Что такое астролябия

История

Астролябия впервые появилась в Древней Греции. Принцип стереографической проекции, переводящей окружности на сфере в окружности на плоскости открыл Аполлоний Пергский. Витрувий в своём сочинении «Десять книг об архитектуре», описывая астрономический инструмент, называемый «пауком», сообщает, что его «изобрёл астроном Евдокс, а иные говорят — Аполний». Одной из составных частей этого инструмента служил барабан, на котором, по словам Витрувия, «нарисовано небо с зодиакальным кругом».

Стереографическую проекцию описал во II веке н. э. Клавдий Птолемей в сочинении «Планисферий». Впрочем, «астролабоном» сам Птолемей называл другой инструмент — армиллярную сферу. Окончательный вид астролябии был разработан в IV в. н. э. Теоном Александрийским, который называл это устройство «малый астролабон». Первые дошедшие до нас трактаты об астролябии принадлежат философам и богословам Синезию (IV—V века н. э.), Иоанну Филопону (VI век н. э.), Северу Себохту (VII век н. э.)

Учёные исламского Востока усовершенствовали астролябию и стали применять её не только для определения времени и продолжительности дня и ночи, но также для осуществления некоторых математических вычислений и для астрологических предсказаний. Известно немало сочинений средневековых исламских авторов о различных конструкциях и применении астролябии. Таковы книги ал-Хорезми, ал-Аструлаби, аз-Заркали, ас-Сиджизи, ал-Фаргани, ас-Суфи, ал-Бируни, Насир ад-Дина ат-Туси и др.

С XII века астролябии становятся известны в Западной Европе, где вначале использовали арабские инструменты, а позднее стали изготовлять свои по арабским образцам. В XIV в. широкой популярностью пользовались трактаты по устройству астролябии, написанные знаменитым писателем Джеффри Чосером и византийским учёным Никифором Григорой.

Пика своей популярности в Европе астролябия достигла в эпоху Возрождения, в XV—XVI столетиях, она наряду с армиллярной сферой была одним из основных инструментальных средств астрономического образования. Знание астрономии считалось основой образования, а умение пользоваться астролябией было делом престижа и знаком соответствующей образованности. Европейские мастера, подобно своим предшественникам арабам, уделяли большое внимание художественному оформлению, так что астролябии стали предметом моды и коллекционирования при королевских дворах. В XVI веке их стали делать на основе собственных расчётов, чтобы применять в европейских широтах.

Одним из лучших инструментальщиков XVI века был фламандский мастер Гуалтерус Арсениус. Его астролябии отличались точностью и изяществом форм, поэтому разные знатные особы заказывали ему их изготовление. Одна из них, изготовленная Арсениусом в 1568 году и принадлежавшая в своё время австрийскому полководцу Альбрехту фон Валленштейну, хранится ныне в Музее М. В. Ломоносова.

Современным потомком астролябии является планисфера — подвижная карта звёздного неба, используемая в учебных целях.

Устройство астролябии

Основой классической астролябии служит «тарелка» — круглая деталь с высоким бортом и подвесным кольцом для точной нивелировки прибора относительно горизонта. Внешний лимб тарелки имеет шкалу, оцифрованную в градусах и в часах.

В эту «тарелку» вложен «тимпан» — круглый плоский диск, на поверхности которого нанесены в стереографической проекции точки и линии небесной сферы, сохраняющиеся при её суточном вращении: это находящийся в центре тимпана полюс мира и концентрические с ним окружности небесного экватора, северного тропика и южного тропика (который обычно служил границей тимпана); затем — прямая вертикальная линия небесного меридиана; наконец, горизонт, его параллели («альмукантараты»), точка зенита и проходящие через неё азимутальные круги. Положение горизонта и зенита будет разным для разных широт места наблюдения, поэтому для наблюдений, производимых в разных широтах, должны быть изготовлены разные тимпаны.

На тимпан накладывается «паук» — круглая фигурная решётка, на которой в этой же стереографической проекции с помощью изогнутых стрелок указано расположение самых ярких звёзд, расположенных севернее южного тропика. На «пауке» обозначен также зодиакальный круг со шкалой, показывающей годовое движения Солнца по эклиптике. Шкала некоторых астролябий отражает даже неравномерность этого годового движения.

Удобство применения стереографической проекции в астролябии состоит в том, что в этой проекции все окружности на сфере отображаются в окружности или прямые на плоскости; но прямые и окружности проще всего строятся и гравируются при изготовлении тимпана и паука. Альмукантараты образуют на тимпане гиперболический пучок окружностей, азимутальные линии — сопряжённый с ним эллиптический пучок окружностей.

Всё скрепляется осью, проходящей через центральные отверстия перечисленных деталей. На этой же оси с тыльной стороны тарелки крепится алидада — визирная линейка с диоптрами. На тыльной стороне нанесена круговая градусная шкала, по которой производятся визирные отсчёты. Здесь также могут находиться разнообразные номографические шкалы, такие как шкала тангенсов («прямая тень», umbra recta) и котангенсов («обратная тень», umbra versa), шкала для пересчёта равных часов, возникающих при делении суток на 24 части, в так называемые «неравные часы», шкала для определения киблы и т. д.

Другие виды астролябий

Челнообразная астролябия. Как писал ал-Бируни, устройство этой астролябии, изобретённой ас-Сиджизи, происходит «из убеждения некоторых людей в том, что упорядоченное движение Вселенной принадлежит Земле, а не небесной сфере». На её тимпане изображаются эклиптика и звёзды, а на подвижной части — горизонт и альмукантараты.

