расчеты, сделанные Евдоксом Книдским, Гиппархом, Аполлонием Пергским и самим Птолемеем. А практическим материалом послужили астрономические таблицы Гиппарха, который опирался, помимо греческих наблюдений, на записи вавилонских астрономов.
Ключевые положения, на которых строится система Птолемея
- Небосвод представляет собой вращающуюся сферу.
- Земля является шаром, помещённым в центре мира.
- Земля может считаться точкой по сравнению с расстоянием до сферы неподвижных звёзд.
- Земля неподвижна.
Свои положения Птолемей подтверждает опытами. Других мнений и взглядов не признает.
О движении светил
Каждая планета, согласно Птолемею, равномерно движется по кругу (эпициклу), центр которого движется по другому кругу (деференту). Это позволяет объяснить видимую неравномерность движения планет и в некоторой степени изменение их яркости.
Для Луны и планет Птолемей вводит дополнительные деференты, эпициклы, эксцентрики и широтные колебания орбит, в результате чего положение всех светил определялось с ничтожной по тем временам ошибкой - порядка 1°. Это надолго обеспечило надёжность вычисления планетных эфемерид (звёздные эфемериды - таблицы видимых положений звёзд). Но по теории Птолемея расстояние до Луны и её видимый размер должны были сильно меняться, чего реально не наблюдается. Кроме того, в рамках геоцентризма было необъяснимо, почему базовый период обращения по первому эпициклу для верхних планет был в точности равен году и почему Меркурий и Венера никогда не отходят далеко от Солнца, вращаясь вокруг Земли синхронно с ним.
Движение планеты по деференту у Птолемея представлялось равномерным не по отношению к центру деферента, а по отношению к особой точке, симметричной с центром Земли относительно центра деферента.
Звездный каталог
Птолемей дополнил звездный каталог Гиппарха; число звёзд в нем увеличено до 1022. Положения звёзд из каталога Гиппарха Птолемей, по-видимому, скорректировал, приняв для прецессии (прецессия - явление, при котором момент импульса тела меняет своё направление в пространстве под действием момента внешней силы) неточное значение 1˚ в столетие (правильное значение ~1˚ за 72 года).
Отклонение движения Луны
В «Альмагесте» содержится описание открытого Птолемеем явления отклонения движения Луны от точного кругового. Он дает астрологические характеристики так называемых «неподвижных звёзд».
Астрономические инструменты Птолемея
Здесь же описаны астрономические инструменты, которыми пользовался Птолемей: армиллярная сфера (астролабон) - инструмент для определения эклиптических координат небесных тел, трикветрум для измерения угловых расстояний на небе, диоптр для измерения угловых диаметров Солнца и Луны, квадрант и меридианный круг для измерения высоты светил над горизонтом, и равноденственное кольцо для наблюдения времени равноденствий
Математические задачи для астрономических расчетов
В «Альмагесте» решены некоторые математические задачи, имевшие практическое значение для астрономических расчётов: построена таблица хорд с шагом в полградуса, доказана теорема о свойствах четырёхугольника, известная ныне как теорема Птолемея (вокруг четырехугольника можно описать окружность тогда и только тогда, когда произведение его диагоналей равно сумме произведений его противоположных сторон).
Расчётные методы Птолемея вавилонского происхождения: употребляются шестидесятеричные дроби, полный угол делится на 360 градусов, введён специальный символ нуля для пустых разрядов и т. д.
Для астрономических расчетов используется подвижный древнеегипетский календарь с фиксированной длиной года в 365 дней.
До появления гелиоцентрической системы «Альмагест» оставался важнейшим астрономическим трудом, книгу Птолемея изучали и комментировали во всём цивилизованном мире. В VIII в. она была переведена на арабский язык, а ещё через век она дошла и до средневековой Европы. Гелиоцентрическая система мира Птолемея господствовала в астрономии до XVI века, т.е. почти 15 веков.