Совершенная астролябия. В этой астролябии, изобретённой ас-Сагани, за центр проектирования принимается не северный полюс мира, а произвольная точка небесной сферы. В этом случае основные круги сферы изображаются на тимпане уже не кругами и прямыми линиями, но кругами и коническими сечениями.

Универсальная астролябия. В этой астролябии, изобретённой аз-Заркали, за центр проектирования взята одна из точек равноденствия. В этом случае небесный экватор и эклиптика изображаются на тимпане прямыми линиями. Тимпан этой астролябии, в отличие от тимпанов обычных астролябий, пригоден для любой широты. Функции паука обычной астролябии здесь выполняет линейка, вращающаяся вокруг центра тимпана и называемая «подвижным горизонтом».

Сферическая астролябия. Небесная сфера представлена в этой астролябии в виде сферы, и её паук также имеет сферическую форму.

Наблюдательная астролябия. Эта астролябия представляет собой комбинацию армиллярной сферы и обычной астролябии, встроенной в кольцо, изображающее меридиан.

Линейная астролябия. Эта астролябия, изобретённая Шараф ад-Дином ат-Туси, представляет собой стержень с несколькими шкалами, с прикреплёнными к нему визирными нитями.

Морская астролябия. Это устройство, изобретённое португальскими мастерами в начале XV века, представляет собой чисто наблюдательный прибор и не предназначено для произведения аналоговых вычислений.

Ссылки

  • Астролябия // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Гипатия и астролябия (свидетельства)

Фалес Милетский •</span> Анаксимандр • Анаксимен • Клеострат Тенедосский • Анаксагор • Евктемон • Метон Афинский • Гиппократ Хиосский • Филолай • Бион • Филипп • Евдокс • Гикет • Гераклид Понтийский • Пифей • Каллипп • Автолик • Аристилл • Тимохарис • Фидий • Аристарх • Арат из Сол • Конон Самосский • Эратосфен • Аполлоний • Селевк • Атталий Родосский • Гиппарх • Гипсикл • Феодосий • Аглаоника • Посидоний • Гемин • Акорей • Страбон • Андроник • Созиген Александрийский • Клеомед • Агриппа • Менелай Александрийский • Теон Смирнский • Клавдий Птолемей • Созиген (перипатетик) • Теон Александрийский • Энопид Хиосский</div></td></tr>

Альмагест (Птолемей) •</span> О размерах и расстояниях (Гиппарх) • О размерах и расстояниях (Аристарх) • O небе (Аристотель)</div></td></tr>

Антикитерский механизм •</span> Армиллярная сфера • Астролябия • Диоптра • Экваториальный круг • Гномон • Квадрант • Трикветрум</div></td></tr>

Цикл Каллиппа •</span> Небесные сферы • Параллель • Противоземля • Эпицикл • Эквант • Геоцентрическая система мира • Гелиоцентрическая система мира • Цикл Гиппарха • Метонов цикл • Октетерис • Подлунная сфера • Солнцестояние • Теория гомоцентрических сфер • Шарообразность Земли • Зодиак</div></td></tr>

Вавилонская астрономия •</span> Астрономия Древнего Египта • Европейская астрономия • Индийская астрономия • Исламская астрономия</div></td></tr></table></td></tr></table>

Астрономы Научные труды Инструменты Научные
концепции
Связанные темы

Отрывок, характеризующий Астролябия

– Вот как сделайте, – сказал Борис. – Je vous ferai les honneurs du camp. Лучше всего вы увидите все оттуда, где будет граф Бенигсен. Я ведь при нем состою. Я ему доложу. А если хотите объехать позицию, то поедемте с нами: мы сейчас едем на левый фланг. А потом вернемся, и милости прошу у меня ночевать, и партию составим. Вы ведь знакомы с Дмитрием Сергеичем? Он вот тут стоит, – он указал третий дом в Горках.
– Но мне бы хотелось видеть правый фланг; говорят, он очень силен, – сказал Пьер. – Я бы хотел проехать от Москвы реки и всю позицию.
– Ну, это после можете, а главный – левый фланг…
– Да, да. А где полк князя Болконского, не можете вы указать мне? – спросил Пьер.
– Андрея Николаевича? мы мимо проедем, я вас проведу к нему.
– Что ж левый фланг? – спросил Пьер.
– По правде вам сказать, entre nous, левый фланг наш бог знает в каком положении, – сказал Борис, доверчиво понижая голос, – граф Бенигсен совсем не то предполагал. Он предполагал укрепить вон тот курган, совсем не так… но, – Борис пожал плечами. – Светлейший не захотел, или ему наговорили. Ведь… – И Борис не договорил, потому что в это время к Пьеру подошел Кайсаров, адъютант Кутузова. – А! Паисий Сергеич, – сказал Борис, с свободной улыбкой обращаясь к Кайсарову, – А я вот стараюсь объяснить графу позицию. Удивительно, как мог светлейший так верно угадать замыслы французов!
– Вы про левый фланг? – сказал Кайсаров.
– Да, да, именно. Левый фланг наш теперь очень, очень силен.
Несмотря на то, что Кутузов выгонял всех лишних из штаба, Борис после перемен, произведенных Кутузовым, сумел удержаться при главной квартире. Борис пристроился к графу Бенигсену. Граф Бенигсен, как и все люди, при которых находился Борис, считал молодого князя Друбецкого неоцененным человеком.
В начальствовании армией были две резкие, определенные партии: партия Кутузова и партия Бенигсена, начальника штаба. Борис находился при этой последней партии, и никто так, как он, не умел, воздавая раболепное уважение Кутузову, давать чувствовать, что старик плох и что все дело ведется Бенигсеном. Теперь наступила решительная минута сражения, которая должна была или уничтожить Кутузова и передать власть Бенигсену, или, ежели бы даже Кутузов выиграл сражение, дать почувствовать, что все сделано Бенигсеном. Во всяком случае, за завтрашний день должны были быть розданы большие награды и выдвинуты вперед новые люди. И вследствие этого Борис находился в раздраженном оживлении весь этот день.
За Кайсаровым к Пьеру еще подошли другие из его знакомых, и он не успевал отвечать на расспросы о Москве, которыми они засыпали его, и не успевал выслушивать рассказов, которые ему делали. На всех лицах выражались оживление и тревога. Но Пьеру казалось, что причина возбуждения, выражавшегося на некоторых из этих лиц, лежала больше в вопросах личного успеха, и у него не выходило из головы то другое выражение возбуждения, которое он видел на других лицах и которое говорило о вопросах не личных, а общих, вопросах жизни и смерти. Кутузов заметил фигуру Пьера и группу, собравшуюся около него.
– Позовите его ко мне, – сказал Кутузов. Адъютант передал желание светлейшего, и Пьер направился к скамейке. Но еще прежде него к Кутузову подошел рядовой ополченец. Это был Долохов.
– Этот как тут? – спросил Пьер.
– Это такая бестия, везде пролезет! – отвечали Пьеру. – Ведь он разжалован. Теперь ему выскочить надо. Какие то проекты подавал и в цепь неприятельскую ночью лазил… но молодец!..
Пьер, сняв шляпу, почтительно наклонился перед Кутузовым.
– Я решил, что, ежели я доложу вашей светлости, вы можете прогнать меня или сказать, что вам известно то, что я докладываю, и тогда меня не убудет… – говорил Долохов.
– Так, так.
– А ежели я прав, то я принесу пользу отечеству, для которого я готов умереть.
– Так… так…
– И ежели вашей светлости понадобится человек, который бы не жалел своей шкуры, то извольте вспомнить обо мне… Может быть, я пригожусь вашей светлости.
– Так… так… – повторил Кутузов, смеющимся, суживающимся глазом глядя на Пьера.
В это время Борис, с своей придворной ловкостью, выдвинулся рядом с Пьером в близость начальства и с самым естественным видом и не громко, как бы продолжая начатый разговор, сказал Пьеру:
– Ополченцы – те прямо надели чистые, белые рубахи, чтобы приготовиться к смерти. Какое геройство, граф!
Борис сказал это Пьеру, очевидно, для того, чтобы быть услышанным светлейшим. Он знал, что Кутузов обратит внимание на эти слова, и действительно светлейший обратился к нему:
– Ты что говоришь про ополченье? – сказал он Борису.
– Они, ваша светлость, готовясь к завтрашнему дню, к смерти, надели белые рубахи.
– А!.. Чудесный, бесподобный народ! – сказал Кутузов и, закрыв глаза, покачал головой. – Бесподобный народ! – повторил он со вздохом.
– Хотите пороху понюхать? – сказал он Пьеру. – Да, приятный запах. Имею честь быть обожателем супруги вашей, здорова она? Мой привал к вашим услугам. – И, как это часто бывает с старыми людьми, Кутузов стал рассеянно оглядываться, как будто забыв все, что ему нужно было сказать или сделать.
Очевидно, вспомнив то, что он искал, он подманил к себе Андрея Сергеича Кайсарова, брата своего адъютанта.
– Как, как, как стихи то Марина, как стихи, как? Что на Геракова написал: «Будешь в корпусе учитель… Скажи, скажи, – заговорил Кутузов, очевидно, собираясь посмеяться. Кайсаров прочел… Кутузов, улыбаясь, кивал головой в такт стихов.
Когда Пьер отошел от Кутузова, Долохов, подвинувшись к нему, взял его за руку.
– Очень рад встретить вас здесь, граф, – сказал он ему громко и не стесняясь присутствием посторонних, с особенной решительностью и торжественностью. – Накануне дня, в который бог знает кому из нас суждено остаться в живых, я рад случаю сказать вам, что я жалею о тех недоразумениях, которые были между нами, и желал бы, чтобы вы не имели против меня ничего. Прошу вас простить меня.
Пьер, улыбаясь, глядел на Долохова, не зная, что сказать ему. Долохов со слезами, выступившими ему на глаза, обнял и поцеловал Пьера.
Борис что то сказал своему генералу, и граф Бенигсен обратился к Пьеру и предложил ехать с собою вместе по линии.
– Вам это будет интересно, – сказал он.
– Да, очень интересно, – сказал Пьер.
Через полчаса Кутузов уехал в Татаринову, и Бенигсен со свитой, в числе которой был и Пьер, поехал по линии.
Бенигсен от Горок спустился по большой дороге к мосту, на который Пьеру указывал офицер с кургана как на центр позиции и у которого на берегу лежали ряды скошенной, пахнувшей сеном травы. Через мост они проехали в село Бородино, оттуда повернули влево и мимо огромного количества войск и пушек выехали к высокому кургану, на котором копали землю ополченцы. Это был редут, еще не имевший названия, потом получивший название редута Раевского, или курганной батареи.
Пьер не обратил особенного внимания на этот редут. Он не знал, что это место будет для него памятнее всех мест Бородинского поля. Потом они поехали через овраг к Семеновскому, в котором солдаты растаскивали последние бревна изб и овинов. Потом под гору и на гору они проехали вперед через поломанную, выбитую, как градом, рожь, по вновь проложенной артиллерией по колчам пашни дороге на флеши , тоже тогда еще копаемые.
Бенигсен остановился на флешах и стал смотреть вперед на (бывший еще вчера нашим) Шевардинский редут, на котором виднелось несколько всадников. Офицеры говорили, что там был Наполеон или Мюрат. И все жадно смотрели на эту кучку всадников. Пьер тоже смотрел туда, стараясь угадать, который из этих чуть видневшихся людей был Наполеон. Наконец всадники съехали с кургана и скрылись.
Бенигсен обратился к подошедшему к нему генералу и стал пояснять все положение наших войск. Пьер слушал слова Бенигсена, напрягая все свои умственные силы к тому, чтоб понять сущность предстоящего сражения, но с огорчением чувствовал, что умственные способности его для этого были недостаточны. Он ничего не понимал. Бенигсен перестал говорить, и заметив фигуру прислушивавшегося Пьера, сказал вдруг, обращаясь к нему:
– Вам, я думаю, неинтересно?
– Ах, напротив, очень интересно, – повторил Пьер не совсем правдиво.
С флеш они поехали еще левее дорогою, вьющеюся по частому, невысокому березовому лесу. В середине этого
леса выскочил перед ними на дорогу коричневый с белыми ногами заяц и, испуганный топотом большого количества лошадей, так растерялся, что долго прыгал по дороге впереди их, возбуждая общее внимание и смех, и, только когда в несколько голосов крикнули на него, бросился в сторону и скрылся в чаще. Проехав версты две по лесу, они выехали на поляну, на которой стояли войска корпуса Тучкова, долженствовавшего защищать левый фланг.
Здесь, на крайнем левом фланге, Бенигсен много и горячо говорил и сделал, как казалось Пьеру, важное в военном отношении распоряжение. Впереди расположения войск Тучкова находилось возвышение. Это возвышение не было занято войсками. Бенигсен громко критиковал эту ошибку, говоря, что было безумно оставить незанятою командующую местностью высоту и поставить войска под нею. Некоторые генералы выражали то же мнение. Один в особенности с воинской горячностью говорил о том, что их поставили тут на убой. Бенигсен приказал своим именем передвинуть войска на высоту.
Распоряжение это на левом фланге еще более заставило Пьера усумниться в его способности понять военное дело. Слушая Бенигсена и генералов, осуждавших положение войск под горою, Пьер вполне понимал их и разделял их мнение; но именно вследствие этого он не мог понять, каким образом мог тот, кто поставил их тут под горою, сделать такую очевидную и грубую ошибку.
Пьер не знал того, что войска эти были поставлены не для защиты позиции, как думал Бенигсен, а были поставлены в скрытое место для засады, то есть для того, чтобы быть незамеченными и вдруг ударить на подвигавшегося неприятеля. Бенигсен не знал этого и передвинул войска вперед по особенным соображениям, не сказав об этом главнокомандующему.