Но его труд неоднократно подвергался и критике, а в 1977 г. американский физик Роберт Рассел Ньютон опубликовал книгу «Преступление Клавдия Птолемея», в которой обвинял Птолемея в фальсификации данных, а также в выдаче достижений Гиппарха за свои.
Но ученые считают эти обвинения малообоснованными, так как анализ данных, изложенных Птолемеем в труде «Альмагеста», показывает, что значительная их часть, особенно для самых ярких звёзд, принадлежит самому Птолемею.
Другие труды Птолемея
Он написал трактат о музыке «Гармоника» , в котором создал теорию гармонии, в трактате «Оптика» экспериментально исследовал преломление света на границе воздух-вода и воздух-стекло и предложил свой закон преломления (приближенно выполняющийся лишь для малых углов), впервые верно объяснил кажущееся увеличение Солнца и Луны на горизонте как психологический эффект. В книге «Четверокнижие» Птолемей подвел итог своих статистических наблюдений о продолжительности жизни людей: так, пожилым считался человек в возрасте от 56 до 68 лет, и только после этого он считался старым. В труде «География» он оставил подробное руководство по составлению атласа мира с указаниями точных координат каждого пункта.
В тех местах на Земле, где зародились древнейшие цивилизации, сохранилось множество письменных документов, из которых видно, что с появлением письменности стала развиваться и астрономия. Наличие письменности позволяло астрономам надежнее сохранять свои наблюдения и знания об окружающем их мире. Письменная история астрономии берет начало в III-II тысячелетиях до н. э.
Поначалу развивалась наблюдательная астрономия, которая рассматривалась как часть астрологии. Для того чтобы получать более точные сведения о передвижениях небесных тел, человек придумал гномон и астрономический календарь. Креме этого, к древнейшим астрономическим инструментам относятся устройства типа отвеса с подвижней линейкой. Их направляли на Солнце для определения углового расстояния от зенита.
Накопление наблюдений и сведений о закономерностях небесных явлений привело к развитию новой науки, причем в разных странах обращали внимание на различные астрономические явления. Люди решали одни и те же задачи, описывали движения светил. Но главным было все-таки социально-экономическое различие, другой уклад жизни общества. Наиболее крупные государства (Вавилон, Египет, Китай) имели развитые торговые и государственные связи. Благодаря этому в области науки у них существовало взаимное влияние.
Государство Вавилон возникло на берегах Евфрата примерно во II тысячелетии до н. э. Согласно письменным источникам, вавилоняне уже в те времена систематически вели наблюдение за небом. Поначалу они просто фиксировали небесные явления, которые воспринимались ими как астральные божества. И только в VII веке до н. э. получила бурное развитие вавилонская математическая астрономия. Она при помощи необычных моделей и методов описывала движение светил. Прежде всего, вавилонянами была выделена на небе Луна, затем Сириус, Орион и Плеяды. Все эти звезды описаны на глиняных табличках, относящихся ко II тысячелетию до н. э. В это же время в Вавилоне появилась официальная должность придворного астронома. Он наблюдал и записывал наиболее важные изменения и явления на небе.
Систематизировав все астрономические записи, вавилоняне изобрели лунный календарь. Немного позднее он был усовершенствован. В календаре было 12 синодических лунных месяцев по 29 и 30 дней поровну, год равнялся 354 дням. Вавилонянам был известен и солнечный год. Для того чтобы согласовать с этим годом лунный календарь, они от случая к случаю делали вставки 13-го месяца.
Начиная с 763 года до н. э. вавилоняне составили практически полный список затмений. Впоследствии эти записи использовал Птолемей. Вставки в календарь, предсказание затмений и другие нужды — все это потребовало развития математики. Достижения вавилонян в математике были очень высокими. Они были знакомы со стереометрией, задолго до греков сформулировали теорему, которая сейчас называется «теорема Пифагора». В IV веке до н. э. в Вавилоне была изобретена эклиптическая система небесных координат. Там же астрономы составили таблицы лунных эфемерид, точно показывавших положение Луны.