АСТРОЛЯБИЯ

Смотреть что такое «АСТРОЛЯБИЯ» в других словарях:

  • астролябия — астролябия … Орфографический словарь-справочник

  • АСТРОЛЯБИЯ — (греч., от aster звезда, и lambano веду). Угломерный снаряд, употребляющийся для астрономических и геодезических наблюдений. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. АСТРОЛЯБИЯ греч., от astron, звезда, и… … Словарь иностранных слов русского языка

  • АСТРОЛЯБИЯ — (от астро… и греч. labe схватывание) ..1) угломерный прибор, служивший до 18 в. для определения широт и долгот в астрономии, а также горизонтальных углов при землемерных работах2)] Призменная астролябия современный астрометрический прибор для… … Большой Энциклопедический словарь

  • АСТРОЛЯБИЯ — (Astrolabe) угломерный инструмент, употреблявшийся до начала XVIII в. для определения высот светил. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 Астролябия инструмент, служащий для изме … Морской словарь

  • астролябия — и, ж. astrolabe m., ср. лат. astrolabium Угломерный инструмент. Сл. 18. Астролабиум половинчатой. 1725. РМ 1929 1 3. Не знаешь, где у тебя факт, и не можешь линию взять по ватерпасу, и не знаешь на чем базировать фундамент .. Прежде чем ругать… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

  • астролябия — угломерный инструмент для измерения высот светил и определения широты и долготы в астрономии, а также горизонтальных углов при землемерных работах. В современной астрономии применяется призменная астролябия … Морской биографический словарь

  • АСТРОЛЯБИЯ — угломерный прибор, использовавшийся до начала XVIII в. для определения положения небесных светил, а позднее для геодезических измерений. Постепенное его совершенствование привело к созданию (см.) и сек (см.), которыми астролябия почти вытеснена … Большая политехническая энциклопедия

  • АСТРОЛЯБИЯ — АСТРОЛЯБИЯ, астролябии, жен. (от греч. astron звезда и labein взять). Геодезический инструмент, применявшийся для измерения углов (теперь вытеснен из употребления теодолитом). Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

  • АСТРОЛЯБИЯ — АСТРОЛЯБИЯ, и, жен. Старинный геодезический (а ещё ранее астрономический) прибор для измерения углов. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

  • астролябия — АСТРОЛЯБИЯ, и, ж. Жена, любовница; любая женщина. Арготическая шутл. эстетизация экзотического слова … Словарь русского арго

Из каких деталей состоит?