Государство Египет, как полагают историки, существовало уже в IV тысячелетии до н. э. Побудительным мотивом интереса египтян к изучению неба стало, скорее всего, сельское хозяйство, полностью зависели от разливов Нила. Разливы происходили строго периодично, в определенный сезон, и египтяне сразу подметили их связь с полуденной высотой Солнца. Поэтому они и стали поклоняться Солнцу как главному богу Ра.
В Египте установилась власть фараонов, которых простые люди обожествляли. Фараоны учредили должность придворного астронома и тщательно следили за развитием этой науки, которая имела не только прикладные, но и хозяйственные и социально-политические цели. Кроме этого, астрономией занимались жрецы и специальные чиновники, которые вели записи.
Согласно египетскому мифу, Солнце возникло из цветка лотоса, который, в свею очередь, появился из первичного водяного хаоса. Практически с самого начала зарождения цивилизации у египтян существовала религиозно-мифологическая картина мира, имеющая астрономическую основу. По их мнению, Земля является центром Вселенной, вокруг которого вращаются все светила. А Меркурий и Венера обращаются еще и вокруг Солнца.
Поздняя астрономия получила в наследство от египтян 365-дневный календарь без вставок. Он использовался европейскими астрономами до XVI века.
Астрономия как наука была известна и в Китае. Примерно во II-I тысячелетии до н. э. китайскими астрономами небо было разделено на 28 участков-созвездий, в которых двигались Солнце, Луна и планеты. Потом они выделили Млечный Путь, назвав его явлением неизвестной природы. Самый ранний звездный каталог, включающий свыше 800 звезд, был составлен Гань Гуном и Ши Шэнем приблизительно в 355 году до н. э. Это примерно на сто лет раньше Тимохариса и Аристилла в Греции. Немного позднее знаменитый китайский астроном Чжан Хэн поделил небо на 124 созвездия и зафиксировал около 2,5 тысячи видимых звезд.
С III века до н. э. в Китае пользовались солнечными и водяными часами. Все астрономические наблюдения велись со специальных площадок-обсерваторий.
Как и у других народов древности, общие представления китайцев о Вселенной имели мифологическую основу. Центром мира у них считалась Китайская империя («Поднебесная, или Серединная, империя»). Вообще, история космогонических представлений древних китайцев дошла до настоящего времени в хрониках ранних династий. В это время было создано учение о пяти земных первоэлементах-стихиях. Это вода, огонь, металл, дерево, земля. Число стихий связано с древним делением на пять сторон света, а также соответствует числу подвижных звезд-планет. Символически это можно представить в сочетаниях: вода — Меркурий — север, огонь— Марс— юг, металл — Венера — запад, дерево — Юпитер— восток, земля — Сатурн — центр. Кроме этого, существовал еще и шестой элемент — ци (воздух, эфир).
В VIII-VII веках до н. э. возникла идея всеобщего изменения в природе и зарождения самой Вселенной. Считалось, что она появилась в результате борьбы двух противоположных начал — положительного, светлого, активного, мужского (ян) и отрицательного, темного, пассивного, женского (инь).
В связи с тем что Китай со временем стал замкнутой страной, развитие наук, в том числе и астрономии, затормозилось.
Не меньший интерес вызывает и Индия. Самыми древними источниками, рассказывающими об астрономических занятиях древних индийцев, считаются печати с изображениями на космогонические мифологические темы (которые датируются III тысячелетием до н. э.). Содержащиеся на них короткие надписи не расшифрованы и по сей день. Печати относятся к индской цивилизации, главными городами которой являлись Хараппа, Мохенджо-Даро, Калибанган. К XVII-XVI векам центры индской культуры были значительно ослаблены землетрясениями и внутренними противоречиями, а затем окончательно разрушены ариями и индо-ираноязычными племенами, давшими начало нынешнему населению Индии.
Документов об астрономических наблюдениях периода индской культуры сохранилось очень немного, но по ним все же можно понять, как складывались представления древних индусов о Вселенной. Первыми объектами исследования были Солнце и Лука. Как и у других древних народов, астрономическими изысканиями занимались жрецы, которые и составили впоследствии календарь. В нем начиная с VI века до н. э. в названиях дней семидневной недели были использованы имена семи подвижных светил: первый день Луны, второй — Марса, третий — Меркурия, четвертый — Юпитера, пятый — Венеры, шестой — Сатурна, седьмой — Солнца. Некоторое сходство с египетским календарем придавало деление месяца на две половины. В древнеиндийской астрономии это были светлая и темная половины.
На представление древних греков о Вселенной большое влияние оказали более ранние культуры: египетская, щумеро-вавилонская и, вероятно, древнеиндийская. Греция имела связи с Египтом, Вавилоном, с государствами Ближнего Востока.
Астрономическими наблюдениями занимались многие греческие философы и астрономы. Из поэм Гесиода и Гомера известно, что древним грекам были знакомы многие созвездия. Они даже создали практически о каждом из них свею легенду.
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.
ДРЕВНЕЙШИЕ АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ
Вся история астрономии связана с созданием инструментов, позволяющих повысить точность астрономических наблюдений. Первыми появились угломерные инструменты.
Самый древний угломерный инструмент - это гномон. Он использовался для определения высоты Солнца над горизонтом и представлял собой вертикальный столб на горизонтальной площадке. С помощью такого простейшего приспособления можно было отмечать дни солнцестояний, а значит, фиксировать продолжительность года. Чем гномон выше, тем длиннее отбрасываемая им тень, тем точнее измерения.
Астрономический посох использовался для определения положения светил над горизонтом. Он представлял собой две скрещенные линейки с укрепленными на концах одной из них стержнями - визирами. Эта линейка перемещалась вдоль делений относительно глаза наблюдателя, и по ее положению можно было судить о высоте светила и угле между направлениями на две звезды.
Армилла - древний астрономический инструмент для измерения углов на небесной сфере, состоявший из подвижных колец, изображавших различные круги небесной сферы.
Наибольшую точность измерений давал квадрант - четверть градуированного круга с подвижной линейкой. Если вместо четверти использовали шестую часть круга, то инструмент назывался секстант, а если восьмую - октант. Чем крупнее был инструмент, чем точнее была его градуировка и установка в вертикальной плоскости, тем более точные измерения можно было с ним выполнить.
Астролябия относится к тому же типу инструментов. Моделью небесной сферы с ее важнеишими точками и кругами, меридианом, горизонтом, полюсами и осью мира, эклиптикой служила армиллярная сфера, или попросту армилла. Ее как наглядное пособие используют до сих пор на учебных занятиях по астрономии.
Древние астрономы умели измерять не только координаты светил, но и время их нахождения в той или иной точке небесной сферы.
Самые древние часы - солнечные. Они состоят из стержня, направленного к Полярной звезде, и циферблата, разделенного на часы и минуты. Тень от стержня выполняла роль стрелки. С помощью таких часов можно было определять время с точностью до минуты, но, к сожалению, в пасмурную погоду они "не работали". Поэтому употребляли песочные и водяные часы, где время измерялось равномерным движением песка или воды.
ПЕРВЫЕ ТЕЛЕСКОПЫ
Телескопы - это астрономические оптические приборы, предназначенные для наблюдения небесных тел. Первые из них были двух видов - линзовые, или рефракторы, и зеркальные, или рефлекторы. У рефракторов объектив, собирающий световые лучи, изготовлен из стеклянных линз, а у рефлекторов объективом служит вогнутое зеркало.
К настоящему времени имя первого изобретателя телескопа доподлинно не установлено. На этот счет существует две версии. Некоторые исследователи отдают пальму первенства голландскому оптику и торговцу стеклянными линзами для очков Захарию Янсену, правда, с оговоркой, что тот, создавая в начале XVII века прибор-дальновидец (так с греческого переводится слово "телескоп"), всего лишь воспользовался идеей неизвестного итальянского изобретателя, сняв с оригинала копию. Другие считают, что первые упоминания о приборе, позднее названном телескопом, встречаются у английского мыслителя, доктора богословия Парижского университета РоЭ-жера Бэкона (1214-1292), и что именно он является его первооткрывателем.