Главная деталь астролябии – это округлый элемент с подвесными кольцами для определения линий горизонта и одним высоким бортом. В простонародье ее называют «тарелкой». Внутри такого круга есть оцифрованная в часах и градусах шкала. Такая разметка присутствует по всему периметру «тарелки».

Внутри «тарелки» обычно вкладывался еще один плоский диск меньшего диаметра. Называли его «тимпаном». На его поверхности также есть насечки, шкала, линии и точки небесной сферы. И все они видны в стереографической проекции. В самом центре данного диска отмечены полюс мира, по сторонам также присутствуют окружности большого круга небесной сферы. Здесь также есть точки южного и северного тропика, служащие своеобразными границами для второго диска.

Поверх второго диска, или «тимпана», накладывается небольшая ажурная решетка, названная «пауком». На ней есть точки, совпадающие с расположением наиярчайших звезд на небе. Их также можно рассмотреть в стереографической проекции. На этой решетке также присутствует специальная шкала, зодиакальный круг.

Устройство также вмещает еще несколько дисков с данными, оснащено визирной линейкой или алидадой. На нем есть стрелки и поворотный ключ, запускающий прибор в действие. Все детали крепятся к основному диску при помощи тонкой центрально оси.

Какие виды устройства бывают?

Существует несколько разновидностей этого устройства. Среди них выделим следующие наименования астролябий:

  • Челнообразная.
  • Совершенная.
  • Универсальная.
  • Сферическая.
  • Наблюдателная.
  • Линейная.
  • Морская.

На челнообразном устройстве есть центральный и средний диск. На втором по размеру круге изображены эклиптические данные, есть значения звезд. Подвижная же часть устройства содержит альмукантарат и точку горизонта.

Совершенное устройство придумал ас-Сагани. В отличие от других аналогичных приборов, при разработке этого за точку отчета принималась некая произвольная отметка в небесной сфере. Круги здесь содержали конические сечения и прямые линии.

Универсальный прибор создал ал-Ходжанди. В качестве точки отчета он взял центральную точку равноденствия. Сферическая гарнитура представлена в виде сферы. Линейную астролябию придумал Шараф ад-Дин ат-Туси. Это своеобразный стержень со шкалой и визирными нитями. И, наконец, морское устройство было разработано в 15-м веке. Оно представляет собой некий наблюдательный прибор. При этом оно совсем не предназначено для выполнения аналоговых вычислений.

Устройство, принцип действия и применение астролябии

МУНИЦИПАЛЬНЫЙ ЭТАП ВСЕРОССИЙСКОГО ДЕТСКОГО КОНКУРСА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ

«ПЕРВЫЕ ШАГИ В НАУКЕ»

Секция Астрономия

Устройство, принцип действия и применение астролябии

Исследовательская работа

Выполнена учеником

7 класса МБОУ «СОШ №12 с УИОП»

г. Старый Оскол, Белгородской области

Зыряновым Виталием Андреевичем

Научный руководитель:

учитель физики

Брызгунова Ирина Николаевна

учитель биологии

Сотникова Валентина Анатольевна

Старый Оскол, 2017 г.

1. Наблюдение звёздного неба

2. Устройство, принцип действия и применение астролябии

3. Создание модели астролябии

4. Применение модели астролябии

Заключение

Список использованной литературы

Введение

«Солнце, небо, звёзд сиянье,
Море в блеске голубом, –
Всю природу и созданья
Мы лишь в свете познаём!»

Из оперы «Иоланта» П. И. Чайковского

Величественна картина звездного неба! Звёзды, сверкая и переливаясь, манят к себе любознательные умы и взгляды. Человек всегда пытался и пытается понять, какое место он занимает во Вселенной, как устроен этот мир, всегда ли он существовал? Основным методом исследования за небом является наблюдение. Десятки тысяч лет назад люди проводили наблюдения за небесными телами невооружённым глазом. Тысячи лет назад были изобретены угломерные приборы, с помощью которых определяли положение небесных светил на небе и время наступления небесных явлений. Лишь физика объясняла природу небесных тел, и явилась основой в изобретении астрономических приборов.

Объект: процесс измерения высоты светила.

Предмет: модель астролябии как прибор для измерения высоты светил.

Цель: экспериментальное измерение высоты светил.

Задачи:

  • Описать приборы, с помощью которых можно определить положение светил на небе.

  • Создать модель астролябии.

  • Практически применить прибора для определения высоты светил в различных условиях.

Гипотеза: если использовать шкалу транспортира для градуирования, то можно создать классический угломерный инструмент, а именно модель астролябии для измерения высоты светил.

Актуальность: в результате выполнения работы создается возможность наблюдать за хронологией изобретений угломеров с широким диапазоном в применении. Данная работа способствует освоению современных способов измерения высоты светила, то есть с помощью секстанта (секстана).

Методы исследования: анализ, синтез, сравнение, обобщение; экспериментальное измерение высоты различных светил с помощью модели астролябии.

Практическая значимость исследования: изготовленная модель астролябии позволяет измерить высоты различных светил, что может быть использовано во время внеклассного мероприятия по физике для проведения экспериментального исследования звёздного неба на территории нашей школы.

1. Наблюдения звёздного неба

Постижение звёздного мира бесконечно, но начало познания неба просто, так как большинство небесных явлений повторяются совершенно одинаково, несчётное количество раз.

Что же такое звёзды? В одной сказке говорилось, что звёзды, может быть сделаны из золочёной бумаги… Это красиво, но ведь это не так. Звёзды — это огромные раскалённые шары .