Первым ученым, который провел астрономические исследования с помощью телескопа- рефрактора, был итальянский ученый Галилео Галилей (1564-1642). Узнав в 1609 году об изобретенном в Голландии приборе-дальновидце, он самостоятельно сконструировал зрительную трубу из свинца с двумя стеклянными линзами - плоско-выпуклым объективом и плоско-вогнутым окуляром. Она давала прямое мнимое изображение. Увеличение трубы (первоначально в 3 раза) ученый довел до 32-х раз и в том же году впервые применил этот инструмент для наблюдения неба.
Первые телескопы-рефракторы, имевшие линзовые объективы, давали нечеткое изображение, окрашенное радужным ореолом. В их совершенствовании большая заслуга принадлежит немецкому астроному и математику Иоганну Кеплеру (1571 - 1630). В своем сочинении "Диоптрика" (1611) он разработал схему астрономической трубы с двояковыпуклым объективом и окуляром (труба Кеплера, дающая действительное обратное изображение предмета). Эта схема лежит в основе современных рефракторов.
Первый телескоп-рефлектор появился в 1668 году. Его конструкцию разработал английский ученый Исаак Ньютон (1643-1727), до этого делавший неоднократные попытки усовершенствовать объективы для телескопов-рефракторов. Рефлектор Ньютона (длина - 15 см, диаметр гладкого зеркала - 2,5 см) был свободен от многих оптических недостатков, свойственных рефракторам; с его помощью можно было видеть спутники Юпитера. За свое изобретение ученый был избран членом Лондонского королевского общества (1672).
Совершенствованием телескопов- рефлекторов занимался русский ученый- энциклопедист Михаил Васильевич Ломоносов (1711 - 1765). Он изобрел отражательный телескоп-рефлектор с наклонным (на 4°) зеркалом, дававшим яркое изображение объекта. Наряду с этим, Ломоносов был первым астрономом, который сконструировал и создал прообраз современного горизонтального телескопа с сидеростатом (подвижным зеркалом, с помощью которого свет от небесных объектов направляется в неподвижную астрономическую трубу). Изобретательность помогала русскому ученому создавать приборы для ориентации по звездам при точном измерении времени. Он сам обучал моряков и штурманов. Изобрел даже "ночезрительную трубу" для наблюдения за кораблями ночью и различными небесными явлениями.
Особенно больших успехов в сооружении телескопов-рефлекторов добился великий английский астроном и конструктор Вильям Гершелъ (1738 - 1822). Постепенно увеличивая диаметры изготавливаемых зеркал, он в 1789 году отшлифовал для своего телескопа самое большое зеркало с рабочим диаметром 122 см (полный диаметр зеркала был равен 147 см, а вес - 2 т). В то время это был величайший в мире рефлектор. Конструкция рефлектора Гершеля, сооруженного на открытой площадке, была также весьма внушительной: гигантская труба длиной 12 м приводилась в движение с помощью системы канатов и блоков. Наблюдатель поднимался по приставной лестнице к верхнему концу трубы и, стоя на маленькой площадке, терпеливо ловил слабые лучи, прилетавшие из далекой Вселенной. Уникальный рефлектор Гершеля оставался непревзойденным почти до середины XIX века, когда появился еще более крупный зеркальный телескоп (с фокусным расстоянием более 18 м и диаметром зеркала 183 см) английского астронома Вильяма Пар-сонса (1800-1867).
ПЕРВЫЕ АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ОБСЕРВАТОРИИ
Создание первых астрономических обсерваторий (т. е. учреждений, в которых ведутся систематические наблюдения за небесными светилами и явлениями) теряется в глубокой древности. Они существовали в Египте, Вавилоне, Ассирии, Персии, Индии и некоторых других государствах еще за несколько тысячелетий до нашей эры.
Древнейшая обсерватория обнаружена на территории Республики Армения у холма Мецамор близ Еревана. По мнению археологов, обсерватория эта была построена более пяти тысяч лет назад, задолго до образования Урарту - мощного государства древнего мира.
К числу древнейших обсерваторий в мире специалисты относят комплекс сооружений, расположенный на территории американского штата Луизиана в средней части реки Миссисипи (II тыс. до н. э.). Он состоит из шести восьмигранников правильной формы, разделенных четырьмя радиальными проходами, причем две постройки расположены на местах, соответствующих направлениям заката Солнца в дни зимнего и летнего солнцестояния.
По мнению многих специалистов, к числу самых древних обсерваторий относятся и знаменитые на весь мир развалины Стоунхенджа. Это сооружение было построено примерно во II - III тысячелетии до нашей эры в местечке, расположенном посередине Солсберийского плоскогорья в 128 км от Лондона. По внешней окружности Стоунхенджа (что в буквальном смысле слова означает "висящие камни") возвышаются 30 каменных столбов голубоватого цвета высотой около 5,5 м каждый, верхние грани которых связаны между собой мощной каменной цепью. Внутри этой древней крепости находится огромная глыба, выстроенная из еще более гигантских столбов (высота их - 8,5 м, а масса - 50 т). По форме она напоминает подкову. Кроме внешнего "кольца" и главной "подковы" во внутренней части сооружения выложены еще несколько более мелких, расположенных в строгой последовательности одна внутри другой. Принято считать, что в Стоунхендже древние наблюдатели могли определять дни весеннего и осеннего равноденствия, а также зимнего и летнего солнцестояния.
Одна из самых первых постоянно действующих обсерваторий была построена в Китае (XII век до н. э.). Она представляла собой башню с площадкой наверху, предназначенной для размещения переносных угломерных инструментов. Астрономы Древнего Китая ввели в употребление солнечные и лунные календари, составляли звездные каталоги, изготовили звездный глобус, аккуратно регистрировали появление комет, вспышки ярких звезд. Эти наблюдения, сведения о которых пришли из глубины веков, ценны и для современной астрономии. Кроме того, древние китайские астрономы первыми открыли пятна на Солнце, о чем сделана запись в одной из китайских летописей.
Грандиозное сооружение представляла собой великолепная обсерватория, построенная на окраине древнего Самарканда султаном Улуг-беком (1394-1449). Это было цилиндрическое трехэтажное здание с множеством окон и помещений. В центре здания находился широкий проем, расположенный по меридиану, в котором располагался главный угломерный инструмент обсерватории - исполинский секстант. Размеры его огромны - радиус дуги больше 40 м. Визиры инструмента передвигались по специальным рельсам, и с их помощью фиксировалось направление на небесное светило. Наряду с основным измерительным инструментом Улугбек и его помощники использовали при астрономических наблюдениях и переносные угломерные приборы. В обсерватории Улугбека впервые была измерена важнейшая астрономическая величина - наклон эклиптики к экватору, составлен знаменитый звездный каталог, содержащий положения на небе 1018 звезд (в течение долгого времени он считался лучшим в мире), определены географические координаты различных мест в Средней Азии. Улугбеком написана теория затмений. Про него Алишер Навои говорил, что он "протянул руку к наукам и добился много. Перед его глазами небо стало близким и опустилось вниз". Просветительская и научная деятельность столь необычного для средневекового Востока правителя вызывала ненависть мусульманских фанатиков. Улугбек был убит, погибла и его прекрасная обсерватория. В настоящее время она частично восстановлена и превращена в музей.
Астрономические обсерватории современного типа появились в XVII веке после изобретения телескопа. Самыми первыми среди них были Парижская (1667) и Гринвичская (1675), до сих пор считающаяся одной из самых крупных обсерваторий мира. Наряду с угломерными инструментами в этих обсерваториях использовались большие телескопы-рефракторы. К концу XVIII века государственные обсерватории функционировали по всему миру и их число достигло 100, а к концу XIX века таких обсерваторий было уже около 400.