Каждая звезда представляет собой огромный шар из раскаленных газов. Как правило, водород составляет примерно 90%, гелий чуть меньше 10%, а остальное приходится на примеси других газов. В центре звезды температура достигает порядка 6 000 000°С.

Однообразно повторяются — суточный путь Солнца, порядок восхода и захода созвездий, лунные фазы, а также изменения на небе, связанные со временами года. Эти небесные явления настолько срослись с жизнью, что ими пользуются люди, животные, растения. Деревья «знают», когда их почки могут начать распускаться, а человек и без часов может проснуться в назначенное им время. Птицы хорошо ориентируются по Солнцу, учитывая его дневное движение по небу; у них даже есть свои «навигационные» звёзды, по которым они определяют путь.

Именно практические потребности — ориентирование в пространстве и времени — привлекли внимание людей к небесным явлениям, к наблюдениям за перемещением Солнца, Луны, к суточному движению звёзд. Но и, конечно же, любознательность.
Раньше люди думали, что звёзды находятся только над плоской Землёй. Потом было открыто, что небо поворачивается вокруг нас, словно сфера с нарисованными на ней созвездиями.

Наблюдая за месячным движением Луны среди звёзд, учёные открыли, что она движется в сравнительно узкой области (полосе) небесной сферы, которую ныне называют поясом зодиака (зодиакальные созвездия). Это были небольшие группы звёзд, удалённые друг от друга примерно на 13 градусов, так, что Луна при движении по небосводу каждую ночь оказывалась в следующей группе (созвездии).

Великим открытием было и то, что по зодиаку кочуют ещё и «блуждающие звёзды» — планеты. Их выделили уже в глубокой древности.

С движением Солнца дело обстояло сложнее: ведь днём звёзд не видно. Но люди догадались, что и Солнце перемещается относительно звёзд. Наблюдая, за его восходом и заходом люди видели, что место, где оно появляется над горизонтом, каждый день немного меняется. Замечая места восходов и закатов, они нашли в его движении новую важную закономерность. В дни летних солнцестояний светило вставало и садилось ближе всего к точке севера и несколько дней, самых длинных в году, не меняло мест заката и восхода. Потом точки восхода и заката день за днём удалялись от севера, пока через полгода не достигали мест, самых близких к югу, что означало наступление зимнего солнцестояния. В середине между солнцестояниями по линии восток — запад располагались точки, где дважды в году Солнце восходило, чтобы отмерить день равный ночи.

Чтобы легче было находить звезды, их объединили в созвездия.

Источниками названий созвездий, как правило, служили мифы о богах, сказания о легендарных героях и связанных с ними событиях, различные животные и, наконец, орудия производства, используемые пародами в повседневной жизни.

Так, известную группу из семи ярких звезд, напоминающую очертание ковша, древние греки назвали Большой Медведицей. Если к этой группе звезд присоединить неяркие звезды, расположенные вблизи ковша, то при достаточной фантазии можно провести границы этого созвездия так, что они будут напоминать очертания какого-то большого зверя.

Начинать наблюдения за звездами лучше с одного из самых заметных созвездий – созвездия Большой Медведицы. Разглядев его, надо сосредоточить свое внимание на двух крайних звездах ковша. Затем перевести взгляд дальше, на расстояние, приблизительно равное пятикратному расстоянию между этими звездами. В этом месте расположена неподвижная Полярная звезда, на которую нацелена невидимая ось вращения Земли. Полярная звезда указывает направление на север. Зная это, в любой ясный вечер можно определить стороны света.

Интересный факт

Созвездие Большой Медведицы изображено на флаге Аляски.

Флаг Аляски (англ. Flag of Alaska) — один из символов американского штата Аляска.

Флаг был разработан в 1926 году 13-летним коренным уроженцем Аляски Бенни Бенсоном, а в 1927 году принят в качестве официального символа Территории Аляска, ставшей 3 января 1959 года штатом.

На синем фоне изображены восемь золотых (жёлтых) пятиконечных звёзд: семь на изображении Большой Медведицы и Полярная звезда в правом верхнем углу.

Большая Медведица символизирует мощь, а Полярная звезда — север (Аляска — самая северная территория США).

Астрономические познания с древности использовались очень широко. Опишем некоторые из них. Так, например, в сельском хозяйстве: для определения сроков пахоты, сева, уборки урожая, в скотоводстве, в мореплавании и торговле, при строительстве дорог, дворцов, храмов и пирамид.

Таким образом, наблюдения астрономов сегодня позволяют:

2. Устройство, принцип действия и применение астролябии

Астрономия тесно связана с физикой и другими науками естественного цикла (химия, биология, география). Астрономия использует физические знания для объяснения явлений и процессов, происходящих во Вселенной, для создания астрономических приборов.

Тысячи лет назад были изобретены угломерные приборы (квадрант, астролябия) — первые астрономические приборы (рис. 2), с помощью которых определяли положение светил на небе и время наступления небесных явлений.

Триста лет назад итальянским учёным Галилеем для астрономических исследований был впервые использован телескоп — прибор, позволяющий наблюдать слабые, невидимые вооружённым глазом объекты и увеличивать их видимые размеры.

Современная же астрономия использует более точные аппараты для исследования небесных тел, такие как космический аппарат «Вега», радиотелескоп.

Из перечисленных устройств и аппаратов подробней остановимся на астролябии, о которой мы упоминали во введении. Астролябия — это старинный прибор для определения положения Солнца и ярких звезд в разное время суток в течение всего года. Изобретение астролябии приписывается греческим астрономам, работавшим во II веке до нашей эры. Обычно астролябии изготовлялись из меди. Различные гравировки шкал давали возможность определять положение звезд и Солнца в разное время суток на протяжении всего года. Иногда имелись и дополнительные шкалы, дающие разнообразную информацию. Чаще всего астролябии изготовлялись в виде ручного инструмента, чтобы его можно было использовать для определения угла возвышения звезд, (например, в целях навигации). Зная высоту и точное время, с помощью астролябии можно было определить широту, на которой находится судно.

На протяжении двух тысячелетий этот научный инструмент оставался практически неизменным. Мореплаватели, начиная с 1480 года, и вплоть до середины 18 века использовали астролябию и специальные таблицы, по которым определялась широта местоположения корабля. Для уменьшения погрешности измерения диаметр астролябии составлял 13-15 см, но многие английские мореплаватели использовали более точные астролябии диаметром до 20 см.

Для проведения измерений в древности с помощью астролябии необходимо её навести на солнце или звезду. Зафиксировав разницу в показаниях между направлением на небесное тело и горизонт, а, также зная местное время, можно с помощью специальных таблиц определить широту места. 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. Если широта была известна, то по тем же таблицам можно было с высокой точностью определить местное время.

Роль паука здесь выполняет прозрачная пластина с картой звёздного неба.

Астролябия – классический угломерный инструмент. Известен со времен астрономов Гиппарха (II в. до н.э.) и Птолемея (II в. н.э.). Слово «астролябия» происходит от греческих слов astron (звезда, по лат. astrum) и lambanw (брать, схватывать, по лат. labium – губа). Это показывает, что в древности астролябия применялась для определения углов на небосводе. Позднее астролябия превратилась в основной геодезический инструмент для измерения углов, расположенных в горизонтальной плоскости, проведения параллельных и перпендикулярных линий, для съемки плана местности и другие. До XVIII в. он служил также для определения широт и долгот.

Астролябиями пользовались астрономы и математики, мореплаватели и путешественники, архитекторы и строители. Впоследствии инструмент был усовершенствован арабами и стали применять для определения времени, продолжительности дня и ночи, измерения горизонтальных углов на поверхности Земли, для осуществления некоторых математических вычислений и даже для астрологических предсказаний. Для их создания требовались достаточно развитые знания в области математики (тригонометрии, расчёта сферических небесных координат) и астрономии (определение небесных координат постоянных звёзд, расчёта движения Солнца и Луны), и именно эти науки интенсивно развивались в арабском мире. В период расцвета арабского халифата в IX — XI веках астролябии получили широкое распространение. В известном нам виде астролябия сформировалась на Востоке к IX — XI вв. и тогда же получила там самое широкое распространение. В XI в. приборы появляются в Испании, а затем и в других странах Западной Европы. Поначалу здесь использовали арабские инструменты; позднее их стали изготовлять по арабским образцам в европейских мастерских. Если на Востоке инструменты содержались в маленьких футлярах и были частью дорожного костюма обычных людей, то в Европе астролябии с самого начала считались дорогими инструментами, производимыми только для элиты. Требующаяся точность нанесения линий сложной конфигурации, трудность изготовления и своеобразная красота этих инструментов стали причиной их дороговизны и привлекательности для европейских государей. Производство их было начато при королевских дворах. Став предметом моды, приборы покупались наравне с драгоценностями. Одним из лучших инструментальщиков того времени был фламандский мастер Гуалтерус Арсениус (1530—1580). Его астролябии отличались точностью нанесённых проекций на плоскость небесных координат, шкал и изяществом форм, поэтому испанский король Филипп II именно ему заказывали их изготовление. Для многих из них астролябии требовались, прежде всего, как астрологические инструменты, но позднее, благодаря красоте и дороговизне, их ценили наравне с драгоценностями. Поэтому одна из них, изготовленная Г. Арсениусом в 1568 г. и принадлежавшая в своё время австрийскому полководцу времён Тридцатилетней войны (1618—1648) Альбрехту Валленштейну, появилась в XIX у великой княгини Елены Павловны. Она преподнесла эту астролябию в дар Публичной библиотеке. Сейчас известна только 21 созданная Г. Арсениусом астролябия. Единственный в России экземпляр хранится в Музее М. В. Ломоносова.
Астролябия состоит из нескольких изготовленных из латуни частей. Основной является круглая деталь с высоким бортом (её называли «основой», «матерью» или «тарелкой») с круглым небольшого диаметра отверстием в центре и подвесным кольцом для точной ориентировки прибора относительно горизонта. В эту «тарелку» укладывают три плоских круглых диска — тимпаны, также с отверстиями в их центре, причём верхним укладывается тот, который соответствует широте места наблюдения. Дело в том, что на поверхности каждого из тимпанов нанесены проекции на плоскость линий небесной координатной сетки (стереографическая проекция); небесных меридианов, экватора, полюса мира, ограниченных линией горизонта. Положение проекций полюса мира и небесной координатной сетки будет разным для разных широт места наблюдения, поэтому каждый из тимпанов имеет проекцию сетки небесных координат для одной из широт — 51°, 51°15’ и 52°. На верхний тимпан накладывается круглая фигурная решётка, имеющая 45 изогнутых стрелок, концы которых указывают расположение 45 наиболее ярких звёзд Северного полушария в проекции на плоскость земного экватора. На решётке обозначен также и зодиакальный круг. Всё скрепляется осью, проходящей через центральные отверстия перечисленных деталей. На этой же оси крепится визирная линейка, которую по традиции называют арабским термином «алидада». Верхняя часть основного диска по обе стороны от кольца украшена фигурами Фавна и Фавны, которых в античной мифологии связывали с даром предсказания. Астролябия использовалась до начала XVIII века, пока не была вытеснена более точным прибором — секстантом (секстаном) .

3. Создание модели астролябии

Простая самодельная астролябия показана на рисунке 5. Её круг диаметром 10 – 15 см вырезанный из картона и проградуирован с помощью транспортира. Оба конца стрелок отогнуты, в центре отогнутых частей проделаны отверстия 3 – 4 мм. Стрелка укреплена на круге таким образом, чтобы она могла свободно вращаться. К оси стрелки подвешен отвес: нить с небольшим грузом. Стрелка, указывающая направление вниз, должна совпадать с нитью отвеса .

4. Применение модели астролябии

Направление на светила определяется азимутом и высотой. Дадим определения этим понятиям.

Азимутом (рис.6) называется дуга линии горизонта отсчитываемой от точки юга (S) к западу(W) до точки пересечения с кругом высоты. Азимут может принимать значения от 00 до 3600.

Высотой (рис.6) называется дуга круга высоты отсчитываемая от точки пересечения с горизонтом до светила. Чем выше светило над горизонтом, тем больше его высота h. Если светило на горизонте, то его высота 00, а если светило в зените, то его высота 900.

Рис. 6. Наблюдение за светилом

Описание модели астролябии нашего исследования представлены в таблице 1.

Таблица 1

Описание модели астролябии

Цена деления

Предел измерения Погрешность

Цена деления — 10

Предел измерения – 900

Погрешность – 0,50

Принцип действия

1. Для проведения измерений необходимо навести астролябию на объект.

2. Стрелка, указывающая направление вниз, должна совпадать с нитью отвеса.

3. Сквозные отверстия, находящиеся на подвижной части наводят на измеряемый объект таким образом, чтобы объект находился в центре.

4. По курсору, указывающему на шкалу деления измерить угол.

Применение

Для определения географической широты местности, мореплавателями, в строительстве, в картографии.

Результаты измерений высоты светил с помощью модели астролябии представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты измерений высоты светил

Темпера-

тура, ºС

Время, ч:мин

Наименование исследуемого объекта

Высота исследуемого объекта над горизонтом

(а), м

Расстояние от экспериментатора до объекта (l), м

Высота светила, градус

Лампа в квартире

2,2

16. 11.16

Лампа в квартире

2,2

16. 11.16

Фонарь уличный

16. 11.16

Фонарь уличный

16. 11.16

Фонарь уличный

16. 11.16

Полярная звезда

16. 11.16

Луна

17. 11.16

Луна

17. 11.16

Полярная звезда

18. 11.16

Луна

18. 11.16

Полярная звезда

18. 11.16

Звезда Алиот

18. 11.16

Звезда Мицар

18. 11.16

Звезда Дубхе

Измеряемые звёзды Большой Медведицы представлены на рисунке 7.

Рис. 7. Созвездие Большой Медведицы

В экспериментальной части нашей работы мы начали с измерения высоты светил окружающих нас дома, а именно ламп. Затем, набравшись опыта, перешли на освещение нашего двора уличным фонарём. И только после этого обратили наш взор на звёздное небо. Первыми объектами в качестве измерения мы выбрали естественный спутник Земли — Луну и Полярную звезду, так как, во-первых, их освещение наблюдалось ярким и укладывалось точно в центре отверстий модели астролябии, поэтому измерение высот не составляло особого труда. Причём замер высот этих объектов мы повторяли в течение трёх дней в одно и тоже время и результаты получились абсолютно одинаковыми (табл. 2).

Однако сложности, с которыми мы столкнулись, сводились к измерению высоты звёзд в созвездии Большой Медведицы, так как их освещение первые два дня наших наблюдений были очень слабыми и уловить их строго в центр отверстий модели астролябии не удавалось. Лишь на третий день исследований нам удалось справиться с задачей.

Заключение

Исследовательская работа предоставила нам ряд возможностей. Во-первых, изучить звёздное небо и описать приборы старые и современные, которые могут определить положение светил на небе и время наступления небесных явлений, во-вторых, позволила создать модель астролябии и выполнить наблюдение звёздного неба, измерив высоту светил в различных условиях. В третьих мы убедились, что модель астролябии обладает достоинством выполнять измерение прямым способом то есть непосредственно с прибора снимать показания.

Главный вывод, к которому мы пришли это то, что астрономия тесно связана с физикой и другими науками естественного цикла (химия, биология, география). Астрономия использует физические знания для объяснения явлений и процессов, происходящих во Вселенной и для создания астрономических приборов.

Список литературы

1. Дагаев М. М. Наблюдения звездного неба. — 6-е изд. доп. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.—176 с. 40 к.

2. Гуревич А.Е., Исаева Д.А., Л.С.Понтак Физика. Химия. 5-6 кл.Учеб. -М.,1998г.

3. Идельсон Н. И., Этюды по истории планетных теорий, в книга: Николай Коперник, М. — Л., 1947, с. 84—179.

4. Лукьянова А.В. Настоящая физика для мальчиков и девочек. М.: «Интеллект — Центр», 2007. — 96с.: илл. (Серия «Тайны и секреты обыденных явлений»).

5. Перельман Я.И. Занимательная астрономия / Под. ред. П.Куликовского. — Изд. 11-е. — М.: Наука, 1966. — 211 с.: ил.

6. Селешников С. И., Астрономия и космонавтика, К., 1967; Еремеева А. И., Выдающиеся 4. 4. астрономы мира, М., 1966, с. 32—34

Leave a Comment